(Luận văn thạc sĩ) áp dụng phương pháp sắc ký cột và sắc ký lớp mỏng vào giảng dạy hóa học phổ thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN MẠNH CƢỜNG ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÝ CỘT VÀ SẮC KÝ LỚP MỎNG VÀO GIẢNG DẠY HỐ HỌC PHỔ THƠNG Chun ngành: Hố phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán hƣớng dẫn khoa học: PGS TS ĐÀO HỮU VINH HÀ NÔI – 2011 MỤC LỤC Mở đầu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển sắc ký 1.2 Định nghĩa, nguyên tắc sắc ký phân loại phƣơng pháp sắc ký 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Nguyên tắc sắc ký 1.2.3 Phân loại phương pháp sắc ký 1.3 Cơ sở lý thuyết sắc ký 1.3.1 Các khái niệm 1.3.2 Thuyết đĩa 1.3.3 Thuyết tốc độ 1.4 Sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography) 1.4.1 Các chất hấp thụ dùng sắc ký lớp mỏng 1.4.2 Dung môi khai triển thuốc thử màu 1.5 Sắc ký giấy (paper chromatography) 1.5.1 Kỹ thuật tiến hành sắc ký giấy 1.5.2 Giấy sắc ký 1.5.3 Dung môi sắc ký giấy 1.5.4 Ứng dụng sắc ký giấy 1.6 Sắc ký hấp phụ lỏng (trên cột) 1.6.1 Nguyên tắc 1.6.2 Ứng dụng sắc ký hấp phụ lỏng 1.7 Khái quát chất diệp lục (chlorophyl) carotenoit 1.7.1 Chất diệp lục (diệp lục tố, chlorophyl) 1.7.2 Carotenoit 1.7.3 Các phương pháp sắc ký dùng để tách diệp lục carotenoit 1.8 Khái quát ion Co2+, Cu2+, Fe3+, Ni2+ muối chúng 1.8.1 Sơ lược muối sắt(III) ion Fe3+ 1.8.2 Sơ lược muối đồng(II) ion Cu2+ 1.8.3 Sơ lược muối coban(II) ion Co2+ 1.8.4 Sơ lược muối niken(II) ion Ni2+ 1.8.5 Các phương pháp sắc ký dùng để tách ion Fe3+, Cu2+, Co2+ ion Ni2+ Trang 3 4 4 7 11 14 16 17 18 18 19 19 20 21 21 21 24 24 24 26 28 29 29 31 32 33 34 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Các hoá chất thiết bị cần thiết 2.2 Chế tạo mỏng từ tinh bột sắn dây 2.3 Chiết dịch từ xanh 2.4 Tiến hành sắc ký cột 2.5 Tiến hành sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography) 2.6 Tiến hành sắc ký giấy (paper chromatography) CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Sắc ký cột 3.1.1 Tách chất màu xanh a) Pha tĩnh silicagel, pha động hệ dung môi ete dầu hoả - axton b) Pha tĩnh silicagel, pha động hệ dung môi toluen - axeton c) Pha tĩnh bột canxi cacbonat, pha động hệ dung môi ete dầu hoả - axeton d) Pha tĩnh bột canxi cacbonat, pha động hệ dung môi toluen - axeton e) Pha tĩnh glucozơ, pha động hệ dung môi ete dầu hoả - axeton f) Pha tĩnh glucozơ, pha động hệ dung môi toluen - cồn etylic nguyên chất 3.1.2 Tách ion Fe3+, Cu2+, Co2+ a) Pha tĩnh silicagel, pha động hệ dung môi NH4NO3 4M - NH3 4M b) Pha tĩnh silicagel, pha động hệ dung môi CH3COONH4 1,5M -CH3COOH 1,5M c) Pha tĩnh silicagel, pha động hệ dung môi Axeton – HCl đặc d) Pha tĩnh bột canxi cacbonat, pha động hệ dung môi NH4NO3 4M - NH3 4M e) Pha tĩnh silicagel, pha động dung dịch axit axetic f) Pha tĩnh tinh bột sắn dây 2.7.3 Kết luận 3.2 Sắc ký lớp mỏng Trang 35 35 36 36 37 38 39 40 40 40 40 41 42 43 45 46 46 46 48 49 49 49 49 49 50 3.2.1 Tách chất màu xanh a) Bản mỏng hãng Merck, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton b) Bản mỏng sắc ký tự chế tạo từ tinh bột sắn dây, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton 3.2.2 Tách ion kim loại Fe3+, Cu2+, Co2+, Ni2+ a) Bản mỏng hãng Merck, hệ dung môi NH3 4M – NH4NO3 4M b) Bản mỏng chế tạo từ tinh bột sắn dây, hệ dung môi axeton - HCl đặc 3.2.3 Kết luận 3.3 Sắc ký giấy 3.3.1 Tách chất màu xanh a) Giấy sắc ký loại 3S, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton b) Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton c) Giấy sắc ký loại 3S, hệ dung môi toluen - cồn etylic tuyệt đối d) Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi toluen - cồn etylic tuyệt đối 3.3.2 Tách ion Fe3+, Cu2+ Co2+ a) Giấy sắc ký loại 3S, hệ dung môi axeton - HCl đặc b) Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi axeton - HCl đặc 3.3.3 Kết luận KẾT LUẬN CHUNG KIẾN NGHỊ Tài liệu tham khảo I Tiếng việt II Tiếng Anh Trang 50 50 52 54 54 56 58 59 59 59 61 63 65 66 66 68 68 70 71 72 72 73 MỞ ĐẦU 1/Lý chọn đề tài Sắc ký đời từ năm 1903 nhà thực vật học người Nga Mikhail Tsvet (Mikhail Semyonovich Tsvet), đến sắc ký phát triển mạnh mẽ trở thành môn học quan trọng hố phân tích đại ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Nhờ có khả tách riêng rẽ chất cho kết phân tích định tính định lượng rõ ràng Sắc ký tham gia vào phân tích mẫu phức tạp lĩnh vực từ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp đến hoạt động phục vụ đời sống chữa bệnh, điều tra hình Ngồi sắc ký cịn công cụ phục vụ đắc lực cho nghiên cứu khoa học Thí dụ sản xuất nơng nghiệp, sắc ký góp phần tách định lượng chất dinh dưỡng sản phẩm, phân tích độc tố, hóa chất bảo vệ thực vật, kim loại nặng thực phẩm, nước uống… Trong chữa bệnh, sắc ký góp phần xét nghiệm mẫu bệnh phẩm, thí dụ phân tích thuốc kháng sinh, phân tích dược phẩm, dược liệu… Sắc ký phục vụ đắc lực quan trắc môi trường, đánh giá tác động môi trường tới đời sống người Thí dụ tách định lượng hàm lượng chất độc hại không khí Vậy dạy cho học sinh THPT kiến thức sắc ký cần thiết, nhiên chương trình mơn Hố Học bậc học phổ thơng nước ta chưa có phần nói sắc ký Có lẽ khó khăn thí nghiệm thực hành sắc ký thường khó làm, cần nhiều máy móc hỗ trợ đại đắt tiền, thời gian làm thí nghiệm lâu có trường hợp diễn thời gian dài, nhiều hố chất khó kiếm đắt tiền khơng phù hợp với trường THPT Với mong muốn đưa nội dung sắc ký vào chương trình Hố Học phổ thơng nước ta Phó giáo sư - Tiến sĩ, Nhà giáo ưu tú Đào Hữu Vinh, trực tiếp hướng dẫn thực luận văn “Áp dụng phƣơng pháp sắc ký cột sắc ký lớp mỏng vào giảng dạy hố học phổ thơng” 2/ Mục đích nghiên cứu Khảo sát để lựa chọn thí nghiệm sắc ký áp dụng dạy cho học sinh phổ thơng Nghĩa thiết bị, hố chất, đơn giản, khơng độc hại, dễ tìm kiếm phịng thí nghiệm trường THPT Việt Nam Chọn thành phần pha động, pha tĩnh chất phân tích cho thí nghiệm dễ làm, thời gian cho nghiệm khoảng từ đến 15 phút đảm bảo chuyển tải cho học sinh kiến thức chất, nguyên lý ứng dụng sắc ký 3/ Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Kiến thức sắc ký rộng, mục tiêu nêu thời gian nghiên cứu khả thân có hạn, nên tơi tập trung nghiên cứu khảo sát việc thay đổi hoá chất dụng cụ để thực thí nghiệm sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng sắc ký giấy mức tách định tính chất màu xanh (chlorophyl, carotenoit), số ion kim loại thơng dụng có màu đặc trưng (Fe3+, Cu2+, Co2+, Ni2+) 4/ Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu sở lý thuyết chung sắc ký, tài liệu hướng dẫn thực hành sắc ký Làm thực nghiệm với sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng sắc ký giấy; nghiên cứu thay đổi thành phần pha động, pha tĩnh chất phân tích để tìm thí nghiệm phù hợp với mục đích nêu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển sắc ký [15, 18, 19] Năm 1903 nhà thực vật học người Nga Michael Tsvet dùng cột nhơm oxit (có tài liệu nói cột canxi cacbonat) làm pha tĩnh pha động ete dầu hoả tách thành công chlorophyl từ Ơng giải thích tượng lực hấp phụ khác sắc tố đặt tên phương pháp phương pháp sắc ký (chromatography), sắc ký nghĩa ghi màu tách chất có màu Tuy nhiên phát minh Tsvet gần bị lãng quên thời gian dài Mãi tới năm 1931 sau Vinterstin Lederer dùng phương pháp Tsvet tách caroten thô thành   caroten nhận thấy giá trị phương pháp phương diện điều chế, phương pháp sắc ký bắt đầu ý mức phát triển nhanh chóng Đặc biệt năm 30 kỷ XX, nhu cầu phân tích tách hỗn hợp chất trở nên cấp thiết nên sắc ký phát triển nhanh chóng Năm 1938 Izmailov Shraiber đặt móng cho sắc ký lớp mỏng sau cơng trình Stahl làm cho sắc ký lớp mỏng phát triển nhanh chóng ứng dụng rộng rãi Năm 1941 Tiselius phát triền kỹ thuật tách sắc ký phương pháp phân tích tiền lưu, phân tích đẩy phân tích rửa giải Cũng năm 1941 sắc ký phân bố đời Martin Synge đề xuất phương pháp tách theo lực cấu tử chất hấp thụ, mà phân bố khác cấu tử hai chất lỏng không trộn lẫn Các tác giả phát triển dạng sắc ký phân bố: sắc ký giấy Do có cơng đóng góp tác giả nhận giải Nobel năm 1952 Vào năm 1941 – 1942, Martin làm bước ngoặt lớn sắc ký dùng sắc ký giấy tách thành công ancaloit chiết từ thuốc Năm 1952, Martin cơng bố cơng trình sắc ký khí dựa phân bố chất pha tĩnh chất lỏng pha động chất khí Vào năm 1970, sắc ký khí phát triển, với nó, sắc ký lỏng nâng cao hiệu phương pháp, vật liệu làm pha tĩnh khơng ngừng cải tiến, từ hiệu lực phương pháp sắc ký đạt thành tựu đáng kể tách hỗn hợp chất giống (thí dụ nguyên tố đất hiếm), ancaloit, hiđrocacbon mẫu dầu…Ngày sắc ký lỏng chất nhồi cải tiến, kích thước hạt giảm xuống tới 1,5 – 1,7  m, có khả chịu áp suất nhiệt độ tốt, hình thành phương pháp hiệu (Ultra Performance Liquid Chromatography – UPLC) tách nhanh hợp chất khó thời gian vài chục giây Ngoài phương pháp siêu tới hạn (Supercritical fluid chromatography – SFC) phát triển để phù hợp với chất có khối lượng phân tử lớn Vào cuối thể kỷ trước, phương pháp tách đời phương pháp điện di, đặc biệt điện di mao quản Phương pháp có hiệu lực tách cao, nhanh, tách nhiều đối tượng vô hữu Năm 1994, máy điện di mao quản bán thị trường, sử dụng có hiệu để phân tích dược phẩm, mẫu sinh học, đặc biệt mẫu khó protein, enzim… Sự phát triển phong phú sắc ký làm cho danh từ “sắc ký” khơng cịn theo ý nghĩa ban đầu Tuy nhiên tất phương pháp sắc ký có nét chung nhất: trình tách dựa chuyển dịch hỗn hợp chất phân tích qua lớp chất bất động (pha tĩnh) chất rắn chất lỏng mang chất rắn giấy chuyển dịch thực chất khí chất lỏng (pha động) 1.2 Định nghĩa, nguyên tắc phân loại phƣơng pháp sắc ký [10, 15] 1.2.1 Định nghĩa Tính đa dạng muôn màu phương pháp sắc ký làm nảy sinh nhiều định nghĩa, nhiều tên gọi lĩnh vực sắc ký Nhưng định nghĩa nhiều nhà hoá học thừa nhận hoàn chỉnh nhất, tổng quan sau: Sắc ký trình tách liên tục vi phân hỗn hợp chất phân bố không đồng chúng pha tĩnh pha động xuyên qua pha tĩnh - Một hệ sắc ký bao gồm: chất phân tích, pha tĩnh pha động 1.2.2 Nguyên tắc sắc ký Nguyên tắc chung phương pháp sắc ký dựa phân bố chất hai pha: pha thường cố định gọi pha tĩnh(stationary phase) pha chuyển động gọi pha động (mobile phase) Khi cho mẫu chứa hỗn hợp chất cần phân tích hồ tan dung mơi thích hợp (pha động) di chuyển qua pha tĩnh phân bố chất cần phân tích hai pha khác nên tốc độ di chuyển chúng khác tách khỏi sau thời gian định 1.2.3 Phân loại phƣơng pháp sắc ký 1.2.3.1 Phân loại theo trạng thái liên hợp pha động pha tĩnh - Theo cách phân loại tất phương pháp sắc ký phân thành hai nhóm lớn theo pha động: sắc ký lỏng sắc ký khí Đây cách phân loại lơgic sử dụng rộng rãi - Pha tĩnh chất rắn chất lỏng (được mang chất rắn) 1.2.3.2 Phân loại theo chế trình tách Phương pháp phân loại dựa chế trình hấp thụ - giải hấp thụ, nghĩa theo tương tác chất sắc ký với pha động Có bốn chế sắc ký sau A Sắc ký hấp phụ Sự tách lực khác chất chất hấp phụ rắn (pha tĩnh) Đối với chất hấp phụ phân cực, lực chủ yếu tương tác cực Do nhóm phân cực phân tử ảnh hưởng tới kết tách mạnh mạch hiđrocacbon không phân cực B Sắc ký phân bố Trong phương pháp người ta lợi dụng phân bố khác chất pha tĩnh lỏng (được giữ chất mang rắn) pha động Trong sắc ký lỏng pha tĩnh thường phân cực pha động, nhiên có trường hợp ngược lại Về nguyên tắc có nhiều tổ hợp hai pha lỏng Tuy nhiên thực tế số bị hạn chế lớn Như biết qui tắc độ tan “các chất giống hồ tan vào nhau”, độ phân cực chất sắc ký pha tĩnh pha động có ảnh hưởng tới q trình tách C Sắc ký trao đổi ion Sự tách xảy lực khác ion dung dịch trung tâm trao đổi ion (nhóm chứa ion) chất rắn pha tĩnh Chất rắn quan trọng trường hợp nhựa trao đổi ion Sắc ký trao đổi ion chủ yếu dùng dung môi nước hỗn hợp nước - dung mơi hữu mơi trường có độ điện mơi tương đối lớn để ion tồn tự bền D Sắc ký rây phân tử Trong phương pháp người ta sử dụng vật liệu rắn có độ xốp lớn Có lỗ với kích thước định để rây chọn lọc cấu tử tuỳ theo kích thước hình dạng phân tử Các zeolit tổng hợp có giá trị lớn sắc ký rây chất khí Có thể dùng hợp chất vô cơ, hữu cơ, polime tổng hợp để tách chất vô hữu cơ; đặc biệt nhóm polime ưa nước (loại dextran mạng) dùng để tách chất có hoạt tính sinh học Ngồi cịn có loại sắc ký kết tủa, sắc ký tạo phức, sắc ký oxi hoákhử, chúng có giá trị thực tế Cuối cần nhấn mạnh rằng, trình sắc ký có chế chủ đạo, xảy chế phụ khác Ví dụ sắc ký hấp phụ có phần trao đổi ion (hấp phụ hoá học, tạo phức) chế phân bố 1.2.3.3 Phân loại theo cách hình thành sắc đồ Cơ sở phương pháp phân loại dựa cách chuyển dịch tương đối pha động so với pha tĩnh Có thể khai triển sắc đồ theo ba phương pháp: tiền lưu, đẩy rửa giải Phương pháp rửa giải quan trọng phổ biến nhất, sau phương pháp đẩy, cịn phương pháp tiền lưu sử dụng A Phương pháp tiền lưu Theo phương pháp này, người ta cho hỗn hợp chất phân tích, ví dụ, dung mơi chứa cấu tử A, B liên tục vào lớp pha tĩnh (đầu cột) di chuyển tới lớp cuối pha tĩnh (cuối cột) Nếu chất B bị hấp thụ mạnh chất A tuyến dung mơi phía trước nghèo cấu tử B kết dung môi khỏi cột chứa cấu tử A nguyên chất Cấu tử B không bị hấp thụ lớp chất hấp thụ bão hoà cấu tử B chuyển động dọc cột với cấu tử A Cuối dung môi chứa hỗn hợp A, B khỏi cột Như phương pháp cho phép thu lượng A nguyên chất B Phương pháp đẩy Nguyên tắc phương pháp đưa mẫu tương đối nhỏ hỗn hợp chất phân tích chứa cấu tử A, B lên lớp đầu pha tĩnh (lúc xảy q trình tiền lưu ít) Sau cho dung môi chứa chất E (pha động) qua Điều kiện quan trọng chất E bị hấp thụ mạnh A, B Do E đẩy cấu tử A, B chuyển động xuống phía Vì B bị giữ mạnh A B lại đẩy A phía trước Kết ta vùng A nguyên chất, B nguyên chất pha động chứa E nguyên chất Hình 1.1 Phương pháp đẩy Như vậy, khác với phương pháp tiền lưu, nhờ phương pháp đẩy ta thu phân đoạn chứa cấu tử nguyên chất C Phương pháp rửa giải Trước hết đưa mẫu nhỏ gồm hỗn hợp cấu tử A, B vào lớp pha tĩnh Giả sử B bị hấp thụ mạnh A Sau cho pha động chứa cấu tử E qua cột Điều kiện quan trọng cấu tử E bị hấp thụ yếu Lúc pha động rửa A, B với tốc độ khác tuỳ theo mức độ cấu tử bị pha tĩnh giữ Vì A bị hấp thụ yếu nên dịch chuyển nhanh với pha động 62 3.3 Sắc ký giấy 3.3.1 Tách chất màu xanh a) Giấy sắc ký 3S, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton Bảng 3.5 Giá trị Rf chất màu xanh với giấy sắc ký 3S, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton V ete dầu hoả:V axeton T.gian Các vệt (phút) màu 10:0 Vàng Xanh 9:1 10 Vàng Vàng Xanh Xanh vàng 8:2 10 Vàng Vàng Xanh tươi Xanh vàng 7:3 10 Vàng Vàng Xanh tươi Xanh vàng 6:4 10 Vàng Xanh 5:5 10 Vàng Xanh 4:6 10 Vàng Xanh 3:7 10 Xanh 2:8 10 Xanh 1:9 10 Xanh 0:10 10 Xanh Rf 0,98 0,06 0,86 0,64 0,54 0,45 0,84 0,793 0,724 0,621 0,81 0,79 0,74 0,67 0,78 0,73 0.78 0,74 0,76 0,75 0,77 0,78 0,80 0,81 Ghi tách caroten Tách tốt Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Chúng xin giải thích định tính sau: Khi tỉ lệ ete dầu hoả (dung mơi khơng phân cực) cao chất có màu vàng di chuyển nhanh (Rf lớn) chúng tơi cho caroten điều 63 phù hợp với lý thuyết caroten khơng phân cực di chuyển tốt dung môi không phân cực, đồng thời chất phân cực (chlorophyl, xanthophyl có từ nguyên tử oxi trở lên) di chuyển khó khăn (Rf nhỏ), Khi tỉ lệ axeton (dung mơi phân cực) cao chất phân cực di chuyển nhanh (Rf lớn) Tóm lại dung mơi phân cực hệ số di chuyển Rf chất phân cực lớn, dung mơi phân cực hệ số di chuyển Rf chất không phân cực lớn, điều hoàn toàn phù hợp với qui luật chất phân cực khơng phân cực dễ phân bố Nhìn vào bảng ta thấy dung môi 100% ete dầu hoả tách caroten chất lại phân cực nên di chuyển ít, sau tăng tỉ lệ axeton 10% Rf caroten giảm đồng thời Rf xanthophyl chlorophyl tăng tách chất từ xuống caroten, xanthophyl, chlorophyl a, chlorophyl b Sau theo quy luật thay đổi Rf đến tỉ lệ 40% 50% axeton xanthophyl, chlorophyl a, chlorophyl b khơng tách khỏi nên quan sát thấy hai vệt màu, màu vàng caroten (vệt trên) màu xanh xanthophyl, chlorophyl a, chlorophyl b không tách khỏi (vệt dưới) Từ tỉ lệ axeton 60% trở lên chất có Rf khác không nhiều nên không tách chất ta thấy vệt màu xanh màu xanh chlorophyl lấn át màu khác Vậy với hệ dung môi ete dầu hoả - axeton với tỉ lệ thể tích tương ứng 9:1 tách tốt kết tách chất theo thứ tự từ xuống là: caroten (vàng), xanthophyl (vàng), chlorophyl a (xanh tươi), chlorophyl b (xanh vàng), thời gian 10 phút Trường hợp áp dụng vào dạy trường THPT Hình 3.13 Sắc đồ tách chất màu xanh giấy sắc ký 3S, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton (9:1) 64 b) Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton Chúng thử thay giấy sắc ký giấy lọc loại đường kính 12cm thường sử dụng phịng thí nghiệm hố học thành phần giấy sắc ký giấy lọc xenlulozơ, giấy sắc ký có ưu điểm bật rẻ tiền phổ biến phịng thí nghiệm hóa điều phù hợp với mục tiêu đề tài Kết sau: Bảng 3.6 Giá trị Rf chất màu xanh với giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton V ete dầu hoả:V axeton T.gian Các vệt màu (phút) 10:0 10 Vàng Xanh 9:1 10 Vàng Xanh tươi Xanh vàng 8:2 10 Vàng Vàng Xanh tƣơi Xanh vàng 7:3 10 Vàng Xanh tươi Xanh vàng 6:4 10 Vàng Xanh 5:5 10 Vàng Xanh 4:6 10 Vàng Xanh 3:7 10 Vàng Xanh 2:8 10 Vàng Xanh 1:9 10 Vàng Xanh 10:0 10 Vàng Xanh Rf 1,00 0,14 0,98 0,66 0,31 0,95 0,76 0,67 0,54 0,94 0,89 0,84 0,92 0,85 0,92 0,86 0,91 0,87 0,91 0,87 0,90 0,87 0,91 0,88 0,90 0,89 Ghi Chưa tách hoàn toàn caroten xanthophyl Tách tốt Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách 65 Xét thấy cách giải thích trường hợp trường hợp giấy sắc ký trên, nên xin phép không trình bày Qua bảng số liệu giá trị hệ số Rf hai trường hợp sử dụng sử dụng giấy sắc ký sử dụng giấy lọc thấy khả tách giấy lọc giấy sắc ký gần nhau, mẫu di chuyển giấy lọc nhanh chút so với giấy sắc ký có lẽ giấy lọc phân cực Tuy nhiên với mục đích đề tài qua bảng số liệu ta thấy sử dụng giấy lọc thay cho giấy sắc ký có ưu điểm dễ kiếm, giá rẻ thời gian tách nhanh nên hồn tồn áp dụng trường hợp tỉ lệ dung môi ete dầu hoả axeton (8:2) vào dạy trường THPT Với thời gian 10 phút tách vệt màu từ xuống caroten (vàng), xanthophyl (vàng), chlorophyl a (xanh tươi), chlorophyl b (xanh vàng) a) b) Hình 3.14 Sắc đồ tách chất màu xanh giấy lọc, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton (8:2), a) mẫu trịn, b) mẫu vạch ngang Chúng tơi thử nghiệm trường hợp tách thời gian – phút thấy tách vệt màu trên, vệt sát hơn, nhiên dạy trường phổ thông thời gian thí nghiệm ngắn ưu điểm 66 Hình 3.15 Sắc đồ tách chất màu xanh giấy lọc, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton (8:2), thời gian phút c) Giấy sắc ký 3S, hệ dung môi: toluen - cồn etylic tuyệt đối Bảng 3.7 Giá trị Rf chất màu xanh với giấy sắc ký 3S, hệ dung môi toluen - cồn etylic tuyệt đối V toluen:V cồn etylic T.gian (phút) 10:0 9:1 8:2 7:3 6:4 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 10:0 10 10 10 10 10 10 10 10’ Các vệt màu Vàng Vàng Xanh tƣơi Xanh vàng Vàng Xanh Xanh Xanh Xanh Xanh Xanh Xanh Xanh Xanh Xanh Rf Ghi 0,97 0,92 0,46 0,35 0,96 0,87 0,98 0,98 0,965 0,96 0,97 0,98 0,97 0,96 0,97 Tách tốt Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách 67 Qua bảng ta thấy dung môi hỗn hợp toluen cồn etylic chất không tách mà di chuyển nhanh gần tốc độ dung mơi dung môi phân cực nhiều đồng thời giấy sắc ký phân cực, có trường hợp dung mơi 100% toluen tách vệt màu là: caroten (vàng), xanthophyl(vàng), chlorophyl a (xanh tươi) chlorophyl b (xanh vàng) phút pic không đẹp nhiên áp dụng trường hợp vào thực hành trường THPT trường hợp khơng có dung mơi ete dầu hoả axeton Hình 3.16 Sắc đồ tách chất màu xanh giấy sắc ký, dung môi toluen 68 d) Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi toluen - cồn etylic tuyệt đối Bảng 3.8 Giá trị Rf chất màu xanh với giấy lọc, hệ dung môi toluen - cồn etylic tuyệt đối V toluen:V cồn etylic 10:0 9:1 8:2 7:3 6:4 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 10:0 T.gian Các vệt màu (phút) Vàng Vàng Xanh tƣơi Xanh vàng Vàng Xanh Xanh 10 Xanh 10 Xanh 10 Xanh 10 Xanh 10 Xanh 10 Xanh 10 Xanh 10’ Xanh Rf 0,98 0,93 0,46 0,36 0,97 0,88 0,98 0,98 0,97 0,96 0,97 0,96 0,97 0,96 0,98 Ghi Tách tốt Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Không tách Qua bảng số liệu ta thấy kết tương tự trường hợp sử dụng giấy sắc ký có dung mơi 100% toluen tách vệt màu là: caroten (vàng), xanthophyl (vàng), chlorophyl a (xanh tươi) chlorophyl b (xanh vàng) phút áp dụng vào dạy trường THPT 69 Hình 3.17 Sắc đồ tách chất màu xanh giấy lọc, dung môi toluen 3.3.2 Tách ion Fe3+, Cu2+ Co2+ a) Giấy sắc ký 3S, hệ dung môi: axeton - HCl đặc Trước tiên thử nghiệm đưa mẫu riêng biệt lên giấy sắc ký để khảo sát qua thực nghiệm thấy không sử dụng thuốc thử màu nên nồng độ 0,1M đến 0,5M ion kim loại sắc đồ mờ khó quan sát, chúng tơi thử nghiệm với nồng độ tăng dần sắc đồ đậm dần nồng độ ion kim loại khoảng 1,0 M– 1,5 M sắc đồ rõ Tuy nhiên nồng độ cao mẫu dễ bị giãn rộng khuếch tán ngang dẫn tới vệt màu thành vạch ngang, chọn phương pháp đưa mẫu lên dạng vạch ngang để khắc phục nhược điểm Chúng thấy tỉ lệ axeton : 1HCl đặc ion di chuyển nhanh rõ rệt trình tách tốt nhất, sau tỉ lệ HCl đặc tăng thêm dung môi mẫu di chuyển đoạn dừng hẳn, tỉ lệ HCl đặc cao khoảng di chyển mẫu dung mơi giảm có lẽ HCl nước bay nhiều làm giấy sắc ký bị ẩm lực mao quản nên mẫu dung môi không di chuyển lên Đến tỉ lệ 30% HCl thấy mẫu di chuyển khơng đáng kể đồng thời bình sắc ký bị mờ nhanh HCl lẫn nước nhiều, chúng tơi khơng thử nghiệm tỉ lệ HCl cao 70 Bảng 3.9 Giá trị Rf ion Fe , Cu2+ Co2+ với giấy sắc ký 3S, hệ dung môi axeton - HCl đặc 3+ axeton : HCl đặc Rf Fe3+ 10:0 9:1 8:2 7:3 0,94 0,92 0,91 0,68 Cu2+ 0,72 0,72 0,68 0,62 Ghi Co2+ 0,67 0,66 0,64 0,59 Tách tốt Sau thử nghiệm đưa riêng mẫu lên giấy sắc ký đưa mẫu hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+-Co2+, mẫu hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+, mẫu hỗn hợp ion Fe3+-Co2+ tỉ lệ axeton - HCl đặc (9:1) thấy thời gian 10 – 13 phút tách hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+ hai vệt màu từ xuống ion Fe3+ (màu vàng) ion Cu2+ (màu xanh) hỗn hợp ion Fe3+-Co2+ hai vệt màu từ xuống ion Fe3+ (màu vàng) ion Co2+ (màu xanh để khơng khí chuyển dần thành tím hồng) a) b) c) Hình 3.18 Sắc đồ tách hỗn hợp ion kim loại giấy sắc ký, hệ dung môi axeton – HCl đặc (9:1) a) hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+-Co2+, b) hỗn hợp ion Fe3+-Co2+, c) hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+ 71 Nếu tách hỗn hợp loại ion Fe -Cu2+-Co2+ cần 16 – 20 phút vệt màu từ xuống ion Fe3+ (màu vàng) ion Cu2+ (màu xanh) ion Co2+ (màu xanh để khơng khí chuyển dần thành tím hồng) Tuy Cu2+ Co2+ khơng tách hoàn toàn với mức độ tách định tính cho học sinh THPT trường hợp dụng vào dạy thực hành trường THPT b) Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi: axeton - HCl đặc Do cách tiến hành q trình sắc ký hồn tồn tương tự với giấy sắc ký nên chúng tơi xin phép khơng trình bày cách làm mà nêu kết quả: Khi thay đổi tỉ lệ dung mơi khả di chuyển dung mơi thay đổi khơng đáng kể, có lẽ phân cực dung môi không thay đổi nhiều Với hệ dung môi 9V axeton : 1V HCl đặc, thời gian 10 phút tách hỗn hợp ion Fe 3+ ion Cu2+ hỗn hợp ion Fe3+ Co2+, 15 phút tách hỗn hợp Fe3+, Cu2+, Co2+ Có thể áp dụng vào thực hành trường THPT 3+ a) b) Hình 3.19 Sắc đồ tách hỗn hợp ion kim loại giấy lọc, hệ dung môi axeton – HCl đặc (9:1, a) hỗn hợp Fe3+-Cu2+-Co2+ b) hỗn hợp Fe3+-Cu2+ 3.3.3 Kết luận Với sắc ký giấy chúng tơi lựa chọn thí nghiệm tách chất màu xanh áp dụng vào dạy trường THPT là: + Giấy sắc ký 3S, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton (9:1) + Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi ete dầu hoả - axeton (8:2) 72 + Giấy sắc ký 3S, dung môi toluen + Giấy sắc ký giấy lọc, dung môi toluen - Và lựa chọn thí nghiệm tách ion kim loại là: + Giấy sắc ký 3S, hệ dung môi: axeton - HCl đặc (9:1), tách Fe3+-Cu2+-Co2+, Fe3+-Co2+, Fe3+-Cu2+ + Giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi: axeton - HCl đặc (9:1), tách Fe3+-Cu2+-Co2+, Fe3+-Cu2+ 73 KẾT LUẬN CHUNG Qua q trình nghiên cứu chúng tơi lựa chọn 17 thí nghiệm sắc ký gồm sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng sắc ký giấy, tách chất màu xanh ion kim loại Fe3+, Cu2+, Co2+, Ni2+ Các thí nghiệm dễ thực hiện, thời gian ngắn, không cần sử dụng thuốc thử màu, sử dụng hóa chất dễ tìm kiếm hầu hết khơng độc hại Trong số 17 thí nghiệm chúng tơi chọn thí nghiệm tốt sử dụng dạy trường THPT nước ta là: 1) Tách chất màu xanh sắc ký cột, với pha tĩnh glucozơ, pha động hệ dung môi: ete dầu hoả-axeton (9,5:0,5) 2) Tách hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+-Co2+ sắc ký cột, với pha tĩnh silicagel, pha động hệ dung môi: NH4NO3 4M - NH3 4M (9:1) 3) Tách hỗn hợp ion Fe3+-Cu2+-Co2+-Ni2+ sắc ký lớp mỏng, với mỏng silicagel hãng Merck, hệ dung môi: NH4NO3 4M - NH3 4M (9:1) 4) Tách chất màu xanh sắc ký giấy, với giấy sắc ký giấy lọc, hệ dung môi: ete dầu hoả - axeton (8:2) Chúng cải tiến thay mỏng silicagel sắc ký lớp mỏng mỏng tự chế tạo từ tinh bột sắn dây, thay silicagel nhồi cột sắc ký cột glucozơ bột canxi cacbonat, thay giấy sắc ký sắc ký giấy giấy lọc Các cải tiến có ưu điểm thay hóa chất, thiết bị đắt tiền, hóa chất, thiết bị rẻ tiền, sẵn có Việt Nam hồn tồn khơng độc hại, mà đảm bảo hiệu tách sắc ký chuyển tải cho học sinh kiến thức chất, nguyên lý ứng dụng sắc ký 74 KIẾN NGHỊ Trên sở kết nghiên cứu đề tài mong muốn chương trình hố học phổ thơng nước ta dần theo kịp chương trình nước phát triển giới, đề nghị lần thay sách giáo khoa tới Giáo dục Đào tạo xem xét việc đưa nội dung sắc ký vào dạy trường trung học phổ thông 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng việt Nguyễn Bá Hoài Anh (2003), đại cương sắc ký lỏng, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Bá Hồi Anh (2003), q trình tách sắc ký lỏng, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Tinh Dung (2003), Hố Học phân tích, phần III: phương pháp phân tích hố học, NXBGD, Hà Nội Lê văn Đăng (2005), chuyên đề số hợp chất thiên nhiên, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Trần Đăng Kế, Nguyễn Như Khanh (1995), Sinh lý thực vật, NXB Giáo dục Nguyễn Thanh Khuyến (2000), Các phương pháp sắc ký, Trung tâm sắc ký thành phố Hồ Chí Minh Hồng Nhâm (2004), Hố học vơ tập ba, NXB Giáo dục Nguyễn Thị Thu Nga (2005), giáo trình thực hành hố học phân tích, NXBGD, Hà Nội Vũ Thanh Tâm, Hoàng Minh Tấn, Vũ văn Vụ (1993), Sinh lý học thực vật, NXB Giáo dục 10 Nguyễn Văn Ri (2009), Các phương pháp tách, khoa Hoá, Trường ĐHKHTN ĐHQG Hà Nội 11 Nguyễn Văn Ri (2006), hướng dẫn thực hành mơn hố phân tích, khoa hố trường ĐHKHTN ĐHQG Hà Nội 12 “Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 23 (2007) 130-134” 13 Phạm Hùng Việt (2001), sắc ký khí sở lý thuyết khả ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nội 14 Phạm Hùng Việt (2003), Cơ sở lý thuyết phương pháp sắc ký, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 15 Đào Hữu Vinh (chủ biên), Nguyễn Xuân Dũng, Trần Thị Mĩ Linh, Phạm Hùng Việt (1985), Các phương pháp sắc ký , NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 16 Nguyễn Duy Minh, Nguyễn Như Khanh (1982), Thực hành sinh lý thực vật, NXB Giáo dục 76 II Tiếng Anh 17 Bowen, W R and Baxter, W D (1980), Experimental Cell Biology, An Integrated Laboratory, Macmillan Publishing Co, Inc, New York 18 D Kealey, P J Haines (2002), Analytical Chemistry, printed in the united States of America 19 Daniel C Harris (2007), Quantitative Chemical Analysis, printed in the united States of America 20 I.M Hais, K Macek (1963), Paper chromatography Czechoslovak Academy of Sciences Prague 21 Verlag chemie Academic pess (1966), N.Y Thin Layer Chromatography 22 E Hoftman (1967), Chromatography, Reynold N.Y 1967 23 Jeff Altig (2009), “Paper Chromatography of a Metal Cation Mixture”, CHEM 121L ,volume 50, issue 5, pp 134 – 139 24 Peter Keusch (2003), “Separation of Plant Pigments by Thin Layer Chromatography (TLC)”, Organic Chemistry Demonstration Experiments on VideoChemistry Visualized, University of Regensburg, vol 40, issue 1, p 36 40 25 Anwar, M H (1963), “Separation of plant pigments by thin layer chromatography”, Journal of Chemical Education, vol 40, issue 1, p 29 26 Rollins, Charles (1963), “Thin layer chromatographic separation of leaf pigments: A rapid demonstration” Journal of Chemical Education, vol 40, issue 1, p 32 27 A S Ritchie (1961), “A paper chromatographic scheme for the identification of metallic ions”J Chem Educ, 38 (8), p 400 28 S Lincoln, R A Pohl and D T Haworth (1970), “A thin-layer chromatography experiment for general chemistry”, J Chem Educ, 47 (5), p 401 29 David J Rakestraw , Rebecca J Whelan , Theresa E Hannon and Richard N Zare (2004), “Application of Ion Chromatography to the Investigation of Real-World Samples”, J Chem Educ, 81 (9), p 1299 ... dung sắc ký vào chương trình Hố Học phổ thơng nước ta Phó giáo sư - Tiến sĩ, Nhà giáo ưu tú Đào Hữu Vinh, trực tiếp hướng dẫn thực luận văn ? ?Áp dụng phƣơng pháp sắc ký cột sắc ký lớp mỏng vào giảng. .. đầu cột lỗng 1.2.3.4 Phân loại theo thiết bị hình thành sắc đồ Theo phương pháp phân loại này, tất phương pháp sắc ký chia thành hai nhóm: Sắc ký cột sắc ký phẳng Trong sắc ký cột (kể sắc ký cột. .. theo ba phương pháp: tiền lưu, đẩy rửa giải Phương pháp rửa giải quan trọng phổ biến nhất, sau phương pháp đẩy, cịn phương pháp tiền lưu sử dụng A Phương pháp tiền lưu Theo phương pháp này, người