I 2+ 2OH 2 + H2O O
KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM BẰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÔNG CỤ
3.2.3.3 Sắc ký trao đổi ion
Nguyên tắc
Trong các phương pháp sắc ký dựa trên cơ chế trao đổi ion. Sự tách xảy ra do ái lực khác nhau của các ion trong dung dịch đối với các trung tâm trao đổi ion trên chất rắn là pha tĩnh. Chất rắn trong trường hợp này là các nhựa trao đổi ion (Ionit). Sắc ký trao đổi ion chủ yếu dùng dung môi là nước hoặc hỗn hợp nước với dung môi hữu cơ trong mơi trường có độ điện mơi tương đối lớn để các ion có thể tồn tại tự do và bền.
Ionit là những đại phân tử acid hoặc base không tan trong nước và các loại dung môi, chúng chứa trên mạng lưới những ion linh động có khả năng trao đổi theo đương lượng và thuận nghịch với các ion cùng dấu trong dung dịch chất điện ly khi tiếp xúc. Ionit có thể ở dạng rắn hay dạng lỏng.
Dựa vào dấu điện tích của ion trao đổi người ta phân thành 2 loại: cationit và anionit. Khi ion trao đổi (còn gọi là ion linh động) mang điện tích dương (ion cố định của mạng lưới khơng gian mang điện tích âm) tương ứng là cationit, chúng có cơng thức chung KR, NaR, CaR2, MgR2. Phản ứng trao đổi của các cationit như sau:
2RNa + CaCl2 R2Ca + 2NaCl
Khi ion trao đổi mang điện tích âm (ion cố định của mạch mang điện tích dương, ionit tương ứng là anionit. Chúng có cơng thức chung: ROH, RCl, R2CO3, R2SO4… Phản ứng trao đổi của anionit xảy ra như sau:
2RCl + Na2SO4 R2SO4 + 2NaCl
Các ionit lưỡng tính có thể trao đổi cả ion mang điện tích dương lẫn ion mang điện tích âm cùng 1 lúc.
Các ion được sử dụng có nguồn gốc vơ cơ hay hữu cơ đều có thể thu nhận được bằng 2 con đường là thiên nhiên và tổng hợp, chúng rất đa dạng.
Các giai đoạn của quá trình trao đổi ion
Quá trình trao đổi ion trên cột được thực hiện gián đoạn qua 5 giai đoạn:
- Hấp thụ ion của dung dịch phân tích trên ionit, để giữ tồn bộ ion trong dung dịch phân tích cần sử dụng một lượng ionit lớn hơn lượng tính tốn.
- Giải hấp thu ion bị hấp thụ: trong giai đoạn này các ion bị hấp thu được tách ra khỏi ionit bằng những dung dịch thích hợp như acid với các nồng độ khác nhau hoặc một số chất hữu cơ có khả năng tạo phức với ion cần tách.
- Rửa ionit để loại trừ hết dung dịch giải hấp thụ nằm giữa khe hở các hạt ionit.
- Tái sinh ionit: giai đoạn này đưa ionit về dạng ban đầu (KR, NaR, ROH, RCl…) bằng cách cho chảy qua cột cationit dung dịch 2 – 4% HCl hoặc NaCl, qua cột anionit dung dịch 2 – 4% NaOH hoặc HCl.
- Rửa ionit đã được tái sinh: rửa bằng nước cất để đuổi hết dung dịch tái sinh còn nằm trong cột.
Chuẩn bị ionit
Trong quá trình sản xuất, ionit mang theo mốt số tạp chất vơ cơ và hữu cơ. Vì vậy, trước khi sử dụng phải loại trừ những tạp chất này. Thường người ta dùng dung dịch
Rắn Dung dịch Rắn Dung dịch
NaOH 5%, H2O2, alcol etylic 95%, để loại trừ tạp chất hữu cơ, dung dịch NaCl bão hòa, HCl 2 – 5% để loại trừ tạp chất vơ cơ.
• Chuẩn bị cationit: cationit kích thước thích hợp sau khi đã ngâm trương trong dung dịch NaCl bão hòa được ngâm tiếp vào dung dịch NaOH 5% trong 3 – 4h, gạn dung dịch kiềm này ra, thay dung dịch kiềm mới cho đến khi dung dịch gạn ra khơng cịn màu nữa. Rửa cationit bằng nước cất nhiều lần cho sạch kiềm. Sau đó dùng HCl có nồng độ từ 5 – 15% rửa tiếp theo thứ tự 5 thể tích HCl 5%, 5 thể tích HCl 10% và 5 thể tích HCl 15% cho đến khi thử khơng cịn Fe3+ (thuốc thử bằng kali feroxyanua). Rửa cationit bằng nước cất cho đến khi hết ion Cl- tự do (thuốc thử là nitrat bạc) hoặc hết H+ tự do, phải rửa tiếp bằng dung dịch H2O2 5%, alcol etylic 95% và aceton cho đến khi dung dịch rửa khơng cịn màu. Chuyển cationit về dạng H – R bằg dung dịch HCl 5%, sau đó rửa hết H+ tự do.
• Chuẩn bị anionit: anionit đã được trương trong NaCl bão hòa, được rửa tiếp bằng dung dịch HCl 2% cho đến hết Fe3+. Sau đó với dung dịch NaOH 4% và nước cất. nếu chuẩn bị anionit base mạnh, phải rửa thêm bằng alcol etylic 95% vì loại này chứa tạp chất hữu cơ gây cản trở khi tách các ion kim loại. Còn các anionit base yếu do độ trương nở thay đổi nhiều khi anionit chuyển từ dạng R – OH, dạng này anionit kém bền, nhất là ở nhiệt độ cao hơn 300C.