Ưu nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm
- Điện di mao quản có hiệu lực phân tách cao, tách hiệu quả đối với nhiều loại chất, từ các ion kim loại đến các hợp chất sinh học có khối lƣợng phân tử lớn.
- Thiết bị điện di mao quản tƣơng đối đơn giản, việc sử dụng cũng ít tốn kém về vật tƣ tiêu hao hơn các phƣơng pháp sắc ký khác.
Nhược điểm
- Điện di mao quản chủ yếu đƣợc dùng cho các chất có thể điện ly.
- Việc phát triển phƣơng pháp và áp dụng chúng trong phân tích các hợp chất tự nhiên cịn tƣơng đối hạn chế.
- Việc chọn các điều kiện phân tích (dung dịch đệm, điện thế) cũng hạn chế và ít linh động hơn so với lựa chọn dung mơi và pha tĩnh sắc ký.
Kỹ thuật này hiện nay chủ yếu đƣợc sử dụng trong phân tích các đại phân tử (protein, polysaccarid, vật liệu di truyền...) trong sinh hóa, lâm sàng và các lĩnh vực liên quan.
Lingchen Meng, Ziyuan Fang, Jian Lin, Meixian Li, Zhiwei Zhu đã sử dụng phƣơng pháp điện di mao quản kết hợp cùng phổ phát xạ nguyên tử plasma (ICP- AES) xác định độ nhạy cảm của phức đồng. Sử dụng axit EDTA là tác nhân tạo phức. Kết quả giới hạn phát hiện là 2.7nM. [30].
b) Phương pháp sắc ký rây phân tử
Nguyên tắc của phương pháp:
Sắc ký rây phân tử còn gọi là sắc ký loại cỡ. Pha tĩnh đƣợc chế tạo từ các vật liệu bền vững, có chứa các mao quản kích thƣớc cỡ phân tử, vì vậy có thể xem nhƣ chúng là các rây phân tử thực sự. Trong trƣờng hợp pha động là một dung môi hữu cơ, kỹ thuật đƣợc gọi là sắc ký thấm qua gel, cịn trƣờng hợp pha động là nƣớc thì kỹ thuật đƣợc gọi là sắc ký lọc trên gel.
đầy gel hoặc một loại vật liệu xốp), các phân tử có kích thƣớc nhỏ sẽ đi sâu đƣợc vào mạng lƣới của chất nhồi, cịn các phân tử có kích thƣớc lớn hơn sẽ chỉ thâm nhập ở mức độ nhất định, các phân tử có khối lƣợng rất lớn sẽ không đi vào các mao quản đƣợc. Trong quá trình rửa giải, các chất càng thâm nhập sâu vào pha tĩnh, càng mất nhiều thời gian để trở lại pha động, sẽ di chuyển càng chậm. Kết quả là thứ tự rửa giải đi ra khỏi cột sẽ là các phân tử có kích thƣớc nhỏ hơn. Các phân tử có kích thƣớc nhỏ nhất sẽ ra sau cùng.
Ưu nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm
- Có thể phân tích đồng thời nhiều hợp chất - Không cần làm bay hơi mẫu
- Độ phân giải cao nhờ quá trình tách trên cột - Độ nhạy cao nhờ đầu dị
- Thể tích mẫu phân tích nhỏ (1-
Nhƣợc điểm:
- Phƣơng pháp này ít chọn lọc do khơng loại trừ hết đƣợc ảnh hƣởng của nền mẫu.
A.T. Kuiters, W. Mulder sử dụng phƣơng pháp sắc ký rây phân tử để so sánh liên kết của đồng với các chất hữu cơ hòa tan trong nƣớc từ rác thải và từ lớp mùn của đất rừng. Kết quả khả năng liên kết của đồng trong dịch chiết từ lớp mùn đất rừng cao hơn (2,6 – 6,0 µmol Cu mỗi mg DOC) so với từ rác thải (0,7-0,9 µmol Cu mỗi mg DOC).[18]
c)Phương pháp chiết pha rắn(SPE) [6, 7]
Chiết pha rắn (hay chiết rắn – lỏng) là quá trình phân bố các chất tan giữa hai pha lỏng và rắn. Trong đó, chất tan ban đầu ở trong pha lỏng (nƣớc hoặc dung môi hữu cơ), chất để hấp thụ chất tan ở dạng rắn (dạng hạt, nhỏ và xốp) gọi là pha rắn.
