chiết pha rắn và ứng dụng

Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Giới thiệu chung [1],[2],[3] Ô nhiễm môi trường vấn đề thời giới quan tâm lo lắng Với tình hình phát triển nay, ngày có nhiều chất ô nhiễm nguy hại đưa vào môi trường tự nhiên Trong đó, nhiều chất gây ung thư, gây tác hại nghiêm trọng cho môi trường sức khoẻ người như: hợp chất hữu độc hại đặc biệt kim loại độc (Hg, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, As… ) Các chất độc mẫu môi trường thường tồn dạng siêu vết (cỡ ppb ≈ μg/l) nhỏ Hiện nay, phương pháp phân tích công cụ đại phát triển, xong việc xác định trực tiếp hàm lượng chất độc mẫu môi trường khó khăn Chính vậy, việc tách làm giàu chất phân tích kết hợp với phương pháp phân tích đại có ý nghĩa Các phương pháp tách làm giàu như: chiết lỏng-lỏng, chiết pha rắn, kết tủa, cộng kết, sắc ký… phương pháp chiết pha rắn (Solid Phase Extraction – SPE) có hiệu Ưu điểm phương pháp so với phương pháp khác độ chọc lọc, hệ số làm giàu cao, sử dụng dung môi, thao tác đơn giản, dễ tự động hoá rẻ tiền Trên giới Việt Nam, nghiên cứu sử dụng phương pháp SPE chủ yếu phân tích hợp chất hữu Với chất vô cơ, chưa nhiều Do vậy, hướng “mở” nhà phân tích Đặc biệt việc ứng dụng loại nhựa vòng (chelating resin) có khả tạo phức bền với ion kim loại độc mẫu môi trường như: mẫu nước – nước biển Khái niệm chiết pha rắn 2.1 Khái niệm [1],[2],[3] Trước đây, trình tách làm giàu lượng vết kim loại mẫu môi trường thường tiến hành kỹ thuật chiết lỏng - lỏng (LLE) Những điểm bất lợi phương pháp sử dụng lượng lớn dung môi sử dụng dung môi không trộn lẫn nên việc lựa chọn dung môi khó khăn, thao tác thí nghiệm phức tạp hiệu suất làm giàu không cao Vì vậy, kỹ thuật LLE sử dụng GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) đời vào năm 1970, vừa đời kỹ thuật bộc lộ tính ưu việt Tuy nhiên, đến năm 1998 thuật ngữ khoa học “Chiết pha rắn” công nhận toàn giới Từ đến nay, kỹ thuật chiết pha rắn phát triển mạnh mẽ lĩnh vực phân tích, đặc biệt phân tích lượng vết kim loại độc mẫu môi trường Chiết pha rắn (hay chiết rắn-lỏng) trình phân bố chất tan hai pha lỏng rắn Trong đó, chất tan ban đầu pha lỏng (nước dung môi hữu cơ), chất để hấp thụ chất tan dạng rắn (dạng hạt, nhỏ xốp) gọi pha rắn Pha rắn (còn gọi pha tĩnh) thường hạt silica gel xốp trung tính, hạt oxit nhôm, silica gel trung tính ankyl hoá nhóm –OH gốc hydrocarbon mạch thẳng -C2, -C4, -C8, -C18,… hay nhân phenyl, polyme hữu cơ, loại nhựa than hoạt tính… Các hạt nhồi vào cột chiết nhỏ (thường cột có kích thước × cm) nén dạng đĩa dày - mm với đường kính - cm (đĩa chiết) Hình Cột chiết pha rắn Pha lỏng pha chứa chất cần phân tích, chúng dung môi hữu cơ, dung dịch đệm… Khi cho pha lỏng qua cột chiết (hoặc đĩa chiết), pha rắn tương tác với chất phân tích giữ nhóm (hoặc số nhóm) chất phân tích lại pha rắn, chất lại khỏi cột với dung môi hòa tan mẫu GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Quá trình rửa giải (giải hấp) chất phân tích thực dung môi thích hợp Ví dụ: chất hữu phần lớn rửa giải axeton, axetonitrile, metanol…, kim loại thường rửa giải dung dịch axit Thông thường, thể tích dung dịch rửa giải nhỏ nhiều lần so với dung dịch mẫu ban đầu, điều có nghĩa chất phân tích làm giàu Ngày nay, khái niệm SPE mở rộng cho trường hợp hấp thụ chất trạng thái khí lên cột chiết rắn trường hợp hấp thụ khí CO lên vật liệu rắn bơm trực tiếp vào máy sắc ký để định lượng Hinh2 Một máy chiết pha rắn hoàn chỉnh hiện 2.2 Nguyên tắc chung của chiết pha rắn [1],[2],[3] Nguyên tắc trình chiết pha rắn mẫu dạng lỏng , chất chiết dạng rắn, hạt nhỏ xốp ( có đường kính từ 5-10 µ m ) Chất chiết gọi pha tĩnh nhồi vào nột cột sắc ký nhỏ (kích thước 10*1cm hay dung lượng 510ml) hạt chất chiết có độ xốp lớn với diện tích bề mặt thường 50-100m 2/gam Khi xử lý mẫu dung dịch chứa chứa chất mẫu dội lên pha rắn cột sắc ký Lúc pha tĩnh tương tác với chất mẫu giữ lại nhóm chất phân tích cột ( pha tĩnh) Còn nhóm khác khỏi cột với với dung môi hào GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn tan mẫu Như ta thu nhóm chất phân tích tồn pha tĩnh Sau dùng dung môi thích hợp hòa tan tốt chất phân tích để rửa giải chúng khỏi pha tĩnh thu dung dịch có chất phân tích để xác định Các chất chiết pha rắn chế tạo theo loại sau - Chất hấp phụ pha thường : Đó silica trung tính - Chất hấp phụ pha ngược: Là silica ankyl hóa nhóm OH - Chất có khả trao đổi ion - Chất rây hay sàng lọc phân tử theo kích thước hay độ lớn - Chiết hay hấp phụ pha khí rắn 2.3 Các điều kiện chiết pha rắn [1],[2],[3] Quá trình chiết thực chất cũng phân bố chất phân tích pha : pha rắn ( chất chiết) pha động ( dung dịch chứa chất phân tích) Trong điều kiện định :pH, dung môi nhiệt độ , tốc độ chảy dung môi qua cột chiết Vì số phân bố nhiệt động K b chất phân tích hai pha cũng yếu tố định hiệu chiết Ta phải có điều kiện sau : - Pha rắn hay pha chiết phải có tính chất hấp phụ hay trao đổi chọn lọc với hay nhóm ion định( tính chọn lọc pha chiết) - Hệ số phân bố nhiệt động K b cân chiết phải lớn, để có tính hiệu chiết cao - Quá trình chiết phải xảy nhanh , nhanh đạt đến cân tương tác hóa học làm hay hỏng chất phân tích - Quá trình chiết phải có tính thuận nghịch cao để rửa giải chất phân tích khỏi pha chiết GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn - Không làm nhiểm bẩn chất phân tích - Sự chiết thực số điều kiện định, phù hợp lặp lại được, đơn giản tốt 2.4 Chọn dung môi kĩ thuật SPE Cấu trúc phân tử mẫu hai yếu tố quan trọng định chế thích hợp cho trình tách Việc quan tâm trình xác định phương pháp SPE thích hợp cấu trúc độ phân cực chất cần phân tích Khoảng phân cực chất phân tích tương đối rộng từ hợp chất không phân cực PCB, DDT đến không phân cực PAH đến phân cực thuốc diệt cỏ Hầu hết hợp chất phân cực chứa nhiều nhóm chức phân cực chứa nhóm ion (cả cation anion) Do loại cột SPE dung môi cần sử dụng tùy thuộc vào độ phân cực hợp chất VD: Với hầu hết chất không phân cực C18 C8 sử dụng tốt để hấp phụ chất cần phần tích khỏi dung dịch nước pha đảo.Tuy nhiên C8 cho hiệu thu hồi tương đối tốt với hầu hêt chất không phân cực Điều hợp chất không phân cực rửa giải dễ dàng khỏi cột C8 lực tương tác Val der waals bị giảm Đối với chất có độ phân cực vừa phải SPE C18 lại thích hợp để sử dụng Tuy nhiên hợp chất phân cực C18 không đủ độ kỵ nước để hấp phụ hợp chất từ dung dịch nước Bước khác trình chiết pha rắn việc tìm tính kỵ nước so với tính phân cực chất phân tích để xác định chế hấp phụ Có hai bước chủ yếu để xác định chế cho việc phân tích mẫu nước mẫu không nước Cơ chế SPE cho phép phân tích các mẫu nước Với mẫu nước, việc định sử dụng chất hấp phụ dựa vào đặc tính phân cực đặc tính ion chất phân tích quan tâm Nếu mẫu phân cực ion chất hấp phụ có tính trao đổi ion sử dụng Nếu chất phân tích phân cực mà tính ion chất hấp phụ sử dụng tốt pha đảo (ví dụ C18) chất phân tích không phân cực, chọn pha đảo với chất hấp phụ C8 C18 Cơ chế SPE cho phép phân tích các mẫu mẫu nước Với mẫu này, việc định sử dụng chất hấp phụ ngược lại so với Nếu chất phân tích phân cực ion hiệu suất thu hồi tốt sử dụng GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn trao đổi ion (tương tự trên) Nếu chất phân tích phân cực ion chất hấp phụ pha đảo pha thường Sự lựa chọn tùy thuộc vào dung môi hữu phân cực hay không phân cực tương ứng Nếu chất phân tích không phân cực chất hấp phụ chọn pha đảo Một số kỹ thuật chiết pha rắn [3] Trong chiết pha rắn, kỹ thuật thường lựa chọn sử dụng là: 3.1 Kỹ thuật SPE điều kiện tĩnh Quá trình thực bao gồm bước sau: Bước 1: Phân bố chất tan hai pha rắn - lỏng Dùng cốc thủy tinh, chứa thể tích xác định dung dịch hoà tan chất cần phân tích, sau cho vào cốc lượng pha rắn thích hợp Điều chỉnh môi trường, lắc hay khuấy dung dịch thời gian định để trình phân bố chất tan hai pha xảy hoàn toàn Bước 2: Tách hai pha rắn - lỏng Khi cân phân bố chất tan hai pha thiết lập, lọc ly tâm để tách hai pha rắn - lỏng Trong bước thêm giai đoạn lọc rửa pha rắn để loại bỏ chất gây cản trở cần Bước 