Tìm hiểu về sắc ký ion

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -o0o ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC TÊN ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ ION GVHD: Ths Võ Thúy Vi SVTH: Nguyễn Minh Hậu LỚP: 05DHHH4 MSSV: 2004140413 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2016 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -o0o ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC TÊN ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ ION GVHD: Ths Võ Thúy Vi SVTH: Nguyễn Minh Hậu LỚP: 05DHHH4 MSSV: 2004140413 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2016 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án công nghệ kỹ thuật hóa học, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cô, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Võ Thúy Vi, giảng viên Bộ môn Hóa Phân Tích - trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP HCM ,Cô tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô giáo trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TPHCM nói chung, thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa Học nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin cảm ơn Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm tạo điều kiện cung cấp toàn phương tiện để giúp em hoàn thành đồ án Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên Nguyễn Minh Hậu MSSV :2004140413 Nhận xét : …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá: …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Ngày ……….tháng ………….năm 2014 ( ký tên, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên Nguyễn Minh Hậu MSSV : 2004140413 Nhận xét : …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá: …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Ngày ……….tháng ………….năm 2014 ( ký tên, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC .ii,iii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv CHƯƠNG TÌM HIỂU CHUNG VỀ SẮC KÝ SẮC KÝ ION 1.1 Tổng quan sắc ký .1 1.1.1 Vài nét lịch sử 1.1.2 Định nghĩa 1.2 Phân loại phương pháp sắc ký 1.2.1 Phân loại theo chế tách 1.2.2 Phân loại theo cách hình thành sắc đồ 1.3 Giới thiệu sắc ký ion .5 1.3.1 Định nghĩa .5 1.3.2 Phân loại sắc ký ion .5 CHƯƠNG SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION (ION EXCHANGE) 2.1 Khái quát sắc ký trao đổi ion 2.2 Bản chất trình trao đổi ion .6 2.3 Pha Tĩnh Pha Động 2.3.1 Ionit 2.3.2 Nhựa trao đổi ion 2.3.3 Cationit 2.3.4 Anionit 2.3.5 Ionit lưỡng tính 10 2.3.6 Cơ chế trao đổi .10 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng 11 CHƯƠNG SẮC KÝ GHÉP CẶP ION ( ION PAIR) 12 3.1 Khái quát sắc ký ghép cặp ion 12 3.2 Bản chất sắc ký ghép cặp ion .12 3.3 Pha Tĩnh Pha Động 12 3.3.1 Pha tĩnh 12 3.3.2 Pha động .13 3.3.3 Cơ chế lưu giữ 15 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng 16 CHƯƠNG SẮC KÝ LOẠI TRỪ ION (ION EXCULSION) 17 4.1 Khái quát sắc ký loại trừ ion 17 4.2 Bản chất sắc ký loại trừ ion 17 4.3 Pha tĩnh Pha động 17 4.3.1 Pha tĩnh 17 ii 4.3.2 Pha Động .18 4.3.2 Cơ chế lưu giữ .21 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA SẮC KÝ ION .23 5.1 Một số thiết bị sắc ký ion dung phòng thí nghiệm 23 5.2 Ứng dụng sắc ký trao đổi ion phân tích định lượng 25 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Sắc đồ phân tích tiến lưu Hình 1.2 Sắc đồ phân tích đẩy Hình 1.3 Sắc đồ phân tích rửa giải Hình 2.1 Nhựa trao đổi ion Hình 2.2 Cấu trúc nhựa trao đổi cation Hình 2.3 Cấu Trúc nhựa Anionit Hình 3.1 Cấu trúc cột ODS 12 Hình 3.2 Cấu trúc LC-DB 13 Hình 3.3 Cấu trúc có gốc isopropyl 13 Hình 3.4 Anion axit mạnh 14 Hình 3.5 Ion-pair reagent: nguyên tắc đối ion 15 Hình 4.1 Cơ chế rửa giải dung môi axit .19 Hình 4.2 Cơ chế loại trừ ion .21 Hình 4.3 Cơ chế loại trừ ion pha động va pha tĩnh .22 Hình 5.1 Máy sắc ký ion MetroHM 23 Hình 5.2 Hệ thống Máy sắc ký ion MetroHM 23 Hình 5.3 Máy phân tích sắc kí ion 23 Hình 5.4 Máy Sắc kí tự động 24 Hình 5.5 Máy sắc ki ion .25 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Xác định anion vô cation IEC 19 iv Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Chương TÌM HIỂU CHUNG VỀ SẮC KÝ SẮC KÝ ION 1.1 Tổng quan sắc ký 1.1.1 Vài nét lịch sử Phương pháp sắc ký phát triển vào năm 1903 nhà thực vật hoc người Nga Michael C.Txvet.Ông thực người có công tìm phương pháp, giải vấn đề tách chất có tính chất giống theo chế độc đáo, hoàn toàn khác với phương pháp tách có trước đây, nhiên phát bị lãng quên nhiều năm Năm 1941, Martin Synge phát triển sắc ký phân bố giấy đưa lý thuyết đĩa để giải thích trình sắc ký, tác giả ứng dụng để tách ancaloit từ thuốc phục vụ cho chế tạo dược phẩm Do có công việc phát triển lý thuyết phương pháp năm 1952 hai ông nhận giải thưởng Nobel hoá học Cũng từ năm 1952 máy sắc ký đời tỏ có ưu có hiệu tách cao Cột mao quản detectơ sau cải tiến tăng độ phân giải độ nhạy phương pháp người ta phân tích chất có hàm lượng nhỏ cở ppm ppb Từ phương pháp phát triển nhanh, ứng dụng nhiều thực tế Về sắc ký lỏng kỹ thuật phát từ năm 1970 làm tăng hiệu tách sắc ký lỏng hiệu cao (high performance lipuid chromatographyHPLC): Chất nhồi cột cải tiến, máy tính thiết bị vào bổ trợ đưa vào, tăng cường khả phương pháp Ngày kỹ thuật ghép nối sắc ký phương pháp khác áp dụng Đó kỹ thuật ghép nối sắc ký khối phổ ( MS, GC-MS) sắc ký cộng hưởng hạt nhân, sắc ký đa chiều, sắc ký điện mao quản (CEC) Phương pháp có độ xác độ nhạy cao, phân tích nhiều đối tượng phức tạp 1.1.2 Định nghĩa Sắc ký trình tách dựa phân bố liên tục cấu tử chất phân tích hai pha: pha thường đứng yên có khả hấp thụ chất phân tích gọi pha tĩnh, pha di chuyển qua pha tĩnh gọi lạ pha động; cấu tử chất phân tích có lực khác với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác tách khỏi 1.2 Phân loại phương pháp tách sắc ký Phương pháp nhiều người quan tâm, phương pháp phân loại đơn giản theo hệ pha tức chất phân tích phân bố hai pha Sơ đồ phân loại phương pháp sắc ký: GVHD : Ths Võ Thúy Vi Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Hệ Pha Cơ Chế 1.2.1 Phân loại theo chế tách 1.2.1.1 Sắc ký hấp thụ Sắc khí hấp thụ phương pháp dựa sở phân bố chất phân tích pha tĩnh pha động nhờ tương tác phân tử thông qua trung tâm hấp thụ Pha tĩnh chất rắn lỏng có diện tích bề mặt lớn, bền vững mặt hoá học Chúng hấp thụ chất phân tích bề mặt chúng mức độ khác cho pha động chứa chất phân tích tiếp xúa với chúng Tuỳ thuộc lực liên kết pha tĩnh cấu tử chất phân tích có pha động, cho pha động qua pha tĩnh chúng di chuyển với tốc độ khác 1.2.1.2 Sắc ký phân bố lỏng - lỏng Sự phân biệt sắc ký phân bố lỏng-lỏng phân bố thông thường chỗ sắc ký phân bố lỏng - lỏng gọi sắc ký chiết, pha tĩnh chất lỏng pha động chất lỏng, phân bố chất phân tích hai pha lỏng giống GVHD : Ths Võ Thúy Vi 10 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học 3.2 Bản chất sắc ký ghép cặp ion Phương pháp chiết xuất đòi hỏi phải chiết xuất lớp dung môi hữu sau đưa đối ion mang điện tích trái dấu vào thủy dung chứa sẵn hợp chất ion để tạo thành cặp ion trung hòa toàn điện tích Nếu chất phân tích axit yếu HA HA phải phân ly hoàn toàn thành H + A- Nếu chất phân tích bazo yếu B, B phải tác dụng với H+ để tạo thành BH+ Thêm chất trao đổi ion Q+, hay Q- để tạo cặp ion có đuôi kỵ nước A- + Q+ [ A- , Q+] BH+ + Q - [BH+, Q -] [2] Cặp ion có tính kỵ nước cao bị pha tĩnh giữ lại giống phân tử không điện tích 3.3 Pha tĩnh Pha Động 3.3.1 Pha tĩnh: Có cấu trúc tương tự pha tỉnh sắc ký pha đảo Pha tĩnh chế tạo từ silica, tác dụng với clorosilan tạo dẫn xuất siloxan , R gốc HC no không phân cực gốc phenyl CH2 – (CH2 )16 –CH3 : gốc octadecyl cột C18 (ODS octadecylsilan) CH2 – (CH2 )6 –CH3 : gốc ocyl [cột 8] CH2 – (CH2 )2 –CH3 : gốc butyl [cột C4] CH2 – (CH2 )2 –C6H5 gốc phenyl probyl [ cột phenyl] [3] Các Akyl dây dài cho kết tách ổn định loại khác nên cột ODS sử dụng nhiều Hình 3.1 Cấu trúc cột ODS GVHD : Ths Võ Thúy Vi 20 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Do hiệu ứng lập thể nên cấu trúc pha tĩnh nhóm –OH chưa phản ứng tạo tâm hoạt tính dẫn đến tượng peak tailing Để khắc phục tượng dung chất trimetylchlorosilan ClSi(CH3)3 hexamethyldisilazan để tương tác với nhóm-OH lúc có loại cột tương tác chất phân tích baz Hình 3.2 Cấu trúc LC-DB Có thể loại trừ bớt ảnh hưởng nhóm –OH cách thay nhóm methyl nhóm lớn isoprobyl để che nhóm –OH, cản trợ tương tác chất phân tích nhóm OH Hình 3.3 Cấu trúc có gốc isopropyl -pH pha tĩnh silica có giá trị từ 2-8 3.3.2 Pha động Dung môi hưu ,dung môi hữu nước, dung môi hữu đệm Các dung môi hữu thường sử dụng Methanol (CH 3-OH) , acetonitrile (ACN ) hay THF (Tetrahydrofuran ((CH2)4O) Nước dung môi cho vào dung môi hữu để giảm lực rửa giải Khi sử dụng dung dịch đệm, nồng độ đệm pH thông số quan trọng Thành phần dung dich đệm dung môi hữu quan trọng GVHD : Ths Võ Thúy Vi 21 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Loại chất ghép cặp : Ghép cặp với Anion : chất ghép cặp với anion cation bazo mạnh, thường dùng ammonium tứ cấp Tetra-n-butylammonium hydroxide (TBA)Ghép cặp với Cation : chất ghép cặp với cation anion axit mạnh : butanesulfonic acid sodium salt (C 4) ; Pentanesulfonic acid sodium salt (C5); Hexanesul fonic acid sodium salt (C6) ; Heptanesulfonic acid sodium salt (C7) ; Octanesulfonic acid sodium salt (C8); Decanesulfonic acid sodium salt (C10) [2] Hình 3.4 Anion axit mạnh Q+ hay Q- nhiều C bị giữ lại mạnh pha tĩnh nên làm tăng thời gian lưu chất phân tích -Nồng độ chất ghép cặp : Khi tăng nồng độ chất đối ion k’ tăng, đến giá trị nồng độ ngưỡng C’ chất đối ion nồng độ chất đối ion lớn nồng độ ngưỡng C’ k’ giảm Vì nồng độ C’ bề mặt pha tĩnh bị bão hòa chất đối ion, nồng độ lớn C’ làm giảm k’ làm tăng nồng độ M +, M- ion cạnh tranh với ion cần phân tích Nông độ chất đối ion thường sử dụng 1-10 mM - pH pha động: pH ảnh hưởng đến mức độ ion hóa chất phân tích (trường hợp acid yếu bazo yếu), ion cạnh tranh pH lựa chọn để ion phân tích chất đối ion ion hóa hoàn toàn Để ion hóa hoàn toàn chất điện li yếu khoảng pH sử dụng : Với Acid pH > pKa +2 Với Bazo pH < pKa -2 GVHD : Ths Võ Thúy Vi 22 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Đệm thường sử dụng đệm phosphate hay đệm hữu đệm acid citriccitrate -Nồng độ dung môi hữu pha đông: Tăng nồng độ dung môi hữu pha động làm giảm việc lưu chất phân tích pha tĩnh, giảm k’ - Lực rửa giải dung môi tang lên sắc ký pha đảo - Làm giảm lượng chất đối ion hấp thụ pha tĩnh 3.3.3 Cơ chế lưu giữ Cơ chế lưu giữ giải thích theo: ba mô hình Thứ “mô hình ion ghép cặp” Do đó, việc thêm đối ion vào hợp chất ion có sẵn để tạo thành cặp ion nhằm làm giảm độ phân cực gia tăng lực lưu giữ chất Điều có nghĩa là, ion ghép cặp (các đối ion) làm trung gian điều phối pha tĩnh không phân cực mẫu cần phân tích mang tính ion [5] Muối sodium 1-pentane sulfonate sodium octane sulfonate hai muối alkyl sulfonate thường sử dụng làm chất ghép cặp ion hợp chất có tính base.Tetrabutyl ammonium hydroxide, loại ion tetraalkyl ammonium thường dùng làm ion ghép cặp với hợp chất mang tính acid Hình 3.5 Ion-pair reagent: nguyên tắc đối ion Thứ hai “mô hình ion thay thế”, theo ban đầu phần không phân cực đối ion hấp phụ lên phần pha tĩnh nhồi cột để tạo thành bề mặt mang ion nhằm lưu giữ mẫu cách thay ion GVHD : Ths Võ Thúy Vi 23 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Sau cùng, “mô hình ion tương tác” mà phạm vi ứng dụng rộng so với hai kiểu mẫu Mô hình quan tâm đến cân động, bao gồm hiệu ứng không từ lực tĩnh điện mà từ lực hút đẩy pha tĩnh pha động Nhưng có số tượng giải thích mô hình mà phải sử dụng đến kiểu mẩu khác để giải thích 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng trình rửa giải Cần dành thời gian để cột hoàn toàn ổn định tính từ lúc đối ion bắt đầu thêm vào cột Đôi khi, thời gian lưu ghi nhận không ổn định mẫu tiêm vào sau khoảng thời gian cần để thiết lập cân với pha Cần thời gian đến cột hoàn toàn đạt trạng thái ổn định Nên sử dụng nước tức để rửa giải đối ion khỏi cột (đặc biệt với tác nhân ion ghép cặp có tính base ion tetraalkyl ammonium) Nếu cột rửa giải nước thay dung dịch đệm, ion tetrabutyl ammonium-có chứa vùng kỵ nước (các nhóm butyl) bị giữ hấp phụ lên phần vật liệu nhồi (ngụ ý pha tĩnh) làm hỏng silicagel Trong trường hợp này, việc rửa giải chất ion ghép cặp cách sử dụng hỗn hợp dung dịch đệm: dung môi hữu theo tỉ lệ từ 1:1 đến 1:2 quan trọng GVHD : Ths Võ Thúy Vi 24 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Chương SẮC KÝ LOẠI TRỪ ION ( ION EXCLUSION) 4.1 Khái quát sắc ký loại trừ ion Sắc ký loại trừ ion (IEC) kỹ thuật tách tương đối cũ, Wheaton Bauman giới thiệu (1953) , liên quan đên việc sử dụng nhựa anion mạnh nhựa cation trao đổi.Trong trinh phân tách ion phân ly yếu hợp chất trung tính Trong sắc ký loại trừ ion , loại nhựa trao đổi ion sử dụng giống chất tan điện ly yếu Đó chất hòa tan với điện tích âm (như cacboxylic acid) tách nhựa trao đổi cation có anion nhóm chức sulfonate , chất tan với điện tích dương (chẳng hạn bazo yếu) tách nhựa trao đổi anion có hợp chất amonium bậc bốn Sắc ký loại trừ ion gọi nhiều tên khác : − Ion- exclusion chromatography − Ion chromatography exclusion (ICE) − Ion exclusion partition chromatography − Donnan exclusion chromatography − Ion moderated partition chromatography 4.2 Bản chất sắc ký loại trừ ion Sử dụng IEC, để tách anion yếu ion hóa Suoride, phosphate, nitrit, axit ,cacboxylic béo, axit carboxylic thơm, borat, rượu béo, đường, axit amin, nước, amoni , amin, dựa kết hợp chế phân tách ion-exlusion, hấp phụ, loại trừ kích thước ion Các nguyên tắc sắc ký ion loại trừ bao gồm : - Một mạng lưới nhựa rắn với nhóm chức mang điện (màng mỏng); - Chất lỏng bị giữ bên hạt nhựa (pha tĩnh) - Chất lỏng di chuyển hạt nhựa (pha động dung dịch rửa giải) 4.3 Pha tĩnh pha động 4.3.1 Pha tĩnh Pha tĩnh sắc ký ion ban đầu gồm yếu tố, kích thước hạt lớn, khả hấp thụ cao, có đầy đủ chức plyme polustyrene- divinylbenzene Pha tĩnh đại củng sử dụng chất liệu tương tự pha tinh sắc ký loại trừ ion cổ điển, khác số khía cạnh quan trọng Một số thông số pha tĩnh gây ảnh hưởng đến trinh lưu chất tan - Kích thước hạt - Khả trao đổi ion - Cơ câu nhựa trao đổi GVHD : Ths Võ Thúy Vi 25 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học - Mức độ lưu hóa Hiệu tách ảnh hưởng mạnh kích thước hạt vật liệu nhồi cột Kích thước hạt từ 5-10 ϻm, nhiên số hạt nhựa sử dụng tương đối mềm, đường kính nhỏ có nghĩa tốc độ dòng dung dịch rửa giải phải giử mức thấp để tránh nén hạt nhựa Khả trao đổi ion vật liệu nhồi điển hình thường lớn so với loại , hạt sử dụng để phân tách IC.Những vật liệu có suât lớn nhờ váo số lượng nhóm chức nhựa đủ để tạo tác nhân loại trừ Cấu trúc nhưạ quan trọng, với nhựa vi xốp gel sử dụng phổ biến Tuy nhiên, gần vật liệu có lỗ rỗng, độ cứng lơn hơn, nghiên cứu ban đầu cho thấy mức độ lưu nhựa tạo nên ảnh hưởng đáng kể đặc biệt ảnh hưởng đáng kể đến lưu giữ chất tan Các chất đặc biệt có khả lưu (ví dụ 8-12% divinylbenzene) cho thấy tác dụng loại trừ Donan exculsion mạnh loại nhựa lưu hóa thấp Điều có nghĩa ion hóa mạnh hay ion hóa yếu cho thấy xâm nhập sâu pha lõng nhựa mềm [4] 4.3.2 Pha động 4.3.2.1 Nước rửa giải Các chất rửa giải sử dụng sắc ký loại trừ ion thường đơn giản Nước cất chất rửa giải mức độ ion hóa chất tan Thời gian lưu xác định pKa pKb Nhưng sử dụng nước làm chất rửa giải có hạn chế chất tính axit mạnh bazo, mức độ ion hóa giử lại yếu, hình dạng peak thu chất phân tích thường bị hạn chế Theo vấn đề quan sát với hình dạng peak cao, hiệu tách tốt , nước sử dụng chất rửa giải sắc ký loại trừ ion, ngoại trừ viêc tách hợp chất ion hóa yếu 4.3.2.2 Dung môi rửa giải axit Theo gợi ý Turkelson Richards , cách thức phổ biến cho phương pháp dung dịch loãng axit vô mạnh sử dụng cho rửa giải chất hòa tan anion, phương pháp pha loãng để rửa giải chất hòa tan cation Bằng cách sắc ký loại trừ ion mở rộng để phân tích axit bazo mạnh, cách hạn chế mức độ ion hóa Các dung môi rửa giải sử dụng hình thành từ axit mạnh axit sulfuric, axit clohiric Khi axit sulfuric sử dụng chất rửa giải , phát chất hòa tan tách rửa thường thực chất hòa tan thực GVHD : Ths Võ Thúy Vi 26 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học chất hòa tan tách rửa thường thực cách quan sat UV hấp thụ bước song thấp (200.220 nm) Mặt khác axit hidrochlorit thường sử dụng với dẫn suất, sau rửa giải truyên qua chất ức chế thích hợp Hợp chất béo (và hợp chất thơm) axit sulfonic sử dụng để phát độ dẫn , độ dẫn tương đối thấp dung môi rửa giai, chất ức chế không cần thiết Axit yếu sử dụng dung môi rửa giải sắc ký ion Ví dụ (axit photphoric, axit tridecanuoroheptanoic, axit cacbonic, n-butyric axit, axit benzoic) Lưu ý dung môi rửa giải pH, sử dụng pha tĩnh giống hệt không phụ thuộc vào chất axit sử dụng Hình 4.1 Cơ chế rửa giải dung môi axit 4.3.2.3 Dung môi phức Việc giữ lại phát số đặc tính sô chất tan nâng cao tác nhân tạo phức thêm vào dung môi Ví dụ phương pháp việc sử dụng dung dich rửa giải mannitol cho việc xác định axit boric, dó mannitol để phức axit boric, dễ dàng phát phép đo độ dẫn axit borit Bảng 4.1 Xác định anion vô cation IEC Ion Mẫu Loại Cột Dung Môi Rửa Giải Đầu dò F¯, HCO3¯ Đồ uống Shim-pak SCR-102H 0.5 mmol L¯1 toluene/sulfonic axit CD F¯ Nươc thải 20% methanol/water CL/CD GVHD : Ths Võ Thúy Vi Hitachi2613 27 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học HCO3¯ Nước tự nhiên HCO3¯ Nước tự nhiên NO3¯, NO2- TSKgel SCX Develosil 30-5(silica gel) Nước thải Hitachi 2613 NO2¯ Nước uông Anion exclusion As(V), Axit sunfuanic As(III) Nước khoáng Silica Nước biển Silica Nước tự nhiên Dionex HP ICE AS-1 Aminex HPX-85H Dionex lonpak ICE-AS1 Yokogawa SCX1-251 UV EC ICP-MS 0.3 mol L¯1 Dsorbitol CD mmol L¯1 axit sunfuanic VIS 10 mmol L¯1 axit sunfuanic EC Hitachi2613 40% axeton/nước EC TSKgel mmol L¯1 axit mmol L¯1 tartaric acid/7.5% metanol CD CN¯ Nước máy SO2¯ Bia Dionex HPICE-AS1 PO3¯ Nước thải GVHD : Ths Võ Thúy Vi EC VIS Wescan Ion exclusion Sulfonated PS/DVB gel Cl¯, Na+ NH-, Nước UV mmol L¯1 axit sunfuanic Dầu Nước mưa 10% methanol, nước mmol L¯1 axit sunfuanic 10 mmol L¯1 axit photphoric 0.01 mmol L¯1 axit photphoric CD CL Borat SO22¯, NO¯, Nước / Borat CD 6.6 mmol L¯1 perchloric acid Excelpak ICSR3G/ICS-R35 Borat Nước OA-PAK 28 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học K+ , + Mg2 , + Ca2 NH- Nước thải Hitachi 2632 Nước CD/E 4.3.3 Cơ chế lưu giữ mạng lưới nhựa rắn với nhóm chức mang điện (màng mỏng); chất lỏng bị giữ bên hạt nhựa (pha tĩnh) chất lỏng di chuyển hạt nhựa (pha động dung dịch rửa giải) Các chế trao đổi ion nhựa màng bán thấm (một màng Donnan) tách hai pha lỏng (2) (3) Màng màng thấm cho chất không ion Khi hỗn hợp chất phân tích tiêm vào cột trao đổi ion, chất phân tích anion ion loại khỏi pha lỏng dựa cân màng Donnan - chống lại nhựa trao đổi cation Do vượt qua cách nhanh chóng thông qua cột Mặt khác, chất không ion phân vùng hai pha lỏng (2) (3) vượt qua chậm qua cột Nhiều chất phân tích ion hóa trải nghiệm mức độ thấp lực đẩy màng tách rửa thời gian lưu trung gian chất phân tích ion hóa hoàn toàn chất phân tích trung lập Ngoài tác dụng loại bỏ ion tĩnh điện này, trình tách diễn mặt bề hạt nhựa hấp phụ loại trừ kích thước tác kỵ nước, tùy thuộc vào tính chất chất tan [5] Hình 4.2 Cơ chế loại trừ ion Các tương tác giai đoạn cần phân tích tĩnh chấp nhận xảy sắc ký ion loại trừ kiểm định lại Đặc biệt, yêu cầu tồn màng Donnan tách chảy, dung dịch rửa giải kẽ từ tĩnh, làm tắc, diễn xuất chất lỏng pha tĩnh xem xét kỹ lưỡng, với vai trò hiệu ứng hấp phụ kỵ việc lưu giữ chất phân tích thơm Trong chuyển đổi cột hình thức chất phân tích dung dịch rửa giải sử dụng để làm bật số thiếu sót GVHD : Ths Võ Thúy Vi 29 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học chế , chấp nhận cho sắc ký ion loại trừ Một chế trì thay cho phương pháp sắc ký ion loại trừ đề xuất, dựa diện giếng bề mặt pha tĩnh styrene-divinylbenzene đồng polymer đầy đủ chức hóa Chất phân tích khuếch tán vào tốt ảnh hưởng gradient nồng độ, trải qua tác động lực đẩy từ chi phí cố định bên lỗ rỗng Những đóng góp ròng hai trình đối lập xác định mức độ mà chất phân tích giữ lại pha tĩnh hấp phụ không đáng kể chất phân tích vào nhựa polymer hỗ trợ pha tĩnh coi xảy Hình 4.3 Cơ chế loại trừ ion pha động pha tĩnh Chương : ỨNG DỤNG CỦA SẮC KÝ ION 5.1 Một số thiết bị sắc ký ion dùng phòng thí nghiệm - Máy sắc ký ion MetroHM Có nguồn gốc từ thụy sĩ Là hệ thống sắc ký thông độ xác cao , với nồng độ chất phân tích đơn vị triệu (ppm) hay phần tỉ (ppb) Máy có giới hạn phát đơn vị phần triệu Máy đạt hiệu suất làm viêc cao Đáp yêu cầu GLP FDA minh với phần nhỏ ứng tất Hệ thống thông minh với thành phần: Hình 5.1 Máy sắc ký ion MetroHM iPump, iDetector, iColumn ứng dụng anion GVHD : Ths Võ Thúy Vi 30 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học chuẩn : F, Cl, Br, NO2, NO 3, SO4, PO 4, ClO2, ClO 3, ClO 4, BrO4, BrO3Phân tích cation chuẩn : Li, Na, K, Mg ,Ca , NH4 , Cs, Sr, Ba, Rb Hình 5.2 Hệ thống Máy sắc ký ion MetroHM - Máy phân tích sắc ký ion Phân tích loại mẫu môi trường với anion & cation hàm lượng vết NH4+; Cr6+ ; Cr3+ ; Fe2+ ; Fe3+ PO43- ; NO2- ; NO3- ; SO42-; Cl- …Phân tích hàm lượng Phosphate: monophosphate, pyrophosphate, metaphosphate, trypolyphosphate & polyphosphate… mẫu thực phẩm, thủy hải sản, chất phụ gia Hình 5.3 Máy phân tích sắc kí ion Máy sắc ký tự động (Automated Ion Chromatography System) CE Thiết bị thiết kế tự động hoàn toàn, chuyên dụng cho mục đích phân tích ion mẫu hoá học, môi trường, thực phẩn, với thao tác sử dụng đơn giản, tiện dụng đạt kết nhanh, xác Điều khiển qua phần mềm máy tính Có thể Kết nối với đưa mẫu tự động AS-DV hay AS Dionex - GVHD : Ths Võ Thúy Vi 31 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Hình 5.4 Máy Sắc kí tự động - Máy sắc ký ion Bao gồm: Bơm dung môi đa kênh gradient, Bơm gradient: dòng dung môi (thiết kế kiểu bánh cam 40 mL/bước răng, piston kép, toàn ngâm dầu, bảo đảm bơm chạy ổn định, sai số nhỏ, bền, không gây ồn, khác với hãng khác sử dụng curoa kéo bánh cam tỳ (độ ồn lớn, độ xác dòng RSD lớn, đỉnh pic không ổn định… ) ( Thiết kế độc quyền hãng tạo độ chuẩn xác lưu lượng dòng từ (0,075% tới 0,1% RSD : Flow precision of < 0,075 RSD or better) , mức phân giải 0,001 ml/phút) Máy với số đường dung môi la hai dòng rửa giải với tốc độ dòng từ 0.001 - 10.000 ml/min Độ xác lưu lượng dòng: < 0.1 % RSD (0,075% tới 0,1% RSD : Flowprecision of < 0,075 RSD or better) Máy có khả tự động bổ áp suất , khử khí dung môi cho hệ thông Chương trình giới hạn áp suất trên, giới hạn áp suất chọn lựa psi, kPa, bar Được ứng dụng để phân tích cation anion : Na + ; K+ ; Mg 2+ ; Ca 2+ ; NH4 + ; Cl - ; F - ; NO2- ; NO3- ; CN - ; SO42- ; HCO3- ; Br - ; acide hữu bậc I Hình 5.5 Máy sắc ki ion 5.2 Ứng dụng sắc ký trao dổi ion phân tích định lượng - Trao đổi ion chứng tỏ phương p háp phân đoạn bất ổn định sinh học chất,sắc ký trao đổi ion đóng vai trò quan trọng việc tách tinh chế phân tử sinh học đóng góp đáng kể vào hiểu biết chúng GVHD : Ths Võ Thúy Vi 32 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học ta trình sinh học,sắc ký ion trao đổi, phổ biến với kỹ thuật tách khác khoa học đời sống, giai đoạn lọc tách phân tích mẫu sinh học phức tạp Ion trao đổi thường xuyên kết hợp với kỹ thuật khác phân chia theo thông số khác kích thước (Gel lọc), sợ nước (kỵ nước tương tác sắc ký sinh học hoạt động (mối quan hệ sắc ký) - Không lựa chọn kỹ thuật quan trọng Thứ tự mà chúng làm việc đóng vai trò quan trọng việc xác định tốc độ, tiện lợi suất tổng thể cho thích hợp - Phương pháp sắc ký trao đổi ion sử dụng hiệu việc tách phân tích chất phức tạp dạng khí lỏng, chí chất rắn phương pháp trao đổi ion thường dử dụng dể khử độ cứng nước muối hòa tan dạng ion Ca2+, Mg2+; khử độ khoáng nước loại hoàn toàn cation anion có nước; tinh chế chất thử hóa học tinh chế HCl kỹ thuật, tinh chế chất không điện ly khỏi hợp chất điện ly; tách chiết protein; điều chế hợp chất hóa học điều chế phân bón hóa học dạng lỏng từ nước thải; tách lượng nhỏ số nguyên tố TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Các phương pháp Sắc ký” NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội [2] Phan Thị Xuân , “ Giáo trình phân tích dụng cụ ” [3] Nguyễn Thị Thu Vân “Phân tích định lượng” Nhà xuất Đại học Quốc gia [4] Pual R Haddad and Peter E Jackson, “Ion Chromatography Principles & applications” [5] Salvatore Fanali, Paul R Haddad, Colin Poole, Peter Schoenmakers and David K Lloyd, “Liquid Chromatography” [6] Kevin Robards,P E Jackson,Paul A Haddad ,“Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods [7].http://luanvan.co/luan-van/dai-cuong-sac-ky-ion-gioi-thieu-he-thong-icdionex-ung-dung-tren-may-ic-55713/ [8].www.Murdercube.com/Chemistry/Crystalization,Purification,Separation/En cyclopediaofSeparationScience/Level0IIIPracticalApplications/IONEXLCUSIONCHROMATOGRAPHYLIQUIDCHROMATOGRAPHY.pdf GVHD : Ths Võ Thúy Vi 33 Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học [9].http://www.hamiltoncompany.com/products/laboratory-products/hplccolumns GVHD : Ths Võ Thúy Vi 34 ... hợp gọi chất trao đổi ion - Sắc ký ghép cặp ion (Ion pair) Sắc ký ghép cặp ion biên thể sắc ký pha đảo pha tĩnh pha động sắc ký pha đảo Điều khác biệt sắc ký ghép cặp ion phải tạo điều kiện... Máy sắc ki ion .25 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Xác định anion vô cation IEC 19 iv Trường ĐHCNTP – Khoa Công Nghệ Hóa Học Chương TÌM HIỂU CHUNG VỀ SẮC KÝ SẮC KÝ ION 1.1 Tổng quan sắc ký. .. chất phân tích phải dạng ion hóa hoàn toàn (bằng cách điều chỉnh pH) - Sắc ký loại trừ ion (Ion exclusion) Sắc ký loại trừ ion phương pháp thay cho sắc ký trao đổi ion mẫu ion hóa loại trừ khỏi