tìm hiểu về chiết pha rắn spe và kỹ thuật vô cơ hóa khô ướt kết hợp

tìm hiểu về chiết pha rắn spe và kỹ thuật vô cơ hóa khô ướt kết hợp

Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

Khoa Công nghệ hóa học

Bộ môn Lấy mẫu và xử lý mẫu phân tích

TÌM HIỂU VỀ CHIẾT PHA RẮN SPE VÀ KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ ƯỚT

Phần 1- Chiết pha rắn SPE

 Chiết pha rắn là gì?

 Chiết pha rắn là gì?

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

Khái niệm chiết pha rắn 1

Tiến hành chung của chiết pha rắn

2

3

Cấu tạo của cột chiết pha rắn

KHÁI NIỆM CHIẾT PHA RẮN

 Khái niệm:

Chiết pha rắn (SPE) là một phương pháp chuẩn bị mẫu để làm giàu và làm sạch mẫu phân tích từ dung dịch bằng cách cho chất cần phân tích hấp phụ lên một cột pha rắn sau đó chất phân tích sẽ được rửa giải bằng dung môi thích hợp

 Ưu điểm : + Khả năng làm giàu mẫu cao

+ Loại bỏ được ảnh hưởng của các chất gây nhiễu

+ Quy trình thực hiện dễ tự động hóa

+ Giảm lượng dung môi sử dụng so với chiết lỏng-lỏng

Điều kiện quyết định hiệu quả sự chiết

Quá trình chiết nhanh đạt đến cân bằng, không có phản ứng hóa học làm mất hoặc hỏng chất

phân tích

Quá trính chiết có tính thuận nghịch cao

Không làm nhiễm bẩn chất phân tích

Cột tách các hợp chất ion

CẤU TẠO CỦA CỘT CHIẾT PHA RẮN

chứa nhựa trao đổi ion (cột SAX tách anion, cột SCX tách cation)

Dạng cột nhồi

Dạng Xyranh Dạng đĩa

CẤU TẠO CỦA CỘT CHIẾT PHA RẮN

● Hiện nay cột SPE được phát triển theo các hướng:

1 Hoạt hóa pha tĩnh

2 Chuyển mẫu vào cột

3 Rửa cột

4 Rửa giải

Tiến hành chung của chiết pha rắn

TIẾN HÀNH CHUNG CỦA CHIẾT PHA RẮN

1 Hoạt hóa pha tĩnh:

+ Solvat hoá các nhóm chức của chất hấp thu

+ Hoạt hoá cột

+ Loại bỏ không khí và làm đầy dung môi trong các lỗ trống

2.Chuyển mẫu vào cột:

+ Mẫu đi qua cột SPE

+ Chất phân tích được giữ trên cột một số cấu tử trong môi trường mẫu bị giữ lại,các cấu tử còn lại đi qua

TIẾN HÀNH CHUNG CỦA CHIẾT PHA RẮN

+ Rửa chất cản trở ra khỏi cột,giữ lại chất phân tích hoặc ngược lại

+ Rửa giải chất phân tích khỏi chất hấp thu

11/14/14 11

MÔ HÌNH TIẾN TRÌNH SPE

CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG CHIẾT PHA RẮN

CÁC CƠ CHẾ CHIẾT PHA RẮN

 Cơ chế hấp phụ: các cấu tử cần tách được hấp phụ trên bề mặt phân cách giữa 2 pha do các

lực hấp phụ

 Cơ chế phân bố pha liên kết: tạo được nhiều trung tâm hoạt động chọn lọc tùy theo bản

chất của chất cần tách và các hóa chất hiện có trong PTN hoặc việc sử dụng pha rắn có sẵn với độ phân cực khác nhau; có các cơ chế thành phần như: cơ chế thực hiện pha thường – không phân cực hoặc cơ chế thực hiện theo pha ngược – phân cực