3: Giải hấp Các chất cần phân tích bị hấp thụ pha rắn rửa giải khỏi pha rắn thể tích dung môi thích hợp sau xác định nồng độ phương pháp phân tích công cụ lựa chọn Như vậy, cân phân bố hai pha xảy lần Trong trường hợp vi chiết pha rắn (Solid Phase Micro Extraction - SPME), pha rắn dạng sợi nhúng trực tiếp vào dung dịch mẫu phân tích đặt khoảng không gian bề mặt dung dịch phân tích Quá trình phân bố chất tan lên pha rắn trợ giúp cách GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn khuấy trộn dung dịch Khi cân phân bố chất tan thiết lập, sợi pha rắn rút khỏi dung dịch, làm khô đưa trực tiếp vào buồng bay mẫu máy sắc ký khí Cũng hoà tan chất bị hấp thụ sợi pha rắn vào dung môi thích hợp bơm vào hệ thống sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) hay sắc ký khí (GC) 3.2 Kỹ thuật SPE điều kiện động Trong kỹ thuật SPE điều kiện động, vật liệu pha rắn nạp trước vào cột (cartridge) cố định ngăn polyetylen xốp Có vật liệu SPE cố định mạng lưới polytetrafluoroethylene (PTFE) ép thành khối dạng dĩa Kỹ thuật SPE điều kiện động gồm bước mô tả hình 1.3 Bước 1: Chuyển dạng chất hấp thụ pha rắn Đầu tiên, vật liệu hấp thụ chuyển từ dạng ban đầu (của hãng sản xuất) sang dạng thích hợp cho trình hấp thụ (dạng H + OH-) cách cho dung môi chạy qua làm ướt vật liệu, solvat hóa nhóm chức chất hấp thụ đuổi không khí, lấp đầy khoảng trống dung môi Sau đó, cột làm ướt dung dịch đệm nước cất để có hiệu hấp thụ tốt mẫu dung dịch nước (chất hấp thụ phải ngâm dung môi) Trong thực tế, để khô cột khả hấp thụ xảy không hoàn toàn độ thu hồi chất phân tích giảm, phải tiến hành trình chuẩn bị cột (pha tĩnh) lại từ đầu Trong trình chuyển dạng, cần thiết nên có thêm bước làm cột để loại bỏ tạp chất Bước 2: Quá trình hấp thụ chất phân tích Dung dịch mẫu chứa chất phân tích cho qua cột với tốc độ thích hợp Chất phân tích giữ lại cột chất khác dung môi khỏi cột Cũng có trường hợp chất gây cản trở bị giữ lại cột, chất phân tích khỏi cột với dung môi Sau chất phân tích thu hồi xác định phương pháp phân tích công cụ thích hợp chọn GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Ở bước này, điều quan trọng chế lưu giữ chất phân tích chất hấp thụ cho mẫu chảy qua cột Các chế trình lưu giữ bao gồm tương tác Van der Wall, tương tác lưỡng cực - lưỡng cực, liên kết hydro, trao đổi cation, trao đổi anion, tạo phức vòng càng,… Quá trình hấp thụ giữ lại số thành phần khác cột với chất phân tích Bước 3: Rửa cột Đây bước loại bỏ chất gây ảnh hưởng mẫu khỏi cột giữ lại chất phân tích Nếu mẫu dung dịch nước, cần phải sử dụng dung dịch đệm dung môi hữu Nếu mẫu hòa tan dung môi hữu rửa cột dùng dung môi Bước 4: Rửa giải Đây bước cuối để thu hồi chất phân tích Dung môi chọn phải phá vỡ dễ dàng tương tác chất phân tích chất hấp thụ Thể tích dung môi sử dụng rửa giải tốt phải đảm bảo rửa chất phân tích khỏi vật liệu hấp thụ, ưu điểm kỹ thuật SPE so với kỹ thuật LLE B1: Nhồi cột chuyển dạng nhựa B2: Bơm mẫu qua cột B3: Rửa chất ảnh hưởng B4: Rửa giải chất phân tích Các chất ảnh hưởng rửa giải Chất phân tích GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Hình Các bước kỹ thuật SPE điều kiện động So sánh kỹ thuật chiết pha rắn và chiết lỏng - lỏng [1],[2],[3],[7] 4.1 Sự khác giữa chiết lỏng – lỏng , chiết pha rắn và sắc ký * Nguyên tắc chiết lỏng-lỏng phân bố chất phân tích vào hai pha lỏng (dung môi) không trộn lẫn vào ( hai dung môi có dung môi chứa chất phân tích ) để dụng cụ chiết phễu chiết, bình chiết Vì hệ số phân bố nhiệt động Kb cân chiết yếu tố định hiệu chiết * Quá trình chiết pha rắn thực chất cũng phân bố chất phân tích pha : pha rắn ( chất chiết) pha động ( dung dịch chứa chất phân tích) Trong điều kiện định :pH, dung môi nhiệt độ , tốc độ chảy dung môi qua cột chiết Vì số phân bố nhiệt động K b chất phân tích hai pha cũng yếu tố định hiệu chiết * Sắc kí Trong kĩ thuật sắc kí, hỗn hợp chất phân tích chuyên chở chất lỏng khí thành phần tách phân bố khác chất tan chúng chảy qua pha tĩnh rắn hay lỏng Nhiều kĩ thuật khác dùng để phân tích hợp chất phức tạp dựa lực khác chất môi trường động khí lỏng môi trường hấp phụ tĩnh mà chúng di chuyển qua, giấy, gelatin hay gel magnesium silicate 4.2 So sánh kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) và chiết lỏng-lỏng (LLE) Về nguyên tắc thao tác, kỹ thuật SPE giống với kỹ thuật LLE mặt hiệu ứng dụng kỹ thuật SPE có nhiều ưu điểm nổi bật cụ thể sau: - Thao tác nhanh, đơn giản dễ tự động hoá: mẫu phân tích cho chảy qua cột với tốc độ thích hợp (điều khiển máy hút chân không bơm nhu động) Chất phân tích giữ lại cột rửa giải dung dịch thích hợp Tất GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn trình tự động hóa cách dễ dàng Mặc dù LLE cũng có vài khâu tự động hóa nhìn chung thao tác phức tạp nhiều - Sử dụng dung môi: mẫu sau xử lý sơ điều chỉnh môi trường cho qua cột trực tiếp Sau cần lượng nhỏ dung môi rửa giải rửa giải chất cần phân tích khỏi cột Ngược lại, kỹ thuật LLE đòi hỏi phải sử dụng lượng dung môi lớn (chủ yếu dung môi hữu cơ) - Điều kiện tách đơn giản: cân phân bố chất tan hai pha xảy nhiều lần nên cần có khác hợp lý khả chiết tách hoàn toàn hai chất tan khỏi Việc lựa chọn dung môi SPE đơn giản LLE Hơn nữa, kỹ thuật LLE cần phải sử dụng dung môi không trộn lẫn nên việc lựa chọn dung môi khó khăn - Hệ số làm giàu cao: hệ số làm giàu kỹ thuật SPE cao nhiều so với LLE, hệ số phụ thuộc vào thể tích hai pha: rắn lỏng Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn phân tích môi trường [1],[2],[3],[5] Kỹ thuật SPE áp dụng cho phân tích hợp chất hữu hợp chất vô (ion kim loại) mẫu môi trường Trong phần này, trình bày phần ứng dụng kỹ thuật SPE phân tích siêu vết ion kim loại đối tượng môi trường khác 5.1 Ứng dụng của kỹ thuật chiết pha rắn phân tích hợp chất hữu Trước năm 2000, kỹ thuật SPE ứng dụng chủ yếu cho lĩnh vực phân tích hợp chất hữu (Bảng 1) Trong đó, kỹ thuật SPE sử dụng để tách làm giàu dư lượng thuốc trừ sâu, chất hoạt động bề mặt, hydrocarbon thơm mạch vòng khó phân huỷ (Polycyclic aromatic hydrocarbons – PAHs),… loại mẫu nước 5.2 Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn phân tích chất vô GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 10 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Ngày nay, kỹ thuật SPE phát triển ứng dụng rộng rãi để làm giàu tách ion kim loại môi trường (bảng 2) Có phương pháp tách làm giàu ion kim loại thường sử dụng sử dụng kỹ thuật SPE Cụ thể 5.2.1 Phương pháp trao đổi ion Nguyên tắc phương pháp thay anion hay cation kim loại dung dịch mẫu với anion (OH-,…) hay cation (H+, NH4+,…) vật liệu hấp phụ Chẳng hạn như, ion kim loại trao đổi với ion H + hay NH4+ nhựa trao đổi cation axit mạnh hay hợp chất phức kim loại mang điện tích âm, hợp chất phức kim loại với clorua, florua trao đổi với ion OH - nhựa trao đổi anion lưu giữ nhựa Dựa vào tính chất người ta vừa làm giàu vừa tách chúng khỏi số ion cản trở khác Ngoài ra, theo phương pháp rửa giải chọn lọc ion kim loại tác nhân tạo phức hữu vô Chẳng hạn như, để tách riêng ion Co II, FeIII NiII khỏi dung dịch mẫu, người ta thường cho dung dịch chứa đồng thời ion qua cột trao đổi anion môi trường HCl 10 - 12 M, CoII FeIII bị giữ lại nhựa trao đổi anion dạng CoCl42- FeCl4-; NiII không tạo phức âm nên khỏi cột Sau dùng dung dịch HCl loãng để rửa giải FeIII dung dịch HCl M để rửa giải CoII Một ứng dụng rộng rãi phương pháp trao đổi ion là: - Làm mềm nước cứng - Nước cất không ion Bảng Một số ứng dụng SPE phân tích hợp chất hữu Loại cột SPE Cơ chế GVHD: TS Trần Quang Hải Ứng dụng việc tách và làm giàu Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 11 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Thuốc, dược phẩm nước tiểu; Các axit hữu C8, C18 Pha đảo rượu; Thuốc trừ sâu nước; Các peptide huyết nước tiểu Than hoạt tính nhựa Làm giàu lượng vết thuốc trừ sâu nước; Tách Pha đảo polyme phẩm phân cực Pha thường, Silica pha trung hoà, phân cực Pha thường, Florisit pha bazơ phân cực nhẹ Alumina A Pha thường Nhựa trao đổi Trao đổi cation