Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kí Sắc kí cột Sắc kí lớp mỏng

43 555 0
Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kí Sắc kí cột Sắc kí lớp mỏng

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng Phương pháp Phân Tích Công Cụ Lí thuyết chung về sắc kíSắc kí cộtSắc kí lớp mỏng

Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng I LÝ THUYẾT CHUNG VỀ SẮC Khái niệm đặc điểm chung phương pháp sắc 1.1 Khái niệm Sắc phương pháp tách, phân li, phân tích chất dựa vào phân bốkhác chúng pha động pha tĩnh + Pha tĩnh: chất rắn chất lỏng Pha lỏng tách riêng hợp chất hỗn hợp nhờ vào tính chất hấp thu * Pha tĩnh chất rắn: thường alumin silica gel xử lý, nạp nén vào cột (vd: sắc cột hở áp suất thường sắc áp suất cao), tráng thành lớp mỏng, phủ lên bề mặt kiếng, nhôm nhựa (vd: sắc lớp mỏng) * Pha tĩnh chất lỏng: chất lỏng tẩm lên bề mặt chất mang rắn chuỗi dây cacbon dài gắn (bằng nối hóa trị) lên chất mang rắn Vd: sắc giấy, pha tĩnh nước (nước sợi cellulose tờ giấy hấp thu); Hoặc sắc giấy, pha tĩnh chất lỏng có tính bền nhiệt, bay hơi, tẩm phủ lên hạt rắn có lỗ rỗng + Pha động: chất lỏng chất khí * Pha động chất lỏng:thường dùng sắc giấy, sắc lớp mỏng, sắc cột Trong trường hợp chất lỏng gọi dung môi giải ly * Pha động chất khí: thường thuật sắc khí Trong trường hợp này, chất khí gọi khí mang khí vectơ 1.2 Đặc diểm chung Khi tiếp xúc với pha tĩnh, cấu tử hỗn hợp phân bố pha động pha tĩnh tương ứng với tính chất chúng (tính bị hấp phụ, tính tan,…) Trong hệ thống sắc phân tử pha động chuyển động dọc theo hệ sắc Các chất khác có lực khác với pha động pha tĩnh Trong trình pha động chuyển động dọc theo hệ sắc hết lớp pha tĩnh đến lớp pha tĩnh khác, lặp lặp lại trình hấp phụ, phản hấp phụ Hệ chất có lực lớn với pha tĩnh chuyển động chậm qua hệ thống sắc so với chất tương tác yếu với pha Nhờ đặc điểm mà người ta tách chất qua trình sắc Trang 1/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Cơ sở phương pháp sắc Phương pháp sắc dựa vào phân bố khác chất hai pha động tĩnh Có nhiều nguyên nhân đưa đến phân bố khác chất, lặp lặp lại tượng hấp phụ - phản hấp phụ chất dòng pha động chuyển động qua pha tĩnh nguyên nhân chủ yếu việc tách sắc Ở điều kiện nhiệt độ không đổi, định luật mô tả phụ thuộc lượng chất bị hấp phụ lên pha tĩnh với nồng độ dung dịch (hoặc với chất khí áp suất riêng phần) gọi định luật hấp phụ đơn phân tử đẳng nhiệt Langmuir: n = n∞ bC + bC (1) Trong đó: n - lượng chất bị hấp phụ lên pha tĩnh lúc đạt cân n∞ - lượng cực đại chất b – số C – nồng độ chất bị hấp phụ Theo Langmuir, bề mặt vật rắn có vị trí có lượng bé phân bố toàn bề mặt, ta gọi số vị trí hay n∞ phân tử chất bị hấp phụ từ dