CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH

MỞ ĐẦU Trong hóa học phân tích hoá học nói chung phương pháp tách dùng rộng rãi không để phân chia tách nguyên tố mà ứng dụng nhiều phương pháp phân tích công cụ để tăng độ nhạy độ chọn lọc phép xác định Một phần đáng kể phương pháp chiết dùng nghiên cứu trình tạo phức trạng thái chung chất dung dịch Ngày với phương pháp phân tích công cụ đại phương pháp tách ngày phát triển ứng dụng đa dạng nhiều lĩnh vực y học, hóa học, sinh học… Các tài liệu tham khảo thị trường đa số dịch số sách nước hầu hết chưa đầy dủ Xuất phát từ thực tế trên, để góp phần phục vụ cho việc tìm hiểu số khái niệm rõ ràng phương pháp tách, thuật ngữ, đại lượng sử dụng phương pháp tách, giúp người đọc hệ thống nhanh, không nhiều thời gian nghiên cứu phương pháp, tiến hành biên soạn tiểu luận MỤC LỤC Vai trò phương pháp tách [2] 2 Các khái niệm làm giàu, phân chia, tách [1,3,4,5,8] .3 2.1 Khái niệm làm giàu[5] .3 2.4 Một số khái niệm .6 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH Vai trò phương pháp tách [2] Vài trò phương pháp tách, chiết thành tựu đạt hoá học phân tích đại biết rõ công nhận Các phương pháp chia dùng để cô đặc hay vài nguyên tố vi lượng, phân chia kim loại có tính chất gần để làm nhận kim loại Việc ứng dụng chiết phận phương pháp tổ hợp phép xác định nguyên tố ngày phổ biến đóng vai trò quan trọng việc tăng tiêu độ nhạy, chọn lọc, độ độ tin cậy phép phân tích Các phương pháp tách hóa chất dùng để đo trọng lượng hay thể tích hóa chất tách Những phương pháp tách cổ điển đòi hỏi nhiều kiên nhẫn lại bước cần thiết làm việc với hỗn hợp hóa chất định, thí dụ với chiết suất từ sinh vật Các kỹ thuật tách hóa chất đại sắc ký lỏng hiệu cao thường tìm cách tách xác định hàm lượng hay nhận dạng chất bước cách dùng đầu dò tích hợp Trong lĩnh vực phân tích dịnh tính định lượng phương pháp tách đóng vai trò quan trọng việc làm tăng độ sạch, độ tinh khiết hóa chất Giai đoạn xử lý mẫu làm giàu khâu quan trọng trình phân tích nguyên tố đất hiếm, phân tích lượng vết kim loại nặng nước, thực phẩm …v.v Trong y học hóa học hữu phương pháp chiết phương pháp chủ đạo việc điều chế hợp chất sinh học, đặc biệt hợp chất thiên nhiên, hợp chất hữu chiết suất từ tinh dầu thực vật Các khái niệm làm giàu, phân chia, tách [1,3,4,5,8] Phương pháp tách khái quát theo sơ đồ sau: Thành nhóm chất Ketqua → Nhóm A B C … Phân chia Hai chất Làm giàu Tách Trong sử dụng phương pháp: chiết, chưng cất, kết tủa, sắc kí… 2.1 Khái niệm làm giàu[5] Dùng biện pháp vật lý, hóa học để tăng hàm lượng nồng độ chất phân tích mẫu đo Trong nhiều trường hợp hàm lượng nồng độ chất cần phân tích mẫu dung dịch phân tích thấp, thấp giới hạn phát giới hạn định lượng phương pháp Trong trường hợp người ta tiến hành làm giàu chất phân tích Trường hợp thường gặp phân tích kim loại nặng Cu, Pb, Cd, As, nguyên tố quý Ag, Au, Pt, Mo, V chất ô nhiễm hữu dư lượng thuốc trừ sâu nước tự nhiên (nước biển, nước mưa, ) Có nhiều phương pháp làm giàu vài phương pháp làm giàu đồng thời phương pháp tách chất chọn lọc mà ta biết phần tách chất Các phương pháp làm giàu thường sử dụng phân tích lượng vết là: - Phương pháp cô đặc (không thuận lợi cô đặc chất phân tích dễ bị phân huỷ) - Phương pháp kết tủa cộng kết (kết tủa theo) - Phương pháp chiết lỏng - lỏng - Phương pháp sắc kí trao đổi ion - Phương pháp chiết pha rắn - Phương pháp điện phân Ví dụ [7]: Để xác định hàm lượng Fe, Mn số mạch nước ngầm người ta chọn phương pháp làm giàu mẫu cách cô đặc bay Phương pháp dễ thực phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm Quá trình thực sau: - Lấy 250 ml mẫu (đã lọc qua giấy lọc) cho vào cốc Teflon, cô bếp cách cát có chắn amiăng, đậy nắp cẩn thận (tránh bụi bặm nhiễm bẩn không khí) Nhiệt độ sấy mẫu giữ ổn định từ 70 – 80oC Để bay nước từ từ muối ẩm, đưa khỏi bếp, cho thêm vài giọt HNO (1:1) lắc cho tan, để nguội, định mức đến 500 ml nước cất lần, sau hiệu chỉnh lại giá trị pH mẫu tới ∼ Ví dụ 2: Để xác định lượng siêu vết Cadimi nước tự nhiên người ta lấy lượng lớn dung dịch mẫu, cộng kết Cd(OH) với Fe(OH)3, sau lọc, rửa kết tủa hoà tan thể tích nhỏ dung dịch HCl loãng để xác định Cd phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Ví dụ 3: Để xác định lượng siêu vết Asen nước tự nhiên, người ta cộng kết với Fe(OH)3 với Cd sau hoà tan kết tủa xác định As phương pháp trắc quang dùng thuốc thử bạc đietylithiocacbamat pyridin Ví dụ 4: Để làm giàu lượng vết Fe nước khoáng nước biển sau xác định phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử người ta cộng kết Fe(OH)3 với Mg(OH)2 Ví dụ 5: Kẽm sắt hỗn hợp với kim loại nặng khác gồm Cr, Ni, Cu, Cd, Pb nước biển tách cách dùng phương pháp chiết sử dụng hỗn hợp thuốc thử amoni Pyrolidinthiocacbamat natri đietylđithiocacbamat dung môi metylisobutylxeton Phần chiết sau tách tiến hành xác định phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Ví dụ 6: Fe, Mn, Zn hỗn hợp với Pb, Cd, Ni, V, Cu nước biển chiết làm giàu dạng phức đietylđithiocacbamat clorofom xác định phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma Khi chiết điều chỉnh pH môi trường giá trị 6,2; thêm vào mẫu xitrat để ngăn cản kết tủa Fe(OH) Chỉ trừ V kim loại khác chiết định lượng (hiệu suất thu hồi vượt 83%) Ví dụ 7: Phương pháp GF – AAS (phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa) xác định Me II (Cu, Pb, Zn, Cd) nước tự nhiên thường phải chiết làm giàu mẫu trước phân tích, chiết Me II dạng phức với APDC (amoni pyrolidin dithiocacbamat) dung môi MIBK (metyl isobutyl xeton) Phương pháp von – ampe hoà tan von – ampe hoà tan hấp phụ phương pháp phân tích điện hoá đại kết hợp điện phân hấp phụ đặc biệt chất cần phân tích để làm giàu lượng vết siêu vết lên điện cực làm việc điện cực giọt thủy ngân treo điện cực màng thuỷ ngân bề mặt điện cực đĩa quay cacbon kính (glassy carbon) cho phép xác định lượng siêu vết (10 -7 – 10-10 M) kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Ni, Co, Zn) với độ xác chọn lọc cao, nhiều trường hợp việc xác định đồng thời – số nguyên tố kể dung dịch mà không cần tách trước chúng Ví dụ [8]: Nghiên cứu xác định As (III) As (V) phương pháp von – ampe hoà tan anot dùng điện cực màng vàng Cách làm giàu: Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu chứa As (III) HCl, tiến hành điện phân làm giàu điện phân E đp = - 100 mV thời gian t đp = 20s để tập trung As lên bề mặt điện cực làm việc Sau quét vòng khoảng – 300 mV ÷ + 700 mV Khi kết thúc quét vòng thứ nhất, không điện phân làm giàu nữa, mà tiếp tục quét vòng lần khoảng Tiếp theo, thêm axit ascobic (AA) vào dung dịch nước ([AA] = 0,10 mM), tiến hành điện phân làm giàu lặp lại cách quét vòng tương tự kết thu cho thấy: Khi có giai đoạn điện phân làm giàu để tập trung As lên bề mặt điện cực AuFE, lần quét thứ nhất, đường von – ampe vòng xuất điểm hoà tan anot asen với chiều cao đỉnh lớn khoảng + 100 mV, quét lần đỉnh hoà tan anot As thấp có độ lớn xấp xỉ với trường hợp giai đoạn điện phân làm giàu Điều chứng tỏ lần quét thứ nhất, lượng asen kim loại tích luỹ bề mặt điện cực AuFE bị oxi hoá tan vào dung dịch gần hoàn toàn Kết khảo sát đường von – ampe vòng HCl, có AA khoảng – 300 mV ÷ + 700 mV cho thấy hoàn toàn xác định As (III) theo phương pháp ASV với cực AuFE, song bắt buộc phải có giai đoạn điện phân làm giàu, lúc dòng đỉnh hoà tan As (III) đủ lớn để định lượng Ví dụ [9]: K.W.Michell xác định Se4+ nước biển phương pháp sắc ký khí (GC) sử dụng detectơ cộng kết điện từ (ECD) Se kết tủa với Fe(OH) pH = 5, sau kết tủa hoà tan HCl chuyển Se dạng 5-nitropiazoSeol, phức chiết toluen sau dẫn vào cột sắc kí Giới hạn phát ng/l Độ xác 6% mức 0,025µg/l 2.2 Bản chất trình phân chia[2] Điểm chung phân chia phân bố cấu tử hỗn hợp pha, sau pha tách học khỏi Sản phẩm phân chia nhóm chất phân chia riêng biệt Người phân tích quan tâm đến hai yếu tố phân chia là: - Sự tách hoàn toàn chất xác định - Mức độ tách chất cần xác định khỏi hộp chát không qua tâm Sự phân chia thực dựa hệ số phân bố cấu tử pha Quá trình phân chia chát mà hệ số phân bố chúng khác không gần đại lượng Trong trường hợp cần phải dùng đến tách phần nhiều lần 2.3 Bản chất trình tách [4, 8] Tất trình tách có sở chung phân bố cấu tử hỗn hợp hai pha sau tách biệt chúng cách học Nếu tỉ số lượng cấu tử riêng biệt pha (tỉ số phân bố) khác lớn với tỉ số cấu tử khác phương pháp tách hai cấu tử thực Chắc chắn rằng, độ phức tạp phương pháp tách phụ thuộc vào độ lớn khác tỉ số phân bố Khi khác lớn, đủ đảm bảo cho trình đơn giai đoạn xảy Ví dụ như, kết tủa ion bạc hoàn toàn thích hợp để tách clorua khỏi nhiều anion khác dư ion bạc, tỉ số lượng ion clorua pha rắn pha nước lớn so với tỉ số khác, ví dụ ion nitrat, peclorat gần với số không Một tình phức tạp thường xảy tỉ số phân bố cấu tử gần với số không ví dụ dẫn tỉ số cấu tử khác lại không lớn Trong trường hợp cần trình đa giai đoạn Ví dụ uran (VI) bị chiết vào ete từ dung dịch axit nitric nước Mặc dù rằng, tỉ số phân bố hợp thức với phép chiết đơn, nhiên uran (VI) bị tách định lượng phép chiết lặp, cách triệt để hơn, chiết dung dịch nước phần ete Khi tỉ số phân bố hai chất cần tách biệt lớn số không gần giá trị, cần phải sử dụng quy trình phức tạp nhất, nghĩa kỹ thuật phân đoạn nhiều giai đoạn sắc ký Kỹ thuật phân đoạn dựa khác hệ số phân bố chất tan Có hai yếu tố có giá trị tăng cường hiệu suất tách phân đoạn Thứ là, số lần phân đoạn xuất hai pha tăng lên nhiều Thứ hai là, phân bố xuất phần hai pha Chiết triệt để khác phân đoạn chỗ phần pha xuất pha chỗ cũ 2.4 Một số khái niệm 2.4.1 Hệ số