cation Nhựa trao đổi anion dạng chuyển hoá, đồng phân thuốc, dược Tách dạng phân cực (từ thấp đến trung bình) khỏi dung môi không nước; Làm dư lượng thuốc trừ sâu từ mẫu chiết đất, thực vật…; Loại bỏ vitamin béo tan Tách dạng phân cực (từ thấp đến trung bình) khỏi dung môi không nước; Tách thuốc trừ sâu thực phẩm; Làm dư lượng thuốc trừ sâu từ mẫu chiết đất, thực vật… Tách dạng ưa nước dung môi không nước; Tách chất trao đổi cation yếu Tách chất định phân cation dung môi nước không nước; Phân chia protein enzim có tính bazơ yếu Tách chất định phân anion dung môi nước Trao đổi anion không nước; Loại bỏ chất màu axit rượu, nước hoa quả, dịch chiết từ thực phẩm C8- trao đổi Hỗn hợp pha cation đảo trao đổi khỏi huyết thanh, huyết tương nước tiểu GVHD: TS Trần Quang Hải Tách loại dược phẩm có tính bazơ lưỡng tính Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 12 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn ion Pha thường, Các amonipropyl Các cyanopropyl, CN-, diol, OH- Các chất trao đổi anion yếu; Các loại dược phẩm pha đảo trao dạng chuyển hoá dịch thể; Phân chia dầu đổi cation yếu mỏ; Các phenol chất màu thực vật Pha thường, Các chất định phân dung dịch nước dung pha đảo môi hữu cơ; Dược phẩm dạng chuyển hoá Bảng Các ứng dụng kỹ thuật SPE để làm giàu lượng vết kim loại Vật liệu hấp phụ Nhựa vòng Chelex-100 Muromac A1 Nguyên tố Đối tượng Phương pháp phân tích phân tích xác định HgII, AsIII Nước ngầm, nước thải, nước biển AAS Silica gel C18 CdII, PbII Phenylpiperazine MnII, CuII, Nước mặt, Mẫu dithiocarbamate CdII, PbII hỗn hợp CdII, ZnII Phân bón F-AAS CuII, CdII Nước biển F-AAS Máu ET-AAS F-AAS Manganesediethyldithiocarbamate (Mn(DDTC)2) 3-Aminopropyltriethoxysilane Nước sông, nước Polypropylene CdII máy nước ET-AAS uống đóng chai GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 13 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn CdII, CoII, Amberlit XAD-2 NiII N,N’bis(salicylidene)phenylene-1,3diamine Co(III)hexamethylene dithiocarbamate (Co(HMDTC)3) CdII, CuII, ZnII, NiII CdII Thức ăn F-AAS Nước tự nhiên F-AAS Nước tự nhiên AAS Salicylaldoxime-immobilized CuII, NiII, Sữa, vitamin, tóc, silica gel CoII, ZnII thép,… 3-Aminopropyltriethoxysilane Chelamine resin CuII, CdII, CrIII CuII, PbII, CdII, HgII UV-VIS Nước biển GF-AAS Nước biển F-AAS 5.2.2 Chiết các hợp chất phức kim loại với thuốc thử hữu Nguyên tắc phương pháp sử dụng thuốc thử hữu thích hợp tạo phức với chất phân tích phức tạo thành giữ lại vật liệu hấp phụ cho mẫu qua cột Theo phương pháp này, tiến hành theo hai cách sau: - Thêm thuốc thử thích hợp vào dung dịch mẫu phân tích để tạo phức liên hợp ion hay phức trung hoà điện Sau đó, cho dung dịch chảy qua cột SPE - Tiến hành hoạt hóa vật liệu hấp phụ tác nhân tạo phức Nghĩa là, tác nhân tạo phức hấp phụ trước lên vật liệu Tiếp theo, cho mẫu có chứa chất phân tích qua cột Các ion kim loại tiếp xúc với thuốc thử tạo phức bề mặt pha rắn Vì vậy, với cách tiến hành này, trình phân tích cần phải lựa chọn thuốc thử cho phù hợp GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 14 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn với loại ion cần nghiên cứu tránh ảnh hưởng ion kim loại phổ biến NaI, CaII, MgII, … ion cản trở 5.2.3 Ứng dụng các loại nhựa vòng càng Nguyên tắc phương pháp ion kim loại bị giữ lại nhóm chức tạo vòng tiểu phần pha rắn (nhựa vòng càng) ion khác khỏi cột môi trường mẫu Sau đó, cho dung dịch axit tác nhân tạo phức khác (dung dịch rửa giải) có nồng độ thích hợp qua để phá vỡ phức vòng ion kim loại nhóm chức pha rắn Một số dạng nhựa vòng thương mại thường sử dụng như: a Nhựa có nhóm chức IminoDiacetic Acid Loại nhựa có chứa nhóm chức IminoDiacetic Acid (IDA) sử dụng phổ biến với tên thương phẩm như: Dowex A-1, Chelex 100, Muromac A1,… Chúng có cấu trúc chung có nhóm IDA Cấu tạo nhóm IDA sau: CH2COOH R N CH2COOH Nhóm chức IDA liên kết với nhiều kim loại thông qua nguyên tử nitơ hai nhóm carboxyl Hiện nay, có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng loại nhựa để tách làm giàu lượng vết nguyên tố kim loại môi trường Các dạng tồn khác nhựa Chelex 100 xác định qua cân (1) Dựa vào dạng tồn tại, giải thích chế hình thành phức giá trị pH khác ion kim loại với nhóm chức IDA GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 15 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn (1) Đối với loại nhựa vòng càng, trình hấp phụ chất phân tích lên nhựa trình tạo phức vòng chất phân tích với nhóm chức IDA bị giữ lại cột cho mẫu qua cột Sau đó, dùng môi trường axit để rửa giải, axit bẻ gãy liên kết vòng giải phóng ion kim loại Vì vậy, trình mẫu tiếp xúc với nhựa qua cột, pH dung dịch mẫu phải điều chỉnh thích hợp với chất nhóm chất phân tích Mặt khác, để thuận lợi cho trình hấp phụ chất phân tích, nhóm chức IDA thường phải chuyển từ dạng H + sang dạng NH4+ Dung dịch đệm NH4CH3COO M (pH = 4,5 ÷ 5,5) thích hợp để chuyển dạng nhựa điều chỉnh pH mẫu cho mẫu qua cột Cơ chế việc hình thành phức giải thích qua ví dụ phản ứng ion CuII Dowex-100 mô tả phương trình (2) 2+ CH2 COO- + Cu(H2O)5 R N CH2COO R ↔ - + H2O (2) CH2 COON Cu (H2O)3 CH2COO(cấu trúc bát diện) Dạng tổng quát phức kim loại với nhóm chức IDA: H R C H CH2 COOMeLn-3 N - CH2COO GVHD: TS Trần Quang Hải (n: số phối tử cực đại ion kim loại) Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 16 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Với dạng tổng quát, cấu trúc phức ion kim loại nhóm chức có dạng bát diện Loại nhựa chủ yếu dùng để tách làm giàu cation kim loại Sau ví dụ tổng hợp loại nhựa có chứa nhóm IDA b Nhựa biến tính với các nhóm chức khác Các loại nhựa kiểu tổng hợp cách gắn nhóm chức khác lên cấu trúc vật liệu hấp phụ Chẳng hạn như: - Nhựa hydroxamic axit tổng hợp cách gắn nhóm chức hydroxamic axit vào vòng benzen hạt nhựa XAD-4 Công thức cấu tạo hạt nhựa biểu diễn sau: O OH C N C6H5 O OH C N CH3 O OH C N H - Đối với nhựa vòng có chứa nhóm thiol (—SH) dễ tạo phức với ion Ag I, HgII, PbII ion kim loại có lực lưu huỳnh Điển hình số loại nhựa loại nhựa có chứa nhóm thioglycolate (—OCOCH2S) gắn vào vòng benzen nhựa XAD-4 - Các chất trao đổi ion cellulose phosphate: chứa nhóm chức phosphonate [—PO(OH)2] hay [—OPO(OH)2] tạo phức bền số kim loại, phổ biến Cellulose Phosphate P-11 (Whatman) Các ion U VI, ThIV tạo phức bền với cellulose phosphate môi trường axit mạnh Các nguyên tố đất cũng bị hấp phụ mạnh loại cột GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 17 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn - Nhựa polyvinylacetonyl cetone thường dùng để tách làm giàu Cu II UO2II Loại nhựa tổng hợp qua phản ứng sau: Ngoài kiểu biến tính vật liệu hấp phụ trình bày nhiều cách biến tính khác để tách làm giàu ion kim loại hai dạng cation anion Chẳng hạn như: Nhựa Amberlite 400 dạng thiocyanat, clorua; loại nhựa biến tính với thuốc thử tạo phức với ion kim loại như: 8-hydroxyquinol; α-nitroso-β-naphthol; 1-(2-pyridilazo)-2-naphtol; 3,4-dihydroxybenzoic acid; pyrocatechol,… Chính vậy, việc biến tính nhựa nhóm chức khác hướng đáng quan tâm để xác định dạng tồn ion kim loại Tóm lại, với tính ưu việt loại vật liệu hấp phụ đa tính năng, kỹ thuật chiết pha rắn kỹ thuật tách làm giàu chất phất tích mẫu môi trường có nhiều triển vọng có tính khả thi việc xác định siêu vết nhỏ chất hữu chất vô 5.3 Một số ứng dụng chiết pha rắn thực tế.[4],[5],[6],[7] 1) Nghiên cứu xác định số hợp chất clo mặt nước đất địa bàn thành phố Đà Nẵng( Tạp chí khoa học công nghệ –Đà Nẵng) Trong đề tài tác giả dùng cột chiết C18 Kết sau: Kết tính toán giới hạn phát phương pháp (ĐVT ppb) Chỉ S/N tiêu LOD Lindan 1161 10ppb GVHD: TS Trần Quang Hải Aldrin DDE 853 315 15ppb 42ppb Dieldrin DDT 171 202 70ppb 70ppb Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 18 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn 0,01ppb MDL 0,015 ppb 0,042ppb 0,08ppb 0,07ppb 10ng/l 15ng/l 42ng/l 80ng/l 70ng/l Giới hạn phát thấp phương pháp chất nhỏ 0,08ppb, tương đương với 0,08µg/l, Tác giả kết luận; − Tăng giới hạn phát hàm lượng chất mẫu đến mức µg/lít, µg/Kg (ppb), chí đến mức ng/lít − Đã loại trừ việc định danh nhầm trùng lặp thời gian lưu nhờ sử dụng detector khối phổ 2) Xác định lượng dư carbamat mẫu rau , mẫu gừng Do tác giả Nguyễn Văn liêm , Tô thị Hiền thực với kết sau: Chất phân tích S N S/N LOD LOQ Aldicard Sulfoxide 413 59 (ppb) 0.51 (ppb) 1.69 Adicarb sulfone 337 16 21 1.43 4.76 Oxamyl Methomyl 3-Hydroxy 255 419 284 17 10 18 15 42 16 2.00 0.71 1.88 6.67 2.38 6.25 Carbofuran Aldicarb 267 10 27 1.11 3.70 Popoxur Carbofuran Sevin (carbaryl) Methiocarb 247 208 186 109 12 14 17 19 21 15 11 1.43 2.00 2.73 4.76 6.67 9.09 - Tác giả kết luận: Giới hạn phát với chất khác khoảng vài chục ppb mẫu thật Aldicard Sulfoxide 19.7 ppb; Adicarb sulfone 17.4 ppb; Oxamyl 23.5 ppb; Methomyl 29.8 ppb; 3-Hydroxy carbofuran 35.8 ppb; Aldicarb 24.0 ppb; Propoxur 23.1 ppb; Carbofuran 31.3 ppb; Sevin (carbaryl) 42.0 ppb; Methiocarb 46.9 ppb Ứng với quy trình làm giàu mẫu, ta phân tích mẫu hàm lượng vài ppb Tất chất ñều có giới hạn ñịnh lượng thấp quy ñịnh cho phép Việt Nam, Nhật, Mỹ GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 19 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn 3).Phương pháp vi chiết pha rắn (SPME) phân tích hữu tác giả Nguyễn Đức Huệ, Trần Mạnh Trí, Nguyễn Anh Tuấn Trong đề tài tác giả thực số đối tượng với kế sau: Bảng Kết nghiên cứu phương pháp SPME với các HCBVTV nước Chất HCH HCB DDT DDE Dimethoat Metylparathion Malathion Anpha-cypermethrin Cypermethrin Delta-cypermethrin Lamda-cypermethrin fenvalerat Giới hạn phát 125ng/l 97ng/l 134ng/l 568ng/l 146ng/l 214ng/l 123ng/l 201 ng/l 231 ng/l 231 ng/l 120 ng/l 120ng/l Độ lặp lại >=99% Hằng số phân bố 2053 5819 3046 2907 1264 1773 2323 1292 1739 2305 9476 9215 Hệ số làm giàu 1976 5234 2878 2753 1063 1714 2223 1261 1683 2208 8018 7830 Bảng Kết nghiên cứu phương pháp SPME với các chất nhóm pyrethoid Chất Thời gian lưu Độ thu hồi Độ lệch Độ nhạy (phút) chuẩn Lambla-cyhabothrin 28,153 29,583 3,15-4,25% 10-9 g/ml Permethrin 36,192 37,48 64-67% Alpha-cypermethrin 48.353 Delta-methrin 77,225 Bảng Kết nghiên cứu phương pháp SPME với các chất dopinh Chất nandrolan Testosteron Metyltestostron Giới hạn phát 4.10-10 g/ml 2.10-10 g/ml 4.10-10 g/ml GVHD: TS Trần Quang Hải Độ lặp lại >98% Hằng số phân bố 703 692 705 Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 20 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Bảng Kết nghiên cứu phương pháp SPME KGH của mẫu rắn Chất pp-DDT DDE HCH HCB diazion Metylparathion Diclovos Permetrin Fethion Dimethoat Giới hạn phát 1.10-8 g/g 1.10-8 g/g 1.10-9 g/g 1.10-8 g/g 0,5.10-7 g/g 1.10-7 g/g 1.10-8 g/g 1.10-7 g/g 0,5.10-7 g/g 1.10-8 g/g GVHD: TS Trần Quang Hải Độ lặp lại Hằng số phân bố Rắn - 0.0079 Hơi –rắn 1.104 0.0037 1.104 0.014 0,5.104 >94% Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 21 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Phụ lục Sơ đồ lựa chọn cột phân tích GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 22 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Luận Giáo trình môi trường quan trắc môi trường Đại học khoa học tự nhiên Đại học quốc gia Hà Nội Phạm Luận Giáo trình hướng dẫn vấn đề sở kỹ thuật xử lý mẫu phân tích Đại học khoa học tự nhiên Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Hải Phong Kỹ thuật chiết pha rắn ứng dụng Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Đức Huệ , Trần Mạnh Trí cộng Phương pháp vi chiết pha rắn phân tích chất hữu tuyển tập báo cáo khoa học Đỗ Quang Trung Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn để làm giàu xác định lượng vết thủy ngân asen nước.Trích yếu luận án tiến sỹ Nguyễn Văn Liêm, Nguyễn Văn Đông, Tô Thị Hiền Xác định lượng dư carbamate mẫu rau , gừng mẫu nước Science & Technology Development, Vol 12, No.09 – 2009 Guide to Solid Phase Extraction Sigma-Aldrich Co 1998 GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 23 [...]... học tự nhiên Đại học quốc gia Hà Nội 3 Nguyễn Hải Phong Kỹ thuật chiết pha rắn và ứng dụng Đại học quốc gia Hà Nội 4 Nguyễn Đức Huệ , Trần Mạnh Trí và cộng sự Phương pháp vi chiết pha rắn trong phân tích chất hữu cơ tuyển tập báo cáo khoa học 5 Đỗ Quang Trung Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn để làm giàu và xác định lượng vết thủy ngân và asen trong nước.Trích yếu luận án tiến sỹ 6 Nguyễn Văn Liêm,... Hỗn hợp pha cation đảo và trao đổi ra khỏi huyết thanh, huyết tương và nước tiểu GVHD: TS Trần Quang Hải Tách các loại dược phẩm có tính bazơ và lưỡng tính Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 12 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn ion Pha thường, Các amonipropyl Các cyanopropyl, CN-, diol, OH- Các chất trao đổi anion yếu; Các loại dược phẩm và pha đảo và trao...Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Ngày nay, kỹ thuật SPE đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi để làm giàu và tách các ion kim loại trong môi trường (bảng 2) Có 3 phương pháp tách và làm giàu các ion kim loại thường được sử dụng khi sử dụng kỹ thuật SPE Cụ thể là 5.2.1 Phương pha p trao đổi ion Nguyên tắc của phương pháp là sự thay... việt và các loại vật liệu hấp phụ đa tính năng, kỹ thuật chiết pha rắn là một trong các kỹ thuật tách và làm giàu chất phất tích trong các mẫu môi trường rất có nhiều triển vọng và có tính khả thi trong việc xác định siêu vết hoặc nhỏ hơn các chất hữu cơ và các chất vô cơ 5.3 Một số ứng dụng chiết pha rắn trong thực tế.[4],[5],[6],[7] 1) Nghiên cứu xác định một số hợp chất clo trong mặt nước và. .. trong dịch thể; Phân chia dầu đổi cation yếu mỏ; Các phenol và chất màu thực vật Pha thường, Các chất định phân trong dung dịch nước và dung pha đảo môi hữu cơ; Dược phẩm và các dạng chuyển hoá Bảng 2 Các ứng dụng của kỹ thuật SPE để làm giàu lượng vết kim loại Vật liệu hấp phụ Nhựa vòng càng Chelex-100 và Muromac A1 Nguyên tố Đối tượng Phương pha p phân tích phân tích xác định HgII, AsIII Nước ngầm,... anion ở môi trường HCl 10 - 12 M, CoII và FeIII bị giữ lại trên nhựa trao đổi anion dưới dạng CoCl42- và FeCl4-; NiII không tạo phức âm nên đi ra khỏi cột Sau đó dùng dung dịch HCl loãng để rửa giải FeIII và dung dịch HCl 4 M để rửa giải CoII Một trong những ứng dụng rộng rãi của phương pháp trao đổi ion là: - Làm mềm nước cứng - Nước cất không ion Bảng 1 Một số ứng dụng của SPE trong phân tích các hợp... Quang Hải Ứng dụng trong việc tách và làm giàu Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 11 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn Thuốc, dược phẩm trong nước tiểu; Các axit hữu cơ C8, C18 Pha đảo trong rượu; Thuốc trừ sâu trong nước; Các peptide trong huyết thanh và nước tiểu Than hoạt tính và các nhựa Làm giàu lượng vết thuốc trừ sâu trong nước; Tách Pha đảo polyme... cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn 3).Phương pháp vi chiết pha rắn (SPME) trong phân tích hữu cơ do các tác giả Nguyễn Đức Huệ, Trần Mạnh Trí, Nguyễn Anh Tuấn Trong đề tài này các tác giả thực hiện trên một số đối tượng với kế quả như sau: Bảng 1 Kết quả nghiên cứu phương pha p SPME với các HCBVTV trong nước Chất HCH HCB DDT DDE Dimethoat Metylparathion Malathion Anpha-cypermethrin... thuốc thử và tạo phức trên bề mặt pha rắn Vì vậy, với cách tiến hành này, trong quá trình phân tích cần phải lựa chọn thuốc thử sao cho phù hợp GVHD: TS Trần Quang Hải Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 14 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn với loại ion cần nghiên cứu và tránh được sự ảnh hưởng của các ion kim loại phổ biến như NaI, CaII, MgII, … và các ion... Người thực hiện: Đào Anh Dũng, Nguyễn Thị Hà 17 Đại cương chiết pha rắn và ứng dụng của chiết pha rắn - Nhựa polyvinylacetonyl cetone thường dùng để tách và làm giàu Cu II và UO2II Loại nhựa này được tổng hợp qua phản ứng sau: Ngoài các kiểu biến tính vật liệu hấp phụ như được trình bày còn nhiều cách biến tính khác để tách và làm giàu các ion kim loại ở hai dạng cation hoặc anion Chẳng hạn