2. Sự điện di và sắc ký điện di mao quản hiệu suất cao
2.2. Dũng điện di thẩm thấu (EOF)
Cơ chế chớnh của sự di chuyển của cỏc phần tử chất tan (cỏc ion) trong ống mao quản là cơ chế di chuyển dƣới tỏc dụng của lực điện trƣờng E nhất định. Nhƣng bản chất chớnh của sự hoạt động trong ống mao quản của kỹ thuật tỏch CE là dũng chảy điện thẩm thấu (Electro Osmotic Flow: EOF). Dũng EOF cú quan hệ mật thiết với lớp điện tớch trờn thành ống mao quản và sẽ xỏc định thời gian tồn tại của chất tan (chất phõn tớch). Trong CEC, ngƣời ta thƣờng phõn cực mao quản sao cho dũng chảy hƣớng về catút (cực õm).
Dũng EOF đƣợc quyết định bởi thế V đặt vào hai đầu mao quản, pH của dung dịch đệm điện di và lớp điện kộp (thế Zờta), độ nhớt của dung dịch trong mao quản, hằng số điện mụi ε của pha động điện di, loại mao quản, độ xốp, cỡ hạt của chất nhồi trong mao quản (nếu mao quản cú nhồi pha tĩnh rắn xốp). Chớnh nhờ đặc tớnh này mà ngƣời ta cú thể chọn cỏc điều kiện hay cỏc yếu tố phự hợp nhất, để cú tốc độ dũng EOF phự hợp của quỏ trỡnh sắc ký một hỗn hợp chất.
Cỏc kết quả nghiờn cứu thực nghiệm cho thấy rằng, núi chung pH từ 4 đến 8, cỏc ống thuỷ tinh và thạch anh Silica thƣờng cú điện tớch õm, cũn polyme, teflon lại tớch điện dƣơng.
Khi bề mặt đó cú điện tớch, chỳng sẽ hấp thụ cỏc phần tử mang điện tớch trỏi dấu. Nhƣ vậy sẽ xuất hiện một lớp điện kộp, làm cho bề mặt cú một điện thế nhất định. Với cỏc bề mặt Silica ngƣời ta đó đo đƣợc thế bề mặt đú.
Mặc dầu trong mao quản cú dũng EOF, nhƣng bề mặt Silica (thành ống mao quản) vẫn bị kớch thớch bởi từ trƣờng điện E và nhƣ thế cỏc nhúm Silanol (-SiOH) trờn bề mặt cú thể bị dehydro hoỏ (bị tỏch H+ khỏi nhúm OH) làm cho bề mặt đú cú tớnh õm điện (vỡ lỳc này cú tồn tại gốc SiO- trờn thành ống). Tuy bề mặt (thành) ống mao quản cú tồn tại sự ion hoỏ này, nhƣng việc xỏc định chớnh xỏc giỏ trị pI (mức độ ion hoỏ) là rất khú khăn. Vỡ thế trong thực tế ngƣời ta khụng cần phải xỏc định giỏ trị pI này, mà chỉ cần giữ khụng đổi cỏc điều kiện đó chọn, để lớp điện kộp và thế Zờta là hằng định trong quỏ trỡnh sắc ký.
Do hiện tƣợng bề mặt mao quản cú điện tớch ma sỏt, bề mặt mao quản cú một lớp điện tớch trỏi dấu, nú là một lớp cỏc ion, đƣợc gọi là ion cửa, cỏc ion này hay cỏc ion đối trờn bề mặt (thành) ống mao quản, trong hầu hết cỏc trƣờng hợp là cation. Lớp cỏc ion đối này tạo ra một cực của lớp điện kộp trong thành ống mao quản Silica và cú một điện thế xỏc định trong những điều kiện xỏc định của hệ CEC. Điện thế này theo quan điểm của Hoỏ học, ngƣời ta gọi là thế Zờta.
Nghiờn cứu chi tiết về dũng EOF ngƣời ta thấy tốc độ di chuyển của dũng này tỷ lệ thuận với điện trƣờng E, với thế Zờta và hằng số lƣỡng cực điện, tỷ lệ nghịch với độ nhớt của dung dịch đệm trong mao quản theo biểu thức:
VEOF =E.(εζ/η) (25) Và tốc độ tuyến tớnh: uEOF = (E.εζ)/(4πη) (26) Cũn độ điện di của dũng EOF là:
μEOF =(εζ/η) (27)
Nhƣng vỡ cỏc ion nằm hoàn toàn trong EOF, do đú độ điện di tổng cộng (toàn phần) là:
μtot = (μe + μEOF) (28)
Trong đú:
VEOF: Tốc độ điện di của dũng EOF
UEOF: Tốc độ điện di tuyến tớnh của dũng EOF ΜEOF: Độ điện di của dũng EOF
ζ: Thế Zờta
η: Độ nhớt của dung dịch trong ống mao quản
ε: Hằng số lƣỡng cực điện của dung mụi (hằng số điện mụi)
Điện tớch bề mặt mao quản phụ thuộc nhiều vào giỏ trị pH của dung dịch, nồng độ đệm điện di, lực ion, chất hoạt động bề mặt nờn tốc độ của dũng EOF cũng bị ảnh hƣởng bởi giỏ trị pH.
Lực ion của dung dịch trong mao quản cũng là một yếu tố ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh sắc ký điện di cỏc chất. Điều này đó đƣợc chỉ ra cỏc cụng thức (23), (24) ở trờn khi núi về pH của dung dịch đệm điện di.
Tốc độ dũng EOF và tốc độ điện di u là tăng cựng với sự tăng thế đặt vào mao quản và trong sự phụ thuộc một ớt vào nồng độ của dung dịch đệm điện di trong mao quản. Tốc độ điện di u nhƣ là hàm số của thế V và điện trƣơng E và trong mối quan hệ với độ đệm và dung mụi hữu cơ thờm vào pha động điện di. Nhƣng khi thế V tăng, thỡ dũng điện trong mao quản cũng tăng và hiệu ứng nhiệt jun sẽ xuất hiện mạnh. Khi hiệu ứng nhiệt jun lớn, sẽ làm mao quản núng và tạo ra sự gradien nhiệt, ở giữa mao quản cú nồng độ cao, ở sỏt thành cú nồng độ thấp và điều đú làm thay đổi độ nhớt của dung dịch một cỏch tƣơng ứng. Nú dấn đến sự di chuyển chất bị ảnh hƣởng, ở giữa mao quản do cú độ nhớt thấp chất di chuyển nhanh hơn. Cuối cựng sẽ làm doóng pic sắc ký và làm giảm mất hiệu quả tỏch. Nhỡn chung, khi nồng độ đệm tăng thỡ tốc độ điện di tăng tất nhiờn là khụng nhiều theo sự tăng gấp 2 đến 4 lần của nồng độ.
Túm lại kỹ thuật phõn tớch CEC là một trong những kỹ thuật phõn tớch hiện đại. Kỹ thuật này đƣợc nghiờn cứu và phỏt triển rất mạnh trong những năm gần đõy. Với nhiều ƣu điểm vƣợt trội của nú, kỹ thuật này đƣợc ứng rộng rất rộng rói trong phõn tớch cỏc chất vụ cơ và hữu cơ. Cụng trỡnh này nghiờn cứu cỏc điều kiện tối ƣu cho việc tỏch và xỏc định cỏc nguyờn tố đất hiếm trong lớp phủ bằng phƣơng phỏp sắc ký điện di mao quản