phân bố Khi chất tan A tồn dạng hai dung môi, (1.2) gọi số phân bố Trong trường hợp chât tan A tồn nhiều dạng khác lúc ta thiết lập giá trị gọi hệ số phân bố Hệ số phân bố tỷ số tổng nồng độ dạng chất tan A tướng hữu tổng nồng độ phân tích nước, không cần lưu ý đến dạng tồn A Và ký hiệu chữ D D= Σ[ A]hc Σ[ A]n = C0 Cn (1.2) Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phân bố: Cũng giống số phân bố, hệ số phân bố chât tan phụ thuộc vào chất chất chiết, nhiệt độ, dung môi hòa tan, pH Ví dụ Xét phân bố axit yếu HA dung môi nước dung môi dietylete D= C HAhc C HAnc (1.3) CHAhc: tổng nồng độ dạng HA pha hữu CHAnc: tổng nồng độ dạng HA pha nước CHAnc = [A-]nc + [HA]nc Trong pha hữu HA xem không phân ly nên: D= [ HA]hc [ A − ]nc + [ HA]nc (1.4) Mặt khác axit HA axit yếu có: HA ↔ A- + H+ [ HA]nc K a [ H + ][ A − ] Ka =  [A-] = [H + ] [ HA] (1.5) Thay (1.6) vào (1.5) ta có: [ HA]hc [ HA]nc K a D= [ HA]nc + [H + ] (1.6) [ HA]hc K D= [ HA]nc + a+ [H ] (1.7) * Mối quan hệ Kd D: K D = Kd + a+ [H ] (1.8) 2.4.2 Phần trăm chiết(R%) Để biểu diễn hiệu suất chiết, người ta sử dụng khái niệm phần trăm chiết, ký hiệu R% liên hệ qua biểu thức: R% = m1 100 m (1.9) m1: lượng chất chuyển vào pha hữu m: lượng chất ban đầu C1, C2 nồng độ dạng chất chiết pha nước pha hữu V1: thể tích pha nước V2 : thể tích pha hữu Ta có: R% = C 2V2 100 C1V1 + C 2V2 1.10) Đem chia tử mẫu (1.11) cho C1V2 ta có: R% = C2 C1 V1 C2 + V2 C1 100 (1.11), D C2 V với D = nên: R% = D + nc 100 C1 Vhc (1.12) 2.4.3 Hệ số phân chia β : Là tỷ số hệ số phân bố hai chất tan cần phân chia β= D1 D2 = K d1 Kd2 (1.13) Nếu D1 khác nhiều so với D2 hay β >> β [...]...2 Các cách tách được thực hiện trong các dung dịch đệm ở các giá trị pH trung bình 3 Các cách tách được thực hiện trong các dung dịch natri hoặc kali hiđroxit đậm đặc 3 2.1.2 Tách bằng sunfua Ngoài các ion kim loại kiềm và kiềm thổ, hầu hết các cation đều tạo thành các sunfua ít tan; độ tan của các sunfua lại khác nhau rất lớn Có thể kiểm tra nồng... natri hiđroxit chuẩn bằng cách xử lý nhựa trao đổi anion với một lượng đã biết dung dịch natri clorua 3 2.3.4 Tách bằng Sắc kí Các loại sắc kí - Sắc kí lỏng hiệu năng cao - Sắc kí khí - Sắc kí điện di mao quản Việc phân loại các phương pháp sắc kí dựa trên cơ sở cấu tạo của pha tĩnh và tính chất của pha động (đã được nói rõ tại học phần Các phương pháp phân tích sắc kí) 3 2.4 Tách các hợp chất vô cơ bằng... phép tách các hợp phần khi tỉ số phân bố dung dịch/tướng hơi của chúng khác nhau đủ lớn Nếu một hợp phần có tỉ số phân bố lớn so với chỉ số đó của các cấu tử khác của một hỗn hợp thì có thể tách một cách đơn giản Bảng dưới đây thống kê một số các hợp chất vô cơ có thể bị tách một cách thuận lợi bằng cách chưng cất đơn giản 17 Tách một số hợp chất vô cơ bằng chưng cất KẾT LUẬN Tiểu luận làm rõ được các. .. thường được sử dụng trong thực tế Clorua thường được dùng để tách bạc ra khỏi hầu hết các kim loại khác và sunfat thườngđược dùng để tách riêng nhóm các kim loại chì, bari, stronti 3 2.1.3 Tách bằng các chất kết tủa hữu cơ Một số các thuốc thử hữu cơ lựa chọn để tách các ion vô cơ, ví dụ như, đimetylglyoxim có độ lựa chọn rất cao khi tạo thành các kết tủa với một số ít kim loại nên thường được sử dụng... LUẬN Tiểu luận làm rõ được các quy trình, mối liên hệ các phương pháp tách Hệ thống một số khái niệm, giải thích rõ, đưa ra được các biện pháp cụ thể, một số cách phân loại và cơ sở phân loại của các tác giả trước đây TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Hồ Viết Quý (2006), Phân tích Lý- Hóa , NXB Giáo dục 18 2 Hồ Viết Quý (2006) Chiết tách, phân chia xác định các chất bằng dung môi hữu cơ tập 1,2 – Nhà xuất bản KH&KT... độ chậm gây ra Kết quả là, cách giải quyết phải dựa vào khả năng quan sát thực tế 3 2.1.3 Tách bằng các chất kết tủa vô cơ khác Nói chung không có ion vô cơ khác được dùng để tách như hiđroxit và ion sunfua Các ion photphat, cacbonat và oxalat thường được dùng để kết tủa các cation nhưng tính chất củachúng không lựa chọn nên cần xem xét trước khả năng ứng dụng phương pháp tách loại này Clorua và sunfat... hàng loạt các bước giai đoạn Phép chiết đến cạn kiệt khác với kỹ thuật ngược ở chỗ là, những phần mới của chỉ một pha được sinh ra trong pha cũ Phương pháp ngược dòng cho phép tách những hợp phần có hệ số phân chia khá đồng nhất Ví dụ như Craig đã chỉ rõ rằng, có thể tách 10 aminoaxit bằng chiết ngược dòng ngay cả khi hệ số phân bố của chúng chỉ khác nhau ít hơn 0,1 3 2.3 Tách bằng trao đổi ion, tách bằng... Nội, 6 Phạm Luận, (1999) Giáo trình hướng dẫn về những vấn đề cơ sở của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích ĐH KHTN Hà Nội 7.Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Hóa học phân tích phần 2 – các phương pháp phân tích công cụ, NXB KHKT 8 Hồ Viết Quý (2006), Cơ sở hóa học phân tích hiện đại tập 3 – các phương pháp phân chia làm giàu và ứng dụng phân tích, NXB ĐHSP 19 ... sunfat bằng phương pháp khối lượng do 16 khuynh hướng cộng kết với bari sunfat của chúng Cho dung dịch cần phân tích chảy chậm qua cột nhựa trao đổi cation, tất cả các cation bị giữ lại và một lượng proton tương ứng được giải phóng Ion sunfat đi qua cột như vậy một cách tự do và phép phân tích được thực hiện trên dung dịch chảy ra khỏi cột Bằng cách tương tự, ion sunfat cản trở phép xác định các ion bari... Cn trong phương trình (3.3) bằng các giá trị tương ứng trên đây, ta có: (3.4) Để thiết lập mối liên hệ giữa D và Ka cho hợp chất HA chúng ta diễn tả sự phân li axit của HA bằng phương trình: Thay giá trị mới thu được của [A–]n vào phương trình (16.4) ta được: Sự sắp xếp lại chỉ rõ mối quan hệ giữa D và Kd đối với HA (3.5) Có thể sử dụng phương trình (16.5) để tính toán mức độ chiết HA từ các dung dịch ... nhiều phương pháp làm giàu vài phương pháp làm giàu đồng thời phương pháp tách chất chọn lọc mà ta biết phần tách chất Các phương pháp làm giàu thường sử dụng phân tích lượng vết là: - Phương pháp. .. .6 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH Vai trò phương pháp tách [2] Vài trò phương pháp tách, chiết thành tựu đạt hoá học phân tích đại biết rõ công nhận Các phương pháp chia dùng để cô đặc... tích dễ bị phân huỷ) - Phương pháp kết tủa cộng kết (kết tủa theo) - Phương pháp chiết lỏng - lỏng - Phương pháp sắc kí trao đổi ion - Phương pháp chiết pha rắn - Phương pháp điện phân Ví dụ [7]: