BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CÔNG CỤ VÕ ANH KHUÊ

Bài giảng học phần phân tích công cụ MỤC LỤC CHƯƠNG I QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS) 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA AAS 1.1.1 Sự xuất phổ hấp thụ nguyên tử 1.1.2 Cường độ vạch phổ hấp thụ 1.1.3 Nguyên tắc trang bị phép đo AAS 1.1.4 Những ưu, nhược điểm phép đo AAS 1.1.5 Đối tượng phạm vi ứng dụng AAS 10 1.2 KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA MẪU 10 1.2.1 Mục đích giai đoạn nguyên tử hóa mẫu 10 1.2.2 Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu lửa 11 1.2.2.1 Yêu cầu lửa 11 1.2.2.2 Đặc điểm lửa đèn khí 11 1.2.2.3 Trang bị để nguyên tử hóa mẫu 12 1.2.2.4 Những trình xảy lửa 12 1.2.2.5 Tối ưu hóa điều kiện nguyên tử hóa mẫu 14 1.2.3 Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không lửa 15 1.2.3.1 Đặc điểm 15 1.2.3.2 Yêu cầu hệ thống nguyên tử hóa mẫu 16 1.2.3.3 Nguyên tắc giai đoạn trình nguyên tử hóa 16 1.2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng 17 1.2.3.5 Các trình cuvet graphit 18 1.2.3.6 Trang bị để nguyên tử hóa mẫu 20 1.3 CÁC TRANG BỊ CỦA PHÉP ĐO AAS 20 1.3.1 Nguồn phát xạ đơn sắc 20 1.3.1.1 Đèn catot rỗng (HCL) 21 1.3.1.2 Đèn phóng điện không điện cực 22 1.3.1.3 Đèn phổ liên tục có biến điệu 23 Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ 1.3.1.4 Các loại nguồn đơn sắc khác 24 1.3.2 Trang bị nguyên tử hóa mẫu 24 1.3.3 Hệ thống đơn sắc 24 1.3.4 Detector 25 1.4 PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 26 1.4.1 Những vấn đề chung 26 1.4.1.1 Phương trình phép đo 26 1.4.1.2 Mẫu đầu để dựng đường chuẩn 29 1.4.2 Các phương pháp phân tích cụ thể 29 1.4.2.1 Phương pháp đồ thị chuẩn 30 1.4.2.2 Phương pháp thêm tiêu chuẩn 31 14.2.3 Các phương pháp xác định trực tiếp 32 1.4.2.4 Các phương pháp xác định gián tiếp 33 CHƯƠNG SẮC KÝ KHÍ (GC) 34 2.1 MỞ ĐẦU 34 2.2 Những khái niệm phương trình phương pháp sắc ký khí 36 2.2.1 Sự lưu trữ 36 2.2.2 Năng suất cột tách: 40 2.2.3 Phương trình Van Deemter 41 2.3 KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA SẮC KÝ KHÍ 42 2.3.1 Các loại khí mang sử dụng sắc ký khí: 42 2.3.2 Cột tách sắc ký khí 43 2.3.4 Cơ sở lý thuyết SKK cột mao quản 47 2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI DETECTOR 48 2.4.1 Detector dẫn nhiệt TCD (Thermal Conductivity Detector) 48 2.4.2 Detector ion hóa lửa (FID – Flame Ionization Detector) 49 2.4.3 Detector cộng kết điện tử (hay gọi detector bắt điện tử) ECD – Electron Capture Detector 50 Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ 2.4.4 Detector FTD (NPD) – Flame Thermionic Detector 51 2.4.5 Điều khiển nhiệt độ cột tách 52 2.4.6 Liên hợp phương pháp SKK với phương pháp vật lý xác định cấu trúc 53 2.4.6.1 Liên hợp sắc ký khí - Khối phổ ký (GC – MS) 54 2.4.6.2 Liên hợp sắc ký khí - phổ hồng ngoại (GC – IR) 55 2.5 PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH VÀ ĐỊNH LƯỢNG 56 2.5.1 Khảo sát chương trình nhiệt độ 56 2.5.2 Khảo sát tốc độ dòng 57 2.5.3 Đánh giá độ nhạy detector theo dòng khí bổ trợ 57 2.5.4 Khảo sát thời gian lưu 57 2.5.5 Xác định giới hạn phát –LOD (limit of detection) chất phân tích 61 2.5.6 Khảo sát giới hạn định lượng (LOQ: Limit of quantitation) 63 CHƯƠNG III MỘT SỐ KỸ THUẬT TÁCH VÀ LÀM GIÀU MẪU 65 3.1 Cơ sở, nguyên tắc điều kiện chiết 65 3.1.1 Nguyên tắc sở chiết 65 3.1.2 Hệ số phân bố chất 65 3.1.3 Các điều kiện chiết 65 3.2 Các phương pháp kỹ thuật chiết 66 3.2.1 Phương pháp chiết lỏng - lỏng 66 3.2.2 Phương pháp chiết dòng chảy liên tục 67 3.2.3 Kỹ thuật chiết pha rắn 70 3.2.4 Vi chiết pha rắn 76 Tài liệu tham khảo Erro r! Bookmark not defined.8 Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ CHƯƠNG I QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS) 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA AAS 1.1.1 Sự xuất phổ hấp thụ nguyên tử Như biết, vật chất cấu tạo nguyên tử nguyên tử phần nhỏ giữ lại tính chất nguyên tố hóa học Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu không phát lượng, lúc nguyên tử tồn trạng thái Nhưng nguyên tử trạng thái tự do, ta chiếu chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám nguyên tử nguyên tử tự hấp thụ xạ có bước sóng định ứng với tia mà phát trình phát xạ Lúc nguyên tử nhận xạ vào chuyển lên trạng thái kích thích có lượng cao trạng thái Đó tính chất đặc trưng nguyên tử trạng thái Quá trình gọi trình hấp thụ lượng nguyên tử tự trạng thái tạo phổ nguyên tử nguyên tố Phổ sinh trình gọi phổ hấp thụ nguyên tử Nếu gọi lượng tia sáng bị nguyên tử hấp thụ ∆E , có: ∆E = ( Em − E0 ) = hν ∆E = hc λ Trong E0 Em lượng nguyên tử trạng thái trạng thái kích thích, h số Plank, C tốc độ ánh sáng, λ (nm) bước sóng ánh sáng Như ứng với lượng ∆Ei mà nguyên tử hấp thụ, ta có vạch phổ hấp thụ nguyên tử phổ vạch Nhưng nguyên tử không hấp thụ tất xạ mà phát trình phát xạ Quá trình hấp thụ xảy phổ vạch nhạy, vạch đặc trưng nguyên tố Cho nên vạch phổ trình hấp thụ phát xạ ngược 1.1.2 Cường độ vạch phổ hấp thụ Nghiên cứu phụ thuộc cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tố vào nồng độ C nguyên tố mẫu phân tích Lý thuyết thực nghiệm cho thấy vùng nồng độ C nhỏ chất phân tích, mối quan hệ cường độ vạch phổ hấp thụ nồng độ N nguyên tố đám tuân theo định luật Lambert-Beer Nghĩa chiếu chùm sáng cường độ ban đầu I0 qua Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ đám nguyên tử tự nguyên tố phân tích nồng độ N bề dày Lcm, có: I = I e − ( Kν N L ) Trong đó, Kν hệ số hấp thụ nguyên tử vạch phổ tần số ν , Kν đặc trưng riêng cho vạch phổ hấp thụ nguyên tố tính theo công thức: Kν = K e − A (ν −ν ) RT ν K0 hệ số hấp thụ tâm vạch phổ ứng với tần số ν A nguyên tử lượng nguyên tố hấp thụ xạ R số khí T nhiệt độ môi trường hấp thụ Nếu gọi D cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử, công thức tính D: D = lg I0 = 2,303.Kν N L I Ở D độ tắt nguyên tử chùm tia sáng cường độ I0 sau qua môi trường hấp thụ D phụ thuộc vào nồng độ N môi trường hấp thụ phụ thuộc vào bề dày L lớp hấp thụ Nhưng máy đo AAS chiều dài đèn nguyên tử hóa hay cuvet graphit không đổi, nghĩa L không đổi Nên giá trị D phụ thuộc vào số nguyên tử N có môi trường hấp thụ Như cường độ vạch hấp thụ là: D = K.N Trong K hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào yếu tố: -Hệ số hấp thụ nguyên tử Kv -Nhiệt độ môi trường hấp thụ -Bề dày môi trường hấp thụ Song công thức chưa cho ta mối quan hệ cường độ vạch phổ nồng độ C nguyên tố phân tích mẫu Tức quan hệ N C Đây trình hóa nguyên tử hóa mẫu phân tích Nghiên cứu trình này, lý thuyết thực nghiệm rằng, mối quan hệ nồng độ C N mẫu phân tích tính theo biểu thức sau : Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ N =Ka.Cb Trong Ka số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất điều kiện hóa nguyên tử hóa mẫu Còn b gọi số chất, phụ thuộc vào vạch phổ nguyên tố Đến đây, ta nhận thấy : Dλ =a.C b a số Quan hệ D C biểu diễn qua đồ thị sau : Hình 1.1 : Đồ thị thể mối quan hệ D C 1.1.3 Nguyên tắc trang bị phép đo AAS Hình 1.2 : Máy AAS Muốn thực phép đo phổ hấp thụ nguyên tử nguyên tố cần phải thực trình sau đây: 1.Chọn điều kiện loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái nguyên tử tự Đó trình hóa nguyên tử hóa mẫu Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ Chiếu chùm tia sáng xạ đặc trưng nguyên tố cần phân tích qua đám nguyên tử vừa sinh Các nguyên tử trạng thái hấp thụ tia xạ định tạo phổ hấp thụ Ở phần cường độ chùm tia sáng bị loại nguyên tử hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ nguyên tố cần nghiên cứu gọi nguồn xạ đơn sắc hay xạ cộng hưởng Tiếp đó, nhờ hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn chùm sáng, phân ly chọn vạch hấp thụ nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ Cường độ tín hiệu hấp thụ vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong thời gian định nồng độ C, giá trị cường độ phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C nguyên tố mẫu phân tích Ba trình nguyên tắc phép đo AAS Vì vậy, muốn