6. Bố cục của luận văn
2.2.3. Phương pháp chiết
Phương pháp chiết là phương pháp tách lấy chất từ hỗn hợp bằng dung môi, dựa vào đặc tính của chất cần chiết và dung môi. Dung môi phân cực sẽ tách được chất phân cực còn dung môi không phân cực sẽ tách chất không phân cực. Chúng ta có thể chiết từ hỗn hợp dung dịch hay từ chất rắn.
Phương pháp chiết soxhlet: là một quá trình chiết lặp đi, lặp lại nhiều lần một cách tự động. Bộ công cụ soxhlet bao gồm một bình cầu, một thiết bị chiết và một ống sinh hàn hồi lưu. Dung môi ở trong bình cầu được làm bốc hơi từng phần, rồi ngưng tụ nhỏ vào chất được chiết đựng trong một cái túi bằng giấy lọc và sau đó chảy lại vào bình cầu. Trong quá trình đó cấu tử cần được tách, được làm giàu thêm trong dung môi. Đặc biệt, dụng cụ chiết soxhlet có một ống
xi-phông đặt ở bên cạnh, chỉ để dung dịch chiết chảy vào bình khi nào mức chất lỏng trong ống chiết đạt được khuỷ trên của ống xi-phông [5].
Dầu rái cho vào bộ chiết soxhlet, tiến hành chiết ở nhiệt độ sôi của dung môi, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng thời gian và tỉ lệ rắn lỏng.
2.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
Hiệu suất chiết các hợp chất từ mẫu rắn bằng dung môi còn phụ thuộc
vào thời gian chiết, thông thường hiệu suất chiết tăng theo thời gian và đến một lúc nào đó thì dừng lại.
Cân một lượng khoảng 50 gam các mẫu dầu rái sau đó cho một lượng thể tích xác định V ml như nhau của cùng một dung môi. Tiến hành chiết với nhiệt độ chiết như nhau và thời gian chiết khác nhau: 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ,
10giờ, 12 giờ. Dịch chiết thu được đem cất quay chân không, cân khối lượng và xác định hàm lượng cắn.
2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng
Cân một lượng khoảng 50g dầu rái chiết soxhlet với cùng một dung môi có thể tích lần lượt là 140ml, 160ml, 180ml, 200ml, 220ml. Dịch chiết thu được đem cất quay chân không, cân khối lượng và xác định hàm lượng cắn.
2.2.4. Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)
2.2.4.1. Phương pháp sắc ký khí (GC)
Sắc ký khí là một trong những phương pháp quan trọng nhất hiện nay dùng để tách, định lượng, xác định cấu trúc các chất, đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu các hợp chất hữu cơ (hình 2.4, hình 2.5).
Hình 2.4. Quá trình phân tách chất trong sắc ký
Hình 2.5. Sơ đồ thu gọn của thiết bị sắc ký khí
Pha động trong GC là chất khí nên chất phân tích cũng phải được hoá hơi
để đưa vào cột sắc ký, thường hoá hơi dưới 2500C.
Pha tĩnh có thể là chất rắn được nhồi vào cột hay 1 màng film mỏng bám lên trên bề mặt chất mang trơ, hoặc có thể tạo thành một màng mỏng bám lên mặt trong của thành cột (cột mao quản).
Tuỳ thuộc vào bản chất pha tĩnh chia thành hai loại sắc ký khí :
Sắc ký khí rắn (gas solid chromatography – GSC): Chất phân tích
được hấp phụ trực tiếp trên pha tĩnh là các tiểu phân rắn.
S am p le Mo b ile p h as e t0 t1 t2 t3 t4 t0 t1 t2 t3 t4 De tec tor sig nal s T im e D etec to r S am p le Mo b ile p h as e t0 t1 t2 t3 t4 t0 t1 t2 t3 t4 t0 t1 t2 t3 t4 t0 t1 t2 t3 t4 De tec tor sig nal s T im e D etec to r
Sắc ký khí lỏng (gas liquid chromatography – GLC): Pha tĩnh là một chất lỏng không bay hơi.
Phương pháp này chỉ được giới hạn với chất có thể bốc hơi mà không bị phân huỷ hay là trong khi phân huỷ cho sản phẩm phân huỷ xác định dưới thể hơi.
Có 2 loại kĩ thuật phân tích:
Giữ cho nhiệt độ không đổi trong suốt quá trình phân tích, phương
pháp này khó tách hoàn toàn.
Thay đổi nhiệt độ trong quá trình phân tích, phương pháp này tuy tốn
thời gian nhưng triệt để.
Nguyên tắc hoạt động
Nhờ có khí mang chứa trong bom khí (hoặc máy phát khí), mẫu từ
buồng bay hơi được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt. Quá trình sắc ký xảy ra tại đây. Sau khi rời khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau, các cấu tử lần lượt đi vào detectơ, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được khuếch đại rồi chuyển sang bộ ghi, tích phân kế hoặc máy vi tính. Các tín hiệu được xử lí ở đó rồi chuyển sang bộ phận in và lưu kết quả (bộ hiện số, máy in hoặc máy ghi). Trên sắc đồ nhận được, sẽ có tín hiệu ứng với các cấu tử được tách gọi là pic. Thời gian lưu của pic là đại lượng đặc trưng cho chất cần phân tích. Diện tích pic là thước đo định lượng cho từng chất trong hỗn hợp cần nghiên cứu. Sắc đồ là tập hợp tất cả các pic, mỗi pic đại diện cho mỗi chất. Dựa vào thời gian lưu ta có thể xác định được tên chất và đo diện tích mỗi pic ta xác định được thành phần mỗi chất trong hỗn hợp [10].
2.2.4.2. Phương pháp khối phổ (MS)
Nguyên tắc của phương pháp khối phổ là dựa vào chất nghiên cứu được ion hoá trong pha khí hoặc pha ngưng tụ dưới chân không bằng những
phương pháp thích hợp thành những ion (ion phân tử, ion mảnh…) có số khối khác nhau, sau đó những ion này được phân tách thành những dãy ion theo cùng số khối m (chính xác là theo cùng tỷ số khối trên điện tích ion, m/e) và xác suất có mặt của mỗi dãy ion có cùng tỉ số m/e được ghi lại trên đồ thị có trục tung là xác suất có mặt (hay cường độ), trục hoành là tỉ số m/e gọi là khối
phổ đồ. Phổ khối lượng được ghi lại dưới dạng phổ vạch hay bảng, trong đó
cường độ các vạch được đo bằng phần trăm so với đỉnh có cường độ cao nhất. Đỉnh ion phân tử thường là đỉnh cao nhất, tương đương với khối lượng phân tử của hợp chất khảo sát [10].
2.2.4.3. Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC – MS)
Phương pháp GC – MS dựa trên cơ sở “nối ghép” máy sắc ký khí (GC) với máy phổ khối lượng (MS)
Việc liên kết hai kĩ thuật đó đã tạo ra một công cụ mạnh mẽ để tách biệt và nhận biết các hợp chất. Nhờ có sự liên kết chặt chẽ này người ta có thể thu được phổ khối lượng đủ chấp nhận đối với tất cả các hợp phần mà sắc ký lỏng tách ra được, kể cả những hợp phần với khối lượng chỉ cỡ vài picogam và có mặt trong vài giây. Giữa máy sắc ký khí và máy khối phổ có một bộ phận dùng để tách khí mang trước khi vào buồng ion hoá. Toàn bộ hệ thống GC- MS được nối với máy tính để tự động điều khiển hoạt động của hệ, lưu trữ và xử lý số liệu. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ thể hiện ở hình 2.6.
2.2.5. Phương pháp kết tinh lại
2.2.5.1. Định nghĩa.
Đây là phương pháp quang trọng nhất để tinh chế chất rắn. Cơ sở lý
thuyết của phương pháp là dựa vào sự khác nhau về độ tan của chất trong một dung môi hay hệ dung môi ở các nhiệt độ khác nhau, cũng như sự khác nhau về độ tan vào dung môi của chất tinh chế và chất bẩn ở cùng một nhiệt độ. Quá trình chung là hoà tan chất rắn thành dung dịch bão hoà ở nhiệt độ sôi của dung môi và khi để lạnh thì chất rắn kết tinh lại ở dạng tinh lại ở dạng tinh khiết.
2.2.5.2. Chọn dung môi
Người ta phải chọn dung môi hay hệ dung môi thích hợp để hoà tan
chất kết tinh ở nhiệt độ sôi và không hoà tan hoặc hoà tan ít ở nhiệt độ lạnh, còn tạp chất thì hiện tượng ngược lại. Sau khi lọc nóng loại bỏ tạp chất thì chất rắn sẽ kết tinh lại sạch hơn.
Việc lựa chọn dung môi kết tinh lại rất quan trọng. Dung môi kết tinh
phải không tương tác hoá học với chất kết tinh ở nhiệt độ thường cũng như ở nhiệt độ sôi. Dung môi phải có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của
chất tinh chế ít nhất là 100C và lại phải giải phóng khi lọc cũng như khi rửa.
Việc lựa chọn dung môi hay hệ dung môi phải dựa vào mối quan hệ cấu tạo phân tử của chất kết tinh và dung môi, thường thường chất phân cực thì hoà tan vào dung môi phân cực và ngược lại. Khi chất kết tinh chưa rõ cấu tạo thì phải thử hoà tan trong dung môi từ không phân cực đến dung môi phân cực. Cách làm như sau: lấy một vài tinh thể vào ống nghiệm, nhỏ một ít dung môi vào và đun sôi, quan sát độ tan cho đến khi tinh thể tan hết, nếu đảm bảo yêu cầu trên thì chất sẽ kết tinh lại khi lạnh. Dung môi được xem là tốt nếu cứ 0,1g chất kết tinh tan trong 1ml dung môi nóng.
Khi không chọn được dung môi thì bắt buộc phải chọn hệ dung môi. Nguyên tắc: Lấy một dung môi hoà tan ngay chất kết tinh ở nhiệt độ thường, sau đó chọn một dung môi không hoà tan hay kém hoà tan chất tinh chế nhưng phải tan trong dung môi trên. Cách làm như sau: lấy một vài tinh thể vào ống nghiệm, thêm dung môi cho đến khi tan hết, ghi lấy thể tích dung môi. Nhỏ từ từ dung môi không tan chất tinh chế vào hỗn hợp trên cho đến khi vẫn đục, ghi lấy thể tích dung môi, đun hỗn hợp cho tan hết, lọc nóng để nguội, chất rắn sẽ kết tinh lại. Tỉ lệ hai thể tích đã đo được coi là tỉ lệ thể tích dung môi đã chọn. Thường chọn hệ dung môi etanol-nước, etanol-benzen, axeton-ete dầu hoả, axit axetic-nuớc,…
Nếu có nhiều chất có độ tan khác nhau ở nhiệt độ khác nhau vào một
dung dịch, người ta dùng phương pháp kết tinh phân đoạn. Ở một nhiệt độ xác định, một chất nào đó tan quá bão hoà sẽ kết tinh lại khi để lạnh, còn chất kia chưa bão hoà sẽ ở lại trong dung dịch.
Nếu dung môi hoà tan chất kết tinh, còn chất bẩn không tan, người ta sẽ
lọc nóng để loại bỏ chất bẩn, còn chất kết tinh ở lại trong dung dịch sẽ kết tinh khi để lạnh.
2.2.5.3. Các thao tác khi kết tinh.
Chuẩn bị dung dịch kết tinh hay dung dịch nước cái
Cho một lượng chất kết tinh vào bình cầu hai cổ có lắp ống sinh hàn
hồi lưu và phiễu chiết đựng dung môi hoặc vào bình tam giác có sinh hàn hồi lưu, thêm đá bột rồi cho dung môi vào ít hơn một lượng ít theo lượng tính toán, đun sôi. Nếu sôi mà chưa tan hết thì thêm một ít dung môi vào cho đến khi chất tan hoàn toàn, chất bẩn sẽ không tan.
Nếu dùng hỗn hợp dung môi thì cho dung môi tan tốt vào trước cho đến
khi chất rắn tan hoàn toàn rồi thêm dần dung môi kém hoà tan vào cho đến khi chất rắn kết tủa rồi tan ở nhiệt độ sôi. Nếu dung dịch có màu, phải thêm
chất tẩy màu như than hoạt tính, than xương hay silicagen với tỉ lệ 1/20 hay 1/50. Khi cho chất khử màu phải để dung dịch lạnh, không được thêm chất khử màu khi dung dịch đang nóng để tránh dung dịch bị trào ra ngoài. Sau đó đun sôi lại dung dịch trong 2-3 phút
Lọc nóng dung dịch
Lọc dung dịch đang nóng để loại bỏ chất bẩn, chất phụ không tan ra
khỏi dung dịch. Cần lọc nóng bằng phiễu lọc nóng, lọc nhanh để tránh chất kết tinh ở trên phiễu.
Thực hiện kết tinh chất
Dung dịch nước cái được đậy miệng không nút chặt, để nguội hay làm
lạnh bằng nước lạnh hay nước đá thì tinh thể chất sẽ kết tinh.
Chú ý nếu dung dịch chưa kết tinh, chưa đạt đến bảo hoà thì phải cô đổi
bớt dung môi rồi mới làm lạnh. Kích thước của tinh thể phụ thuộc vào tốc độ kết tinh và làm lạnh.
Nếu làm lạnh nhanh thì thu được tinh thể nhỏ sẽ hấp thụ dung môi và
chất bẩn. Tinh thể càng lớn khi làm lạnh để kết tinh chậm.
Nếu không thấy kết tinh thì có thể gây mầm kết tinh bằng cách cho vào
dung dịch một vài tinh thể của chất tinh chế hoặc lấy đủa thủy tinh cọ vào thành bình.
Những chất có nhiệt độ nóng chảy thấp thường tách ra ở dạng dầu nên
phải làm lạnh chậm và sâu để tinh thể kết tinh chậm.
Tách lọc tinh thể
Tinh thể kết tinh được lọc nhanh trên phiễu Bucsne ở áp suất thấp. Khi
lọc cần rửa lại khi kết tủa bằng dung môi lạnh. Một số trường hợp người ta phải gạn, lắn. Trong trường hợp chất háo nước và dễ bị oxi hoá thí phải dùng phương pháp riêng.
Có thể làm khô trong không khí hay trong tủ sấy thường hoặc tủ sấy chân không. Chú ý làm khô trong tủ sấy cần để nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
nóng chảy của chất khoảng 20oC . Cũng có thễ làm khô tinh thể bằng gió của
máy sấy tóc.
Xác định nhiệt độ nóng chảy của chất thu được
Khi xác định nhiệt độ nóng chảy thấy cố định hoặc sai khác ít hơn hoặc
2.3. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU
Qúa trình thực nghiệm được mô tả theo sơ đồ thể hiện ở hình 2.7.
Xác định các thông số hoá lí Độ
ẩm Hàm lượng tro Hàm lượng kim loại
Cắn A Dịch chiết EtOAc
1. Cô đuổi dung môi 2. Ly tâm
Cắn Dịch chiết EtOAc 2
Chiết với toluen
Dịch chiết toluen Cắn B
Dịch chiết toluen 2 Cắn
Chiết với MeOH
Cắn C Dịch chiết MeOH 1. Cô đuổi dung môi
2. Ly tâm
Cắn Dịch chiết MeOH 2
Tinh thể kết tinh
Kết tinh nhiều lần với etyl axetat
Đo GC-MS để xác định thành phần hoá học
Lựa chọn dung môi có thành phần, hàm lượng cao nhất
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
Hình 2.7. Sơ đồ thực nghiệm
Nguyên liệu dầu rái
Chiết với EtOAc
1. Cô đuổi dung môi 2. Ly tâm
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ CỦA DẦU RÁI
3.1.1. Độ ẩm (W%)
Mẫu dùng để xác định độ ẩm trung bình là mẫu dầu rái được lấy từ cây dầu rái ở Đại Lộc, Tỉnh Quảng Nam. Số lượng mẫu được lấy để xác định độ ẩm là 5. Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 5 mẫu.
Kết quả xác định độ ẩm của dầu rái được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát độ ẩm của dầu rái
STT m1 (g) m2 (g) m3 (g) W (%) Wtb (%) 1 81,309 10,021 87,798 35,246 34,753 2 84,112 10,054 90,605 35,419 3 86,650 10,023 93,235 34,301 4 92,294 10,018 98,968 33,380 5 97,056 10,071 103,560 35,419
Trong đó: m1: Khối lượng chén sứ (g)
m2: Khối lượng dầu rái (g)
m3: Khối lượng chén sứ và mẫu sau khi sấy (g)
Từ bảng 3.1 cho thấy độ ẩm trung bình của dầu rái là 34,753%. Kết quả này có thể khác khi khảo sát dầu rái thu hoạch vào các thời điểm khác nhau trong năm. Mùa khô, do điều kiện khô hạn làm cây tăng trưởng chậm lại, đồng thời lượng tinh dầu trong nhựa dầu khi khai thác bốc hơi nhanh hơn so với mùa mưa nên cũng góp phần làm giảm độ ẩm.Vì vậy độ ẩm của mẫu chỉ có tính tương đối.
3.1.2. Hàm lượng tro
Lấy 5 mẫu dầu rái đã xác định độ ẩm ở trên, nung trong lò nung ở nhiệt
bình từ các mẫu trên.
Kết quả được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát hàm lượng tro của dầu rái
Trong đó: m4: Khối lượng chén sứ nung (g)
m2 : Khối lượng dầu rái ban đầu (g)
m5: Khối lượng chén sứ và mẫu sau khi tro hoá (g)
Từ bảng 3.2 ta thấy hàm lượng tro trung bình của dầu rái 3,792% là tương đối thấp nên hàm lượng hợp chất hữu cơ cao và hàm lượng kim loại sẽ nhỏ.
3.1.3. Hàm lượng một số kim loại nặng
Kết quả được thống kê trong bảng 3.3. (phụ lục I)
Bảng 3.3. Hàm lượng một số kim loại nặng trong dầu rái