CÁC CƠ CHẾ CHIẾT PHA RẮN

 Cặp ion – pha ngược: cột SPE được hoạt hóa bởi các ion hữu cơ, trong dung dịch cấu tử cần giữ lại trên cột được chuyển dưới dạng cặp ion nhờ một thuốc thử nào đó có khả năng

bị chất hấp thu giữ lại

 Trao đổi ion : chất hấp thu của cột SPE là một polyme được gắn các nhóm chức có khả

năng trao đổi ion Khi cấu tử cần giữ lại có dung dịch tồn tại dưới dạng ion thì chúng sẽ trao đổi với các ion linh động có trên cột SPE và do đó nó được giữ lại trên cột

CÁC CƠ CHẾ CHIẾT PHA RẮN

 Rây phân tử (cột loại trừ) : chất hấp thu có cấu trúc xốp với kích thước của lỗ xốp đồng nhất

→có khả năng giữ lại một số phân tử có kích thước phù hợp với cấu trúc của nó

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHIẾT PHA RẮN PHỔ BIẾN

SPE hấp thụ

SPE pha ngược

Chiết pha rắn trao đổi ion

SPE HẤP PHỤ

+ Dùng để chiết các chất có độ phân cực trung bình từ các dung dịch không phân cực

+ Các cột SPE thông dụng : Silicagel, Alumina, florisil và đá xốp

 Cơ chế chiết

Các chất phân cực trong dung dịch bị hấp thu trực tiếp vào bề mặt hoạt động của các chất hấp thu thông qua sự tương tác giữa các nhóm chức phân cực của mẫu và chất hấp thu

SPE HẤP PHỤ

Vd:

 Các yếu tố ảnh hưởng: + Khả năng hấp phụ

+ Nước làm mất hoạt tính của các cột SPE hấp phụ + Quá trình rửa giải

SPE PHÂN BỐ PHA LIÊN KẾT

Sự tương tác của mẫu, chất hấp thu và dung môi tuân theo quy tắc “ưa nhau thì tan vào nhau”.

Được sử dụng phổ biến để chiết chọn lọc các hợp chất hữu cơ có độ phân cực nhỏ.

VD:

SPE PHA THƯỜNG

+ Dùng để chiết các chất phân cực khỏi các dd mẫu không phân cực

+ Các cột SPE thông dụng: cyano,diol,amino

+ Các chất phân cực trong dd phân bố vào các pha liên kết thông qua sự tương tác giữa các

nhóm chức phân cực của mẫu với chất hấp thu

SPE PHA THƯỜNG

 VD:

Các yếu tố ảnh hưởng: Sự rửa giải

Do hoạt tính

SPE PHA THƯỜNG

 Ví dụ: chiết thuốc trừ sâu trong mẫu nước

SPE PHA NGƯỢC

+ Dùng để chiết các chất không phân cực ra khỏi các dd mẫu rất phân cực

+ Các cột SPE pha ngược: octadecyl ,octyl ,butyl , cyclohexyl ,phenyl ,etyl.

CHIẾT PHA NGƯỢC CẶP ION

 Dùng để chiết các ion từ dung dịch mẫu thay cho SPE trao đổi ion để tăng khả năng chiết các ion trong SPE pha ngược

 Cơ chế chiết: Các ion trong dung dịch chiêt thông qua một thuốc thử hay tác nhân cặp ion có điện tích trái dấu với ion cần chiết trong mẫu Tác nhân cặp ion thường là sulfonate hay amin bậc 4 với mạch cacbon có độ dài khác nhau.

CHIẾT PHA RẮN TRAO ĐỔI ION

Cơ chế chiết: dựa trên nguyên tắc các điện tích trên chất phân tích ngược dấu với điện tích trên

cột chiết

CHIẾT PHA RẮN TRAO ĐỔI ION

CHIẾT PHA RẮN RÂY PHÂN TỬ

VI CHIẾT PHA RẮN

 Nguyên tắc: Trong SPME, do sử dụng lượng chất hấp thu rất nhỏ nên quá trình chiết khổng thể

chuyển toàn bộ chất cần chiết trong dung dịch vào pha rắn

 Số mol chất được chiết lên pha tĩnh:

Phần 2- Kỹ thuật vô cơ hóa khô ướt kết hợp

 Kĩ thuật vô cơ hoá khô - ướt kết hợp

 Kĩ thuật vô cơ hoá khô - ướt kết hợp

Khái niệm xử lí mẫu

 Xử lí mẫu là quá trình chuyển mẫu thành dạng có thể phân tích được bằng phương pháp thích hợp

Có hai quá trình xảy ra đồng thời

Phá huỷ cấu trúc ban đầu mẫu (digestion of Sample Matrix)

Hoà tan giải phóng chất cần xác định về dạng dung dịch đồng thể

Kĩ thuật vô cơ hoá ướt (xử lí ướt)

Kĩ thuật vô cơ hoá khô (xử lí khô)

Kĩ thuật vô cơ hoá khô - ướt kết hợp

Kĩ thuật chiết (lỏng-lỏng, rắn-lỏng, rắn-khí )

Các kĩ thuật sắc kí

Nguyên tắc chung

www.themegallery.com

Mẫu được phân huỷ trong chén hay cốc nung

Lượng axít dùng để xử lí thường tốn chỉ bằng 1/3 hay 1/4 lượng cần dùng cho xử lí ướt → ít tốn axít tinh khiết.

xử lí ướt sơ bộ trong cốc hay chén nung bằng một lượng nhỏ axít và chất phụ gia

Đem nung ở nhiệt độ thích hợp

Hoà tan tro mẫu

 Xử lý mẫu rau quả để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)

đun nóng cho tan bay hơi hết axit dư định mức bằng dd HCl 2% thành 25 mL

20 mL dd HCl 1/1

Ví dụ

Xử lý mẫu sữa để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)

Cân 5g mẫu đã nghiền

mịn

đến khi khô và thành than

đen dòn

sấy

lúc đầu ở 400-450 oC (3h) rồi nâng lên 550oC

Ví dụ

●Xử lý mẫu tôm, cua, cá, để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)

Cân 5g mẫu đã nghiền

Ưu điểm

Kĩ thuật vô cơ hoá khô ướt kết hợp thì

xử lý ướt ban đầu là để bảo vệ một số nguyên tố cho xử lí khô tiếp theo không bị mất, không phải đuổi lượng axít dư lâu → hạn chế sự nhiễm bẩn.

Kĩ thuật vô cơ hoá khô có thể làm mất một số chất dễ bay

hơi, nếu không thêm chất phụ gia

Kĩ thuật vô cơ hoá ướt phải đuổi lượng axít dư lâu sau khi

xử lí mẫu → gây nhiễm bẩn mẫu

Cách này thích hợp cho các mẫu có nền (matrix) là chất hữu

cơ, như rau quả, thực phẩm, , xử lí để xác định các kim loại và một số phi kim hoặc những phòng thí nghiệm không có thiết bị lò vi sóng.

Ưu điểm

Xử lí khô - ướt kết hợp ưu việt hơn so với xử lí ướt

• Sự tro hoá triệt để, sau khi hoà tan tro còn lại có dung dịch mẫu trong.

• Không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao tốn kém.

• Thời gian xử lý nhanh hơn tro hoá ướt.

Khô ướt kết hợp

xử lí ướt

• Thời gian phân huỷ kéo dài

• Lượng axít dùng để hoá mẫu nhiều

Nhược điểm – phạm vi ứng dụng

www.themegallery.com

Ứng dụng chủ yếu để xử lý mẫu cho phân tích các nguyên tố kim loại và một số aniôn vô

cơ, như Cl-, Br-, SO42-, PO43-, trong các loại mẫu sinh học, mẫu môi trường, mẫu hữu cơ và

vô cơ

Nhược điểm: không dùng được cho xử lý mẫu để xác định các chất hữu cơ

Tài liệu tham khảo

www.themegallery.com

2 Hóa học Phân tích định lượng- Bùi Long Biên- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

3 Giáo trình Lẫy mẫu và xử lý mẫu phân tích- Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

Thank You !

www.themegallery.com