thực phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thụ phải bao gồm phần sau : Phần : Nguồn phát tia cộng hưởng Đó đèn catôt rỗng (HCL), đèn phóng điện không điện cực hay nguồn phát xạ liên tục biến điện Phần : Hệ thống nguyên tử hóa mẫu Hệ thống chế tạo theo loại kỹ thuật, kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu lửa đèn khí kỹ thuật nguyên tử hóa không lửa Phần : Là máy quang phổ, phận đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ AAS vạch phổ Phần : Là hệ thống thị tín hiệu hấp thụ vạch phổ (tức cường độ vạch phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố phân tích Máy vi tính Hình 1.3 : Sơ đồ khối thiết bị AAS Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ Trong : (1) nguồn phát tia xạ đơn sắc, (2) hệ thống nguyên tử hóa, (3) hệ thống đơn sắc, (4) đetector, (5) khuếch đại tín hiệu 1.1.4 Những ưu, nhược điểm phép đo AAS Cũng phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử có ưu, nhược điểm định Đó : -Phép đo AAS có độ nhạy độ chọn lọc tương đối cao Khoảng 65 nguyên tố hóa học xác định phương pháp với độ nhạy từ 1.10-4 đến 1.105 % Đặc biệt, sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa không lửa độ nhạy đạt 107 % Chính có độ nhạy cao, nên phương pháp phân tích sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết kim loại Nhất phân tích nguyên tố vi lượng đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra hóa chất có độ tinh khiết cao - Đồng thời độ nhạy cao nên nhiều trường hợp làm giàu nguyên tố cần xác định trước phân tích Do tốn nguyên liệu mẫu, tốn thời gian không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao làm giàu mẫu Mặt khác tránh nhiễm bẩn mẫu xử lý qua giai đoạn phức tạp Đó ưu điểm lớn phép đo AAS Bảng 1.1 : Độ nhạy nguyên tố theo phép đo AAS Nguyên tố STT λ nm Võ Anh Khuê F-AAS Ngọn lửa ETA-AAS Độ nhạy Độ nhạy ( µ g / ml ) ( ng / ml ) Ag-328,10 AA 0.05 0.10 Al-309.30 NA 0.10 0.50 Au-242.80 AA 0.05 0.05 Ba-553.50 NA 0.10 0.50 Be-234.90 NA 0.10 0.30 Bi-223.10 AA 0.10 1.00 Ca-422.70 AA 0.05 0.05 Bài giảng học phần phân tích công cụ Cd-228.80 AA 0.03 0.04 Co-240.70 AA 0.10 1.00 10 Cr-357.50 AA 0.10 0.80 11 Cu-324.70 AA 0.04 0.05 12 Fe-248.30 AA 0.08 0.10 13 K-766.50 AA 0.05 0.10 14 Mg-285.20 AA 0.03 0.10 15 Mn-279.50 AA 0.05 0.06 16 Na-589.60 AA 0.03 0.05 17 Ni-232.00 AA 0.10 0.10 18 Pb-283.30 AA 0.10 0.20 19 Sr-466.70 AA 0.08 0.20 20 Si-251.60 NA 0.30 1.00 21 Zn-213.90 AA 0.03 0.10 Ghi : AA lửa (không khí +acetilen) NA lửa (khí N2O + acetilen) -Ưu điểm thứ phương pháp động tác thực nhẹ nhàng Các kết phân tích lại ghi lại băng giấy hay giản đồ để lưu trữ lại sau Đồng thời với trang bị nay, người ta xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố mẫu Các kết phân tích lại ổn định, sai số nhỏ Trong nhiều trường hợp sai số không 15% với vùng nồng độ cỡ 1-2 ppm Hơn ghép với máy tính cá nhân phần mềm thích hợp trình đo xử lý kết nhanh dễ dàng, lưu lại đường chuẩn cho lần sau Bên cạnh ưu điểm nêu, phép đo AAS có số hạn chế định Điều hạn chế trước hết muốn thực phép đo cần phải có hệ thống Võ Anh Khuê Bài giảng học phần phân tích công cụ máy AAS tương đối đắt tiền Do nhiều sở nhỏ không đủ điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm mua sắm máy móc -Mặt khác phép đo có độ nhạy cao, nhiễm bẩn có ý nghĩa kết phân tích hàm lượng vết Vì môi trường không khí phòng thí nghiệm phải bụi Các dụng cụ, hóa chất dùng phép đo có độ tinh khiết cao Đó khó khăn ứng dụng phân tích Mặt khác phép đo có độ nhạy cao nên thiết bị máy móc tinh vi phức tạp Do cần phải có kỹ sư trình độ cao để bảo dưỡng chăm sóc Cần cán làm phân tích công cụ thành thạo để vận hành máy Những yếu tố khắc phục qua công tác chuẩn bị đào tạo cán Nhược điểm phương pháp phân tích cho ta biết thành phần nguyên tố chất mẫu phân tích, mà không trạng thái liên kết nguyên tố mẫu Vì thế, phương pháp phân tích thành phần hóa học nguyên tố mà 1.1.5 Đối tượng phạm vi ứng dụng AAS Đối tượng phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử phân tích lượng nhỏ (lượng vết) kim loại loại mẫu khác chất vô hữu Với trang bị kỹ thuật nay, phương pháp phân tích người ta định lượng hầu hết kim loại (khoảng 65 nguyên tố) số kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm kỹ thuật F-AAS, đến nồng độ cỡ ppb kỹ thuật ETA-AAS với sai số không lớn 15% Trong khoảng 10 năm nay, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng phổ biến để xác định kim loại mẫu quặng, đất , đá, Bên cạnh kim loại, số kim Si, P, S, Se, Te xác định phương pháp phân tích Các kim C, Cl, O, N không xác định trực tiếp phương pháp Vì vạch phân tích kim thường nằm vùng phổ máy hấp thụ nguyên tử thông dụng Do muốn phân tích kim cần phải có đơn sắc đặc biệt 1.2 KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA MẪU 1.2.1 Mục đích giai đoạn nguyên tử hóa mẫu Nguyên tử hóa mẫu phân tích công việc quan trọng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử Bởi có nguyên tử tự trạng thái cho phổ hấp thụ nguyên tử Nghĩa số nguyên tử tự trạng thái yếu tố định cường độ vạch hấp thụ trình nguyên tử hóa mẫu thực tốt hay không Võ Anh Khuê 10 Bài giảng học phần phân tích công cụ CHƯƠNG III MỘT SỐ KỸ THUẬT TÁCH VÀ LÀM GIÀU MẪU 3.1 Cơ sở, nguyên tắc điều kiện chiết 3.1.1 Nguyên tắc sở chiết Chiết dựa sở hòa tan (hay phân bố) khác chất phân tích vào hai dung môi không trộn lẫn vào Tức chất phân tích tan tốt dung môi này, lại không tan tốt dung môi Nghĩa phân bố chất hai dung môi (2 pha) khác Nhờ mà lấy chất cần phân tích khỏi mẫu ban đầu, chuyển vào dung môi mà mong muốn Sau xác định dung môi vừa chiết vào Như yếu tố định tách xử lý mẫu hệ số phân bố chất dung môi điều kiện thực chiết 3.1.2 Hệ số phân bố chất Hệ số phân bố số hóa lý (hằng số nhiệt động) đặc trưng cho chiết Nó cho ta biết phân bố (hay hòa tan) chất phân tích hai dung môi không trộn lẫn vào theo tỷ lệ, hay mức độ Nếu giá trị số lớn, phân bố khác nhiều thuận lợi cho chiết tách chất Ví dụ: Có chất X phân bố vào hai dung môi A B không trộn lẫn vào nhau, hệ số phân bố xác định theo biểu thức sau: K fb = C x ( A) C x ( B) Trong đó: Cx (A) nồng độ chất X pha A (dung môi A), Cx (B) nồng độ chất X pha B (dung môi B) Như hệ số phân bố Kfb >99/1, coi chất X chuyển gần hết vào pha A Đó điều kiện trình chiết để lấy chất phân tích tách chúng khổi chất (matrix) mẫu ban đầu, chuyển chất cần phân tích vào dung môi chiết Sau xác định chúng dung môi 3.1.3 Các điều kiện chiết Để có kết chiết tốt, trình chiết phải có điều kiện đạt yêu cầu sau đây: Dung môi chiết phải tinh khiết cao, đảm bảo không làm nhiễm bẩn chất Võ Anh Khuê 65 Bài giảng học phần phân tích công cụ Trong dung môi chiết phải hàn tan tốt chất phân tích, lại không tốt chất khác có mẫu Hệ số phân bố hệ chiết phải lớn, chiết triệt để Cân chiết nhanh đạt thuận nghịch, để giải chiết tốt Sự phân lớp chiết phải rõ ràng nhanh, dễ tách riêng biệt Phải chọn môi trường axit, pH, loại axit thích hợp 3.2 Các phương pháp kỹ thuật chiết 3.2.1 Phương pháp chiết lỏng - lỏng a Nguyên tắc điều kiện Nguyên tắc: Nguyên tắc kỹ thuật chiết phân bố chất phân tích vào hai pha lỏng (dung môi) không trộn lẫn vào (trong hai dung môi này, dung môi có 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 Chiết theo kiểu có hai phương pháp chiết tĩnh chiết theo dòng chảy liên tục Trong phân tích, phương pháp tĩnh hay ứng dụng để xử lý mẫu Điều kiện chiết: Để trình đạt hiệu tốt, phải có điều kiện chiết mô tả điều kiện b Các phương pháp, trang bị ví dụ Phương pháp chiết tĩnh: Phương pháp chiết đơn giản, không cần máy móc phức tạp, mà cần số phễu chiết (dung tích 100, 250 ml), tiến hành được, phòng thí nghiệm Việc lắc chiết thực tay, hay máy lắc nhỏ Tất nhiên làm hàng loạt mẫu nhiều thời gian Ví dụ 1: Chiết lượng vết ion kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) từ nước biển vào dung môi MIBK với thuốc thử tạo phức APDC môi trường pH từ - 4, để xác định nguyên tố phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Lấy 250 ml mẫu vào bình chiết, chỉnh pH = HCl 10%, thêm ml APDC 0,1% 10 ml MIBK, lắc phút, để yên phân lớp phút, tách lấy lớp MIBK có chứa phức kim loại Me-APDC Sau xác định kim loại chiết vào dung môi MIBK, trực tiếp MIBK, hay giải chiết phức kim loại vào dung dịch nước HNO3 2,5M, sau xác định chúng môi trường dung dịch axit Cách thường hay dùng để tách chiết làm giàu lượng vết kim loại loại mẫu nước, nước giải khác, nước biển Võ Anh Khuê 66 Bài giảng học phần phân tích công cụ Ví dụ 2: Chiết lấy Retinoit ( Vitamin A) từ mẫu thực phẩm Loại mẫu thực phẩm có dạng sau: + Thực phẩm lỏng: Ví dụ sữa tươi Lấy 10 ml mẫu vào bình chiết, thêm 20 ml rượu etylic tuyệt đối, - gam Na2SO4 khan, trộn phút, thêm 10 ml dung môi n - Hexan, lắc mạnh phút, để tử lạnh phút cho phân lớp, lọc hút chân không tách lấy lớp n - Hexan có chứa Retinoit để phân tích chúng HPLC + Các loại chất rắn, bột, rau quả, trứng thịt: Nghiền hay xay thành bột, bảo quản - 15oC Để xử lý: Lấy gam mẫu xay vào bình xử lý, thêm 15 - 20 gam Na2SO4 khan, trộn phút, thêm 20 ml cồn tuyệt đối, lắc mạnh phút, thêm tiếp 10 ml dunh môi n - Hexan, lắc mạnh phút, đặt vào tử lạnh phút cho phân lớp, lọc hút chấn không tách lấy lớp n - hexan có chứa retinoit để phân tích chúng HPLC + Mẫu huyết thanh: Lấy 100 µl huyết vào ống nghiệm, thêm 0,2 ml dung dịch NaCl 0,9%, thêm ml rượu etylic tuyệt đối, lắc mạnh phút, thêm 0,5 ml dung môi n - Hexan, li tâm cho phân lớp, tách lấy lớp n - Hexan có chứa retiôit để phân tích chúng HPLC Ví dụ 3: Chiết α − β -Caroten từ loại mẫu rau quả, Trước hết mẫu chọn xay thành bột, bảo quản - 150C tủ lạnh Lấy gam mẫu xay mịn vào bình chiết, thêm 15 gam Na2SO4 khan, gam MgCO3 khan, trộn phút, thêm 20 ml dung môi THF, khuấy phút, lọc hút chân không lấy pha hữu THF có chứa Caroten vào bình cất quay chân không, cất khoảng ml, để phút cho khô, định mức thành 10 ml THF Đây dung dịch để xác định α − β -Caroten phương pháp HPLC 3.2.2 Phương pháp chiết dòng chảy liên tục Trong phương pháp chiết này, thực chiết, hai pha lỏng không trộn vào (hai dung môi, có dung môi có chứa chất phân tích) bơm liên tục với tốc độ định qua hệ chiết, phễu chiết, hay bình chiết liên hoàn đóng kín Hoặc dung môi chuyển động, pha đứng yên Khi đó, chất phân tích phân bố vào hai dung môi theo tính chất chúng, để đạt đến trạng thái cân Chiết theo cách nhanh, hiệu suất cao Đây phương pháp chiết ứng dụng nhiều chiết sản xuất công nghệ Để thực phép chiết này, phải có hệ thống máy chiết, cột chiết, có bơm để bơm chất theo dòng chảy ngược với nhau, theo tốc độ định, Võ Anh Khuê 67 Bài giảng học phần phân tích công cụ chất, hay hai chất chuyển động ngược chiều vào nhau, phải có tách pha, để tách chất trình chiết, để lấy chất tách liên tục, hay theo thời điểm (chu kỳ) định, mà cân chiết đạt Ví dụ: Chiết kim loại nặng từ nước biển Lấy Customers ml dung môi chiết, thường dung môi hữu ( Customers = 25 ml hay lớn tuỳ hàm lượng chất phân tích) vào bình chiết, thêm ml APDC 0,1% etanol, cho bình chiết vào hệ thống máy chiết, lắp hệ chiết kín lại Lấy 500 ml mẫu nước, chỉnh pH = HCl 10%, lọc bỏ cặn, bơm tuần hoàn liên tục dung dịch mẫu qua bình chiết 30 phút, sau tách lấy pha hữu có chứa chất phân tích Nếu hệ thống bơm, tiến hành chiết theo cách gia nhiệt bay dung môi chiết cách thức mô tả hình sau kiểu chiết dòng liên tục Hình 3.1 Các dụng cụ chiết đơn giản Võ Anh Khuê 68 Bài giảng học phần phân tích công cụ Hình 3.2: Các thao tác thực trình chiết Ví dụ 1: Khảo sát môi trường chiết 239Np TBP Cách tiến hành Chuẩn bị 10 bình tam giác có dung tích 100ml, đánh số từ đến 10 Sau đó, lấy dung dịch chứa đồng vị phóng xạ 239Np có nồng độ 1µg/ml, cho vào bình tam giác chứa HNO3 có nồng độ tương ứng, 0.1N, 1N, 2N, 3N, 4N, 5N,6N, 7N, 8N, 10N Mẫu chuyển định lượng vào phễu chiết có dung tích 250ml; thêm 5ml TBP, lắc mạnh khoảng phút, để yên phút cho tách pha Chuyển pha hữu vào lọ nhựa qua giấy lọc khô Sau đó, thêm 5ml TBP vào bình lắc tiếp khoảng phút Rót pha hữu vào lọ nhựa trên, đậy nắp lại Tiến hành đo hoạt độ phóng xa đỉnh lượng 228.2 KeV 277.6 KeV (239Np) Kết trình bày bảng sau: Võ Anh Khuê 69 Bài giảng học phần phân tích công cụ Bảng 3.1: Kết môi trường chiết 239Np TBP Mẫu số C HNO3 Hoạt độ phóng xạ 0.1 521 725 1104 1425 1654 1624 1665 10 10 1652 1648 1637 Nhận xét: Từ số liệu bảng trên, thấy môi trường tốt để chiết 239Np tributylphotphat (TBP) nồng độ HNO3 lớn 4N Do chọn điều kiện môi trường HNO3 5N làm sở cho trình tách chiết 239Np TBP phân tích mẫu thực tế Ví dụ 2: để tách làm giàu ion Pb2+ mẫu nước, dùng thuốc thử đithizone cho vào mẫu nước, phức chì đithizonat sinh chiết dung môi CCl4 Ví dụ 3: Theo tiêu chuẩn AOAC số TCVN (như TCN 225-95, ) acetonitril dung môi sử dụng trình ngâm chiết để trích ly HCBVTV (hóa chất bảo vệ thực vật) khỏi rau Theo số TCVN khác (như TCN 29197,…), phương pháp DFG Đức, phương pháp TACTRI Đài Loan, phương pháp NIAST Hàn Quốc, phương pháp MPHWS Hà Lan aceton dung môi sử dụng trình ngâm chiết để trích ly HCBVTV khỏi rau Sau đó, người ta thường dùng dung môi hữu hexan, ether dầu hỏa, điethyl ether, ethyl acetat, CH2Cl2…để chiết lỏng-lỏng thu hồi HCBVTV từ dịch ngâm chiết rau quả, tiến hành làm thường cột florisil giải hấp dung môi hữu hexan, aceton, CH2Cl2 ….Như có nhiều cách để trích ly dư lượng HCBVTV khỏi rau trước cho qua cột SPE Tùy theo đối tượng HCBVTV mà sử dụng dung môi hữu để trích ly (ngâm chiết chiết lỏng-lỏng) cho phù hợp 3.2.3 KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN a Giới thiệu kĩ thuật SPE Võ Anh Khuê 70 Bài giảng học phần phân tích công cụ Kĩ thuật SPE đời vào năm 1970, thay phương pháp chiết lỏng-lỏng SPE kĩ thuật chuẩn bị mẫu để làm giàu làm mẫu phân tích từ dung dịch cách hấp phụ lên cột pha rắn, sau chất phân tích rửa giải dung môi thích hợp Với SPE, nhiều vấn đề khó khăn chiết lỏng-lỏng giải như: tách pha không hoàn toàn, giá thành cao, sử dụng dụng cụ thuỷ tinh cồng cềnh, dùng lượng lớn dung môi nên gây ô nhiễm môi trường SPE có nhiều ưu việt chiết lỏng-lỏng thao tác dễ dàng, tự động hoá, lượng dung môi dùng thời gian chiết rút ngắn SPE thường sử dụng cho mẫu chất lỏng để chiết chất bay không bay Nhưng sử dụng cho mẫu chất rắn mà phải hoà tan dung môi thích hợp SPE kĩ thuật đại vấn dề làm giàu làm mẫu Việc lựa chọn quy trình SPE phù hợp cho ứng dụng mẫu quan trọng Hiện nay, để làm mẫu kĩ thuật sắc kí người ta thường sử dụng phương pháp chiết pha rắn SPE (solid phase extraction) chiếm 50% phương pháp làm mẫu Phương pháp chiết pha rắn ứng dụng cho nhiều mẫu (matrix) loại mẫu môi trường, mẫu dược phẩm, thực phẩm,… b Các loại chất hấp thu SPE Pha rắn kĩ thuật SPE vật liệu hữu hay vô xốp có kích thước hạt khoảng 40 ÷80 µ m, diện tích bề mặt khoảng 200 ÷ 800 m2/g than hoạt tính, nhựa polime xốp, loại oxit,… Các vật liệu rắn nạp vào cột Đường kính cột khoảng 10mm chiều dài khoảng 70mm, nên số đĩa lí thuyết cột thường khoảng10 ÷ 50 đĩa Tên pha rắn Nhóm liên kết Đặc điểm ứng dụng Các chất hấp phụ pha liên kết silica (đường kính hạt 40 µ m, lỗ xốp 60 Α ) LC-18 Octadexyl Chiết pha đảo với hợp chất không phân cực : thuốc, tinh dầu, chất bảo quản thực ENVI -18 phẩm, vitamin, chất dẻo, thuốc trừ sâu, steroid, hyđrocacbon LC-8 Chiết pha đảo với hợp chất phân cực trung bình hợp chất liên kết chặt chẽ TM Võ Anh Khuê Octyl 71 Bài giảng học phần phân tích công cụ với silica octadexyl : chất gây ô nhiễm thuốc trừ sâu ENVI-8 LC-Si Silica gel Chiết pha thường với hợp chất phân cực : thuốc, ankaloid, mycotoxin,amino axit, flavinoit, … LC-Ph Phenyl Chiết pha đảo với hợp chất không phân cực lưu giữ chất kị nước ( không sử dụng rộng rãi) LC-NH2 aminopropyl Chiết trao đổi anion yếu, dùng để chiết amino axit Pha rắn alumina (hạt không đồng đều, 60/325 mesh) LC- alumina-A pH ∼ Chiết trao đổi anion chiết hấp phụ hợp chất phân cựcnhư vitamin LC-alumina-B pH ∼ 8,5 Chiết hấp phụ hợp chấtphân cực chiết trao đổi cation LC-alumina-N pH ∼ 6,5 Chiết hấp phụ hợp chất phân cực : vitamin, tinh dầu,… Florisil-Magnesim silicate, cỡ hạt100/120 mesh LC-Florisil Chiết hấp phụ chất phân cực như: ancol, andehit, amin, matuý, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu,… ENVI-Florisil Than hoạt tính Không xốp, diện tích bề mặt 100m2/g, ENVI-carb ENVI-carb C Võ Anh Khuê 120/400 mesh Chiết hấp phụ chất phân cực không phân cực Không xốp, diện tích bề mặt 10m2/g, 80/100 mesh Chiết hấp phụ chất phân cực không 72 Bài giảng học phần phân tích công cụ phân cực Bảng 3.2: Một số vật liệu rắn sử dụng cho SPE Vật liệu hấp phụ polyme xốp : vật liệu hấp phụ polyme hữu xốp có nhiều ưu điểm than hoạt tính silicagel liên kết pha Vì polyme hữu tiến hành giá trị pH; diện tích bề mặt lớn hơn; giải hấp dễ dàng cần lượng nhỏ dung môi Một số polyme hữu dùng SPE : Vật liệu hấp phụ Loại diện tích bề mặt,m2/g XAD-1 Polystiren-DVB 100 100 XAD-2 Polystiren-DVB 300 90 XAD-4 Polystiren-DVB 725 40 CG-161 Polystiren-DVB 900 150 Kích thước lỗ xốp, Α …… Bảng 3.3: Các vật liệu hấp thu polyme hữu c Cơ chế SPE Về chế SPE giống với HPLC, : chế hấp thu pha thường, pha đảo trao đổi ion Tuy nhiên SPE khác với HPLC là: HPLC tách chất phân tích khỏi hệ dòng chảy liên tục pha động SPE giữ chất phân tích lại pha rắn sau rửa giải chất phân tích khỏi pha rắn với dung môi phù hợp - Cơ chế pha thường (normal phase): pha lỏng không phân cực, pha rắn phân cực Lực tương tác ưa nước gồm loại : liên kết hidro, tương tác π − π , tương tác lưỡng cực-lưỡng cực, tương tác lưỡng cực-lưỡng cực cảm ứng -Cơ chế pha đảo (reversed phase): pha lỏng phân cực, pha rắn không phân cực Lực tương tác kị nước gồm loại : tương tác không phân cực-không phân cực, tương tác van der waals lực phân tán -Cơ chế trao đổi ion (ion exchange): Dựa vào trao đổi ion chất phân tích dung môi phân cực hay không phân cực với chất hấp thu trao đổi ion Cơ chế tương tác ion có lượng cao Vì vậy, chất tan phân cực hấp thu hiệu từ dung môi phân cực Trong trình hấp thu xuất cạnh tranh để trao đổi ion Quá trình phụ thuộc vào độ chọn lọc ion hay số lượng ion cạnh tranh vị trí Võ Anh Khuê 73 Bài giảng học phần phân tích công cụ Loại lực tương tác Năng lượng ( kcal/mol) - Phân tán - Lưỡng cực-lưỡng cực cảm ứng 1-5 2-7 - Lưỡng cực-lưỡng cực - Liên kết hyđro - Trao đổi ion 5-10 5-10 50-200 - Đồng hóa trị 500-1000 Bảng 3.4: Năng lượng loại lực tương tác kỹ thuật SPE Hình 3.3: Sơ đồ biểu diễn tương tác kỹ thuật SPE a) chế pha đảo b) c) chế pha thường Võ Anh Khuê 74 Bài giảng học phần phân tích công cụ Hình 3.4: Cơ chế trao đổi ion kỹ thuật SPE a) Trao đổi cation mạnh b) Trao đổi aninon mạnh Hình 3.5 : Hình vẽ hạt hấp thu ( phân tử nhỏ giữ lại, đại phân tử protein, không bị giữ lại) d Các bước tiến hành SPE Hình 3.6: Các bước tiến hành kỹ thuật SPE Có bước trình chiết pha rắn: - Bước 1: Chuẩn bị mẫu: Mẫu phải dạng dung dịch tương tác với chất hấp phụ Dung dịch mẫu cần thiết phải lọc li tâm trước cho vào cột SPE để tránh làm tắt cột - Bước 2: Hoạt hoá cột: làm ướt pha rắn, tạo môi trường thích hợp cho việc hấp thu chất phân tích Thể tích dung môi cần sử dụng khoảng 1ml/100mg chất hấp phụ Nếu thể tích dung môi sử dụng thể tích qui định làm tăng nguy pha rắn không sonvat hoá hoàn toàn, kết độ thu hồi mẫu thấp - Bước 3: Cân cột: trước cho mẫu vào, cột phải có điều kiện tương đương đương với điều kiện chạy mẫu cách cho thêm dung môi có điều kiện tương tự dung môi chứa mẫu Võ Anh Khuê 75 Bài giảng học phần phân tích công cụ - Bước 4: Nạp mẫu: mẫu cho vào cột SPE Tốc độ dòng chảy qua cột khoảng 3ml/phút - Bước 5: Rửa pha rắn: dùng dung môi thích hợp để loại tạp chất khỏi cột giữ lại chất cần phân tích - Bước 6: Rửa giải : Sử dụng dung môi thích hợp để tách chất cần phân tích khỏi cột, tốc độ dòng chảy rửa giải không nhanh Tốc độ phụ thuộc vào đường kính cột khối lượng chất hấp phụ, người ta thường rửa với tốc độ khoảng 1ml/phút e Ví dụ Hình 3.7: Chiết thuốc trừ sâu khỏi dịch chiết rau cột SPE – MnO2 (a) (b) (a) Lắp cột thẳng đứng nạp MnO2 (b) Lắp cột vào hệ thống bơm hút chân không - Chiết thuốc trừ sâu khỏi mẫu nước cột C-18, cột florisil (MgSiO3),… 3.2.4 Vi chiết pha rắn Gần phương pháp vi chiết pha rắn (soild-phase microextraction: SPME) kết hợp với sắc ký khí ứng dụng việc phân tích lượng vết chất hoá học môi trường Nguyên tắc phương pháp dựa cân hấp phụ chất phân tích bề mặt sợi dây nhỏ đặc biệt, sợi làm thuỷ tinh quang học bao phủ lớp chất pha tĩnh polime kị nước poliacrilat, polidimetyl siloxan Các chất phân tích pha khí hay pha lỏng vào lớp polime phủ sợi theo lực pha tĩnh cách đưa sợi vào dung dịch hay không gian để hấp lưu chất, cuối đưa trực tiếp sợi vào injector máy sắc ký để giải hấp nhiệt phân tích Như mẫu tiêm trực tiếp vào máy sắc ký để phân tích mà không cần sử dụng đến dung môi Vì dựa nguyên tắc nghiên cứu cải tiến chế tạo thiết bị kim tiêm mẫu dùng vi chiết pha Võ Anh Khuê 76 Bài giảng học phần phân tích công cụ rắn điều kiện Việt Nam, với hy vọng thay kim bơm mẫu dùng vi chiết pha rắn phải mua nước Sử dụng loại xi lanh cỡ 1mL 5mL có bán thị trường, lấy kim xi lanh 5mL lắp với thân xi lanh cỡ 1mL với mục đích để hạn chế thể tích xi lanh, đồng thời có kim đủ dài cho việc tiến hành thí nghiệm Sợi thuỷ tinh quang học lấy từ dây cáp quang (một loại dây sử dụng phổ biến công nghiệp thông tin) Sau cắt sợi cáp quang ta thu sợi nhỏ phủ sơn cách điện, chống ẩm với mầu sắc khác xung quanh có nhiều nhựa liên kết Ta dùng giấy lau bề mặt sợi, sau ngâm sợi vào dung môi diclometan để rửa, tiến hành rửa lặp lại lần, sau sấy khô nhiệt độ 350C Lấy sợi dài khoảng 15cm cho luồn ngược qua kim tiêm bơm tiêm cỡ 5mL vào xi lanh gắn đầu sợi vào đầu mũ cao su đầu pittông bơm tiêm cỡ 1mL Kéo pit tông vào xi lanh cắt bớt sợi cho độ dài sợi dài kim khoảng cm cuối kéo sợi lọt vào lòng kim, thân xi lanh làm chốt để cố định pít tông (hình 3.8), đậy nắp kim, cất kim nơi khô ráo, giữ gìn để sử dụng cho giai đoạn sau Tùy thuộc đặc điểm chất phân tích mà ta chọn pha tĩnh phù hợp với yêu cầu, pha tĩnh phải kỵ nước (Potter D W., 1992) (Buchholz Pawlissyz.1993) Trong thí nghiệm tiến hành thử nghiệm loại pha tĩnh khác poliacrilat, poliphenylmetyl siloxan, polietylen glicol pha diclometan với nồng độ khác khoảng từ 5.10-2 - 5.10-4g/mL, phủ bề mặt sợi với độ dày 20 - 100µm, với mục đích để tạo lớp màng pha tĩnh có độ dầy khác nhau, từ lựa chọn cho phù hợp với việc phân tích số hợp chất nhóm pyrethroid dung dịch Dùng công tơ hút lấy xác 5ml dung dịch pha tĩnh lựa chọn vào lọ nhỏ có nút silicôn đậy kín (hình 3.8), dùng kim chuẩn bị sẵn xuyên qua nút sau đẩy pit tông để đưa sợi nhúng vào dung dịch pha tĩnh đoạn 1- 1,5cm (không để đầu kim chạm vào dung dịch pha tĩnh) Để yên 20 - 30 phút, sau bỏ nút kim lọ chứa dung dịch pha tĩnh, đồng thời để khô cuối kéo pit tông lại để sợi kéo vào lòng kim Dùng máy thổi gió thổi khô kim 30 phút, sau đuổi dung môi sợi khoảng giờ, nhiệt độ 2400C, sau nâng lên 2700C để injectơ máy sắc ký với detectơ FID, dùng với detectơ ECD sợi cần đuổi dung môi giờ, cuối ta thu bơm tiêm tẩm pha tĩnh Võ Anh Khuê 77 Bài giảng học phần phân tích công cụ Hình 3.8: Cách chuẩn bị cột SPME TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Tuấn Phép đo AAS Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt (2008) Võ Anh Khuê 78 Bài giảng học phần phân tích công cụ Phạm Hùng Việt Sắc ký khí Nhà xuất giáo dục (2005) Lê Ngọc Chung Phương pháp tách làm giàu Đại học Đà Lạt (2008) Nguyễn Ngọc Tuấn Bài giảng phân tích môi trường Viện nghiên cứu hạt nhân Đà lạt (2008) Võ Anh Khuê Luận văn thạc sỹ hóa học Đại học Đà Lạt (2009) Võ Anh Khuê 79 ... Dung môi hòa tan bay phần mẫu sấy nóng Võ Anh Khuê 11 Bài giảng học phần phân tích công cụ -Phần b: Là vùng trung tâm lửa Phần có nhiệt độ cao thường màu có màu xanh nhạt Trong phần hỗn hợp khí đốt... đến kết phân tích Võ Anh Khuê 14 Bài giảng học phần phân tích công cụ Do việc nghiên cứu để phát chọn thông số cho phù hợp mục đích phân tích định lượng nguyên tố vi lượng đối tượng mẫu công việc... trình Võ Anh Khuê 30 Bài giảng học phần phân tích công cụ bày mục 1.4.1.2) nên không xác định đắn vị trí đường chuẩn tất nhiên kết phân tích mắc sai số lớn Nghĩa mẫu phân tích có thành phần phức