Nhóm các phương pháp phân tích cực phổ và von-ampe là những phương pháp quan trọng nhất trong số các phương pháp phân tích điện hóa. Các phương pháp này đều dựa trên lý thuyết về quá trình điện cực, khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào điện thế đặt lên điện cực làm việc trong quá trình điện phân dung dịch phân tích. Phương pháp cực phổ (Polarography) được nhà Hóa học người Sec Jaroslav Hevrovský phát minh ra năm 1922. Với phát minh này năm 1959 ông đã được tặng giải thưởng Nobel về hóa học. Hạn chế của phương pháp cực phổ (cổ điển) chính là sự xuất hiện dịng tụ điện sinh ra trên điện cực giọt thủy ngân, dòng này có cường độ tương ứng dòng điện gây ra bởi chất điện hoạt với nồng độ khoảng 10-5M nên giới hạn định lượng của cực phổ cổ điển là 10-5M. Hevrovský, Ilkovic và các nhà Điện hóa đã phát minh ra các phương pháp cực phổ hiện đại như: cực phổ sóng vng; cực phổ xung. Các phương pháp này đã đạt giới hạn định lượng cỡ 10-7 – n.10-8M [9, 10, 13]. Đối với các hợp chất hữu cơ, thường có đặc tính điện hóa bất thuận nghịch. Trên thế giới và Việt Nam đã có một số nghiên cứu về định lượng các hợp chất hữu cơ bằng phương pháp điện hóa và có nhiều thành cơng [68, 71, 75, 84].
Vì vậy, trong luận án chúng tôi chọn phương pháp cực phổ xung vi phân và von-ampe hòa tan hấp phụ để tiến hành định lượng các dược phẩm. 1.3.1. Cực phổ xung vi phân (Diffrerential Pulse Polarography – DPP)
Trong phương pháp xung vi phân, điện cực được phân cực bằng điện áp một chiều biến thiên tuyến tính với tốc độ chậm. Ở cuối mỗi chu kỳ giọt, trên khung điện áp biến đổi người ta đặt thêm một xung vng góc với biên độ thay đổi từ 10 – 100mV, độ dài xung từ 40 – 100ms. Ghi dòng tại hai thời điểm, thường là 17ms trước khi nạp xung và 17ms trước khi ngắt xung, tại thời điểm này được xem là dòng tụ điện nhỏ nhất, hai giá trị này được gửi vào bộ so sánh và kết quả ra bộ ghi là hiệu số của hai giá trị đó. Dạng đường cực phổ có dạng một cực đại. Phương pháp DPP có độ nhạy khoảng 10-7 – 10-8M.
Sự phụ thuộc dòng cực đại trong cực phổ xung vi phân vào các thông số của q trình đo cực phổ được tính tốn lý thuyết cho hệ thức sau:
I = K.C (1.1) Trong đó:
Với: n : số e trao đổi trong phản ứng điện cực F : hằng số Faraday
S : là diện tích bề mặt điện cực D : hệ số khuếch tán
tx : thời gian một xung
(1.2) (1.3) DE : biên độ xung
1.3.2. Phương pháp Von-ampe hòa tan hấp phụ (AdSV)
1.3.2.1. Nguyên tắc
Nguyên tắc phương pháp Von-ampe hòa tan hấp phụ giống như phương pháp von-ampe hịa tan. Q trình phân tích theo phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ cũng gồm ba giai đoạn: Giai đoạn làm giàu, giai đoạn dừng và giai đoạn hòa tan. Điểm khác biệt căn bản của phương pháp von am-pe hòa tan hấp phụ với phương pháp von-ampe hịa tan là q trình làm giàu. Chất phân tích được hấp phụ lên bề mặt điện cực làm việc (WE) và được làm giàu. Trong giai đoạn này, thế trên WE được giữ không đổi và dung dịch phân tích được khuấy trộn đều. Kết thúc giai đoạn này, ngừng khuấy để dung dịch yên tĩnh trong khoảng 15 – 30 s. Trong giai đoạn hòa tan, tiến hành quét thế catot để khử các tiểu phân điện hoạt trên bề mặt WE và đồng thời ghi tín hiệu hòa tan Iht (dòng hòa tan) và Eht (thế hịa tan). Trong đó, Iht = f(E), E là thế trên WE. Khi ghi tín hiệu hịa tan có thể sử dụng một kỹ thuật von – ampe hịa tan nào đó, chẳng hạn von – ampe xung vi phân, von – ampe sóng vng,...
Thơng thường AdSV có thể thực hiện được trên hết các loại điện cực: HMDE, SMDE, Pt, than nhão (CPE), than thủy tinh (GC), điện cực graphit ngâm tẩm, các điện cực có biến tính hóa học. Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu sử dụng điện cực HMDE vì điện cực này có nhiều ưu điểm: bề mặt dễ làm sạch, độ lặp lại cao, dễ tự động hóa [7, 9, 10].
1.3.2.2. Giai đoạn làm giàu
Chất phân tích được tích lũy bằng cách hấp phụ lên ranh giới tiếp xúc dung dịch – điện cực làm việc. Có ba kiểu hấp phụ đặc trưng đó là hấp phụ theo kiểu điện hóa, hấp phụ do ái lực hóa học và hấp phụ đẳng nhiệt.
Một số hợp chất hữu cơ có nhóm chức có khả năng hấp phụ lên bề mặt điện cực tại thế xác định (hấp phụ do ái lực hóa học). Đây là một trong những đối tượng nghiên cứu mới của phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ được áp dụng để phân tích các chất hữu cơ có hoạt tính sinh học trong dược phẩm.
1.3.2.3. Giai đoạn dừng
Sau giai đoạn làm giàu ngừng khuấy để dung dịch yên tĩnh trong khoảng 10 – 30 s để chất phân tích phân bố đều trên bề mặt điện cực và chuyển dung dịch từ trạng thái động sang trạng thái tĩnh cho kết quả ghi dòng ổn định hơn.
1.3.2.4. Giai đoạn hịa tan
Giai đoạn này hồn toàn giống với giai đoạn hòa tan trong phương pháp von-ampe hịa tan thơng thường, tức là quét thế tuyến tính theo thời gian theo chiều catot, tức là quét thế âm dần để khử chất hấp phụ trên bề mặt điện cực làm việc và đồng thời ghi tín hiệu hịa tan bằng kỹ thuật von-ampe hịa tan, khi đó phương pháp sẽ được gọi là von-ampe hòa tan catot.
Ngược lại, nếu quét thế theo chiều anot, tức là theo chiều thế dương dần để oxi hóa chất hấp phụ trên bề mặt điện cực làm việc và ghi tín hiệu hịa tan bằng kỹ thuật von-ampe. Khi đó phương pháp sẽ được gọi là von-ampe hòa tan anot.
Trong phương pháp AdSV, tín hiệu thu được có dạng pic. Tín hiệu von-ampe hịa tan tỉ lệ thuận với nồng độ của chất hấp phụ trên bề mặt điện cực làm việc theo phương trình:
Q = n.F.S.C0
Trong đó, Q (C) là điện lượng cần thiết để khử chất điện hoạt đã được hấp phụ, n là số electron trao đổi trong phản ứng điện cực tổng cộng, F là hằng số Faraday, S (cm2) là diện tích bề mặt điện cực, C0 (mol/cm2) là nồng độ của chất hấp phụ trên bề mặt điện cực [9].
Với tốc độ qt thế xác định, dịng pic hồ tan (Ip) tỉ lệ thuận với Q, với S và C0. Khi các điều kiện hấp phụ được lặp lại, C0 tỉ lệ thuận với nồng độ chất phân tích trong dung dịch (C), nên Ip tỉ lệ thuận với S và C. Vì vậy, với một chất nghiên cứu, một loại điện cực, diện tích điện cực, đặc tính bề mặt điện cực lặp lại thì cường độ dịng Ip = K.C, trong đó K là hệ số thực nghiệm,
phụ thuộc vào các điều kiện thực nghiệm: điều kiện tích lũy, điều kiện hịa tan và bản chất của dung dịch chất nghiên cứu.
Thế đỉnh pic hòa tan (Ep) và cường độ dòng đỉnh hòa tan (Ip) phụ thuộc vào các yếu tố như: thành phần nền, pH, thế tích lũy, thời gian tích lũy, bản chất của điện cực làm việc, kỹ thuật ghi dòng hòa tan. Trong các điều kiện xác định Ep đặc trưng cho bản chất điện hóa của chất phân tích nên dùng trong phân tích định tính, Ip tỉ lệ thuận với nồng độ của chất phân tích nên dùng trong phân tích định lượng.
Ngồi những ưu điểm giống như phương pháp ASV, phương pháp AdSV cịn có những ưu điểm sau:
- Cho phép xác định đồng thời nhiều ion kim loại ở những nồng độ vết hoặc siêu vết.
- Đạt được độ chọn lọc cao vì có thể lựa chọn phối tử tạo phức bền và chọn lọc với ion kim loại cần phân tích. Phương pháp AdSV đạt được giới hạn phát hiện rất nhỏ, khoảng 10–9 10–11M, hoặc 10-12 M.
- Phương pháp AdSV có qui trình phân tích đơn giản: khơng có giai đoạn chiết, tách hoặc trao đổi ion và do đó, tránh được sự nhiễm bẩn mẫu hoặc mất chất phân tích, giảm thiểu được sai số. Mặt khác, có thể loại trừ được ảnh hưởng của các yếu tố cản trở bằng cách chọn các điều kiện thí nghiệm thích hợp như: thành phần nền, pH, thế điện phân làm giàu, ảnh hưởng của các chất khác...
- Xác định được gần 60 ion kim loại và hơn 200 hợp chất hữu cơ.
- Phương pháp AdSV đặc biệt có ưu điểm trong phân tích các chất hữu cơ, dược phẩm bao gồm những chất có hoạt tính điện hóa, có khả năng hấp phụ trên bề mặt điện cực giọt thủy ngân và các chất khơng có hoạt tính điện hóa trực tiếp trên điện cực giọt cũng có thể xác định bằng cách gắn với các nhóm như nitro, nitroso… hoặc thủy phân tạo thành chất mới có hoạt tính điện hóa.
- Dựa vào các đặc tính hấp phụ ta có thể giải quyết được các bài tốn liên quan đến q trình điện cực, cơ chế của phản ứng xảy ra trên điện cực.