Pha rắn (còn đƣợc gọi là pha tĩnh) thƣờng là các hạt silica gel xốp trung tính, hạt oxit nhơm, silica gel trung tính đã đƣợc ankyl hóa nhóm –OH bằng các gốc
hydrocarbon mạch thẳng –C2,, –C4,, –C8, –C18,….hay nhân phenyl, các polyme hữu cơ, các loại nhựa than hoạt tính…Các hạt này đƣợc nhồi vào cột chiết nhỏ (thƣờng là cột nhỏ có kích thƣớc 5x1cm) hoặc nén ở dạng đĩa dày 1 -2mm với đƣờng kính 3 – 4 cm (đĩa chiết).
Pha lỏng là pha chứa chất cần phân tích, chúng có thể là dung mơi hữu cơ, dung dịch đệm…Khi cho pha lỏng đi qua cột chiết (hoặc đĩa chiết), pha rắn tƣơng tác với chất phân tích và giữ một nhóm (hoặc một số nhóm) của chất phân tích lại trên pha rắn, các chất còn lại đi ra khỏi cột cùng với dung mơi hịa tan mẫu.
Quá trình rửa giả (giải hấp) chất phân tích đƣợc thực hiện bằng một dung mơi thích hợp.
Ngun tắc của phương pháp:
Nguyên tắc của quá trình chiết pha rắn là các mẫu ở dạng lỏng, còn các chất chiết ở dạng pha rắn, hạt nhỏ và xốp (có đƣờng kính từ 5 – 10µm). Chất chiết đƣợc gọi là pha tĩnh và đƣợc nhồi vào một cột sắc ký nhỏ (kích thƣớc 10*1cm hay dung lƣợng 5-10ml) các hạt chất chiết có độ xốp lớn với diện tích bề mặt thƣờng 50-100m2/gam. Khi xử lý mẫu dung dịch chứa chất mẫu đƣợc dội lên pha rắn trong các cột sắc ký. Lúc này pha tĩnh sẽ tƣơng tác với các chất mẫu và giữ lại một ít nhóm chất phân tích trên cột (pha tĩnh). Cịn các nhóm khác sẽ đi ra khỏi cột cùng với dung mơi hịa tan mẫu. Nhƣ thế ta sẽ thu đƣợc nhóm chất phân tích tồn tại trên pha tĩnh. Sau đó dùng dung mơi thích hợp hịa tan nốt các chất phân tích để rửa giải chúng ra khỏi pha tĩnh và thu đƣợc dung dịch có chất phân tích để xác định nó.
Ưu nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm
- Chiết pha rắn là phƣơng pháp làm giàu hiệu quả cao. - Chi phí thấp.
Nhược điểm
- Phƣơng pháp này có sử dụng những dung mơi gây độc hại với môi trƣờng.
Luis A. Escudero, S. Cerutti, R.A . Olsina, J.A. Salonia, J.A. Gasquez đã tối ƣu hóa các điều kiện của thực nghiệm xác định đồng trong các mẫu nƣớc khác nhaubằng phƣơng pháp chiết pha rắn và ICP-OES. Không sử dụng thuốc thử và đồng đƣợc giữ lại ở các cột nhỏ chứa đầy ethyl vinyl acetate (EVA) ở pH 8.0. Kết quả cho thấy giới hạn phát hiện là 0,26 mg.l-1, các phƣơng pháp đã đƣợc áp dụng thành công để xác định Cu trong vịi nƣớc, khống sản, mẫu nƣớc sơng.[31]
Lena B. Bjưrklund, Gregory M. Morrison đã sử dụng phƣơng pháp chiết pha rắn kết hợp phƣơng pháp đo phổ hấp thụ phân tử để xác định đồng trong các mẫu nƣớc ngọt. Tác giả sử dụng pha rắn là các hạt silica gel trung tính đã đƣợc ankyl hóa bằng gốc hydrocarbon mạch thẳng –C18,….Kết quả giới hạn phát hiện cho đồng trong nƣớc tinh khiết là 0.4µg.l-1
, đƣợc nâng lên 3.8µg.l-1 trong nƣớc ơ nhiễm.[29]
d) Phương pháp chiết điểm mù:
Nguyên tắc của phương pháp:
Kỹ thuật chiết điểm mù (clound point extraction) là kỹ thuật chiết dựa trên chế độ tách pha bằng dung dịch nƣớc của các mixen có chất hoạt động bề mặt nhất định. Chất hoạt động bề mặt có chứa một đầu khơng phân cực và một đầu phân cực. Đuôi là một chuỗi hydrocacbon thẳng hoặc phân nhánh với số lƣợng các nguyên tử cacbon khác nhau và có thể chứa vịng thơm, trong khi đó đầu là nhóm ion hoặc nhóm phân cực mạnh. Trong dung dịch nƣớc, chúng kết tụ với nhau tạo đám gọi là mixen. Nồng độ của chất hoạt động bề mặt cần thiết cho hiện tƣợng này xảy ra đƣợc gọi là nồng độ micellar tới hạn (critical micelle concentration). Dựa trên sự thay đổi thích hợp các điều kiện nhƣ nhiệt độ, nồng độ muối…dung dịch trở nên đục ở một nhiệt độ đƣợc gọi là điểm mù (clound point) do làm giảm độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt trong nƣớc. Sau khi quay ly tâm – làm lắng, sự tách pha của các micellar đẳng hƣớng chia thành hai pha: pha thể tích nhỏ “ pha giàu chất hoạt
động bề mặt” đƣợc tách ra khỏi nƣớc với số lƣợng lớn và “pha nƣớc” trong đó tồn tại các chất hoạt động bề mặt ở nồng độ gần đến CMC.
Ưu nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm
- Kỹ thuật chiết điểm mù (CPE) là kỹ thuật đơn giản, nhanh, rẻ tiền, hiệu quả cao, ít độc hại so với các quy trình chiết khác sử dụng dung môi.
- Khả năng làm giàu chất phân tích cao. Hiệu suất thu hồi và hệ số làm giàu cao nhờ thu chất phân tích vào thể tích chất hoạt động bề mặt từ 0.2-0.4mL. - Khả năng tách pha phụ thuộc vào tính kị nƣớc lớn hay bé của chất phân tích
ở điều kiện nghiên cứu. Yếu tố làm giàu có thể thay đổi bằng cách thay đổi lƣợng chất hoạt động bề mặt tức thay đổi thể tích pha làm giàu.
- Chất hoạt động bề mặt sử dụng không độc hại, dễ phân hủy so với dung mơi hữu cơ, sử dụng hệ chiết lỏng-lỏng, ngồi ra lƣợng chất hoạt động bề mặt sử dụng ít, giá thành rẻ.
- Pha làm giàu chất hoạt động bề mặt thích hợp trong kỹ thuật phân tích dịng chảy cũng nhƣ trong kỹ thuật điện di mao quản.
- Nhiệt độ điểm mù thấp của chất hoạt động bề mặt cho phép tách các chất có phân tử nhạy với nhiệt độ đối với các mẫu sinh học và mơi trƣờng.
- Q trình tách và làm giàu rất đơn giản.
- Hiện tƣợng tách pha thuận nghịch, cho phép thu nhận một hay hai pha một cách nhanh chóng bằng cách thay đổi nhiệt độ.
Nhược điểm
- Thƣờng chỉ áp dụng cho chiết kim loại nặng ở nồng độ thấp. Ứng dụng của phƣơng pháp CPE
Đối với mục tiêu xác định lƣợng vết đồng trong môi trƣờng nƣớc, hiện nay ở Việt Nam chƣa có nhiều cơng trình nghiên cứu theo hƣớng này tuy nhiên ƣu điểm của nó là rất lớn so với các hƣớng nghiên cứu khác.
Bruno Elias dos Santos Costa, Nívia Maria Melo Coelho, Luciana Melo Coelho đã xác định Asen trong mẫu gạo bởi chiết điểm mù để làm giàu và phân tích bởi quang phổ hấp thụ ngọn lửa. Chất phân tích đƣợc tạo phức với các ion molybdate khi có mặt H2SO4 và chất hoạt động bề mặt là Triton X-114. Giới hạn phát hiện là 33 ng/L và hiệu suất chiết 90.8%. [21]
Valfredo Azevedo Lemos, Moacy Selis Santos, Ma´rcio Jose´ Silva dos Santos, Daniel Rodrigues Vieira, and Cleber Galva˜o Novaes đã xác định Cu(II) trong mẫu nƣớc bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ ngọn lửa và làm giàu bằng phƣơng pháp chiết điểm mù. Chất phân tích đƣợc tạo phức với axit 6-[2’-(6’- methyl-benzothiazolylazo)]-1,2-dihydroxy-3,5-benzenedisulfonic (Me-BDBD), sử dụng chất hoạt động bề mặt là Triton X-114. Kết quả chỉ ra giới hạn phát hiện 1.5µg.L-1.[41]
Hongbo Xu, Wanping Zhang, Xiaoshun Zhang, Jing Wang, Jian Wang đã xác định đồng thời Niken, Coban và Đồng trong các mẫu nƣớc bởi chiết điểm mù đề làm giàu và phân tích bởi quang phổ hấp thụ ngọn lửa. Chất phân tích đƣợc tạo phức với 2- (5-bromo-2-pyridylazo) -5- (diethylamino) phenol (5-Br-PADAP) và chất hoạt động bề mặt là Triton X-114. Sau khi phân tách và pha loãng pha giàu chất hoạt động bề mặt đƣợc xác định bằng quang phổ hấp thụ ngọn lửa. Hệ số làm giàu là 25 và giới hạn phát hiện với Coban (II), Niken(II), Đồng (II) lần lƣợt là 2,4; 1,7; 1,5 ng/ml. [26]
Dựa vào những thuận lợi đó, chúng tơi sử dụng phƣơng pháp chiết điểm mù để xác định nồng độ của Đồng trong luận văn này.
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1.1 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu các điều kiện để đo phổ hấp thụ nguyên tử của đồng. - Chọn vạch đo
- Chọn khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử - Khảo sát cƣờng độ đèn catot rỗng
- Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu
- Khảo sát lƣu lƣợng khí axetilen
Nghiên cứu, khảo sát các điều kiện chiết điểm mù để xác định đồng:
- Khảo sát ảnh hƣởng của việc thêm các chất điện ly đến hiệu suất chiết ion Cu2+,
- Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất chiết ion Cu2+,
- Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Triton X-100 đến hiệu suất chiết ion Cu2+, - Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tách pha đến hiệu suất chiết ion Cu2+, - Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ khuấy đến hiệu suất chiết ion Cu2+,
- Khảo sát ảnh hƣởng của phƣơng pháp tạo điểm mù đến hiệu suất chiết ion Cu2+,
- Khảo sát ảnh hƣởng của ion lạ đến hiệu suất chiết ion Cu2+,
Xây dựng đƣờng chuẩn xác định ion đồng bằng phƣơng pháp chiết điểm mù. Xác định giới hạn phát hiện của phƣơng pháp.
Phân tích, định lƣợng đồng trong mẫu nƣớc mặt tại sông Nhuệ và sông Đáy theo phƣơng pháp xây dựng đƣợc.
2.1.2Phương pháp chiết điểm mù
a) Khái niệm [34,24]
Điểm mù là nhiệt độ tới hạn mà trên nhiệt độ đó mixen của các chất hoạt động bề mặt loại khơng ion hay lƣỡng tính bị tách nƣớc (dehydrated) và kết tủa. Sau khi hai pha đƣợc hình thành, ngƣời ta tách chúng khỏi nhau bằng phƣơng pháp ly tâm, thu đƣợc một pha giàu chất hoạt động bề mặt chứa chất phân tích. Từ tính chất này ngƣời ta có thể sử dụng chất hoạt động bề mặt trong tách, làm giàu các chất phân tích trƣớc khi xác định chúng bằng phƣơng pháp phân tích thích hợp.
b) Nguyên tắc:
Kỹ thuật chiết điểm mù (CPE) là kỹ thuật dựa trên quá trình tách pha của chất hoạt động bề mặt từ pha lỏng. Khi nhiệt độ của dung dịch tăng, các phân tử chất hoạt động bề mặt hình thành các mixen, nếu nhiệt độ tăng trên điểm mù thì các hạt mixen tách nƣớc và kết tụ, quá trình này dẫn đến tách dung dịch thành hai pha: một pha giàu chất hoạt động bề mặt và một pha chứa dung mơi. Chất hoạt động bề mặt có chứa một đầu khơng phân cực và một đầu phân cực. Đầu không phân cực là một chuỗi hydrocacbon thẳng hoặc phân nhánh với số lƣợng các nguyên tử cacbon khác nhau và có thể chứa vịng thơm, trong khi đó đầu phân cực là nhóm ion hoặc nhóm phân cực mạnh. Trong dung dịch, các chất hoạt động bề mặt kết tụ với nhau tạo đám gọi là mixen. Nồng độ của chất hoạt động bề mặt cần thiết cho hiện tƣợng này xảy ra đƣợc gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC). Dựa trên sự thay đổi thích hợp các điều kiện nhƣ nhiệt độ, nồng độ chất điện ly… các hạt mixen bị dehydrat và kết tụ ở một nhiệt độ đƣợc gọi là điểm mù (CP) . Sau khi quay ly tâm, sự tách pha của các mixen đẳng hƣớng chia thành hai pha: pha thể tích nhỏ “ pha giàu chất hoạt động bề mặt” đƣợc tách ra khỏi nƣớc với số lƣợng lớn và “pha nƣớc” trong đó tồn tại các chất hoạt động bề mặt ở nồng độ gần đến CMC.
Bảng 2.1: Giá trị điểm mù của một số chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt
Nồng độ (%)
Nhiệt độ điểm mù
Poly oxyethylenenonylphenylethe (PONE-7.5) 0,12 1
Poly oxyethylenenonylphenylethe (PONE-7.5) 5 6
Poly oxyethylenenonylphenylethe (PONE-7.5) 20 25
PONE-7.5 trong KSCN-1M 3 43 PONE-7.5 trong KSCN-1M 15 53 Triton X-100 7 65 Triton X-100 0,25 64 Triton X-100 33 76 Triton X-114 0,1 23,6 Triton X-114 10 30 Triton X-114 5 25 C6E3 ( E = oxyethylene) 3 46,9 C6E3 ( E = oxyethylene) 20 44,8 C14E7 ( E = oxyethylene) 1 57,7 C14E7 ( E = oxyethylene) 5 58,6
Hình 2.1chỉ ra tần suất sử dụng các loại chất hoạt động bề mặt trong phƣơng pháp chiết điểm mù trong 12 năm qua ( từ năm 2000-2012) [31].
Hình 2.1: Tần suất sử dụng các loại chất hoạt động bề mặt trong phương pháp chiết điểm mù 12 năm qua (từ năm 2000-2012).
Các tác nhân sử dụng để tạo phức với kim loại
Trong chiết điểm mù, sự chọn lọc của tác nhân tạo phức là bƣớc quyết định một phần hiệu quả chiết. Nhiều loại phối tử hữu cơ thƣờng sử dụng trong chiết điểm mù nhƣ: thuốc thử azo, dithiocarbamates (gồm có APDC, DDTC...), dithizone và dẫn xuất, 8-hydroxyquinoline và dẫn xuất (8-HQ), ammonium O, O- diethyldithiophosphate (DDTP), pyridylazo( nhƣ 5-Br-PADAP và PAN...).
Hình 2.2 chỉ ra tần suất sử dụng các loại phối tử hữu cơ bằng phƣơng pháp chiết điểm mù trong 12 năm qua ( từ năm 2000-2012). [28]
Hình 2.2: Tần suất sử dụng các loại phối tử hữu cơ trong phương pháp chiết điểm mù 12 năm qua (từ năm 2000-2012)
2.1.3Thuốc thử, dung môi
a) Thuốc thử Dithizon
Tên gọi, CTPT, CTCT
- Dithizone hay còn gọi là 1,5–diphenylthiocarbazone, n,n–diphenyl–C mercaptoformazane, phenylazothio–formic acid 2–phenylhydrazide.
- CTPT: C13H12N4S; M = 256,33 g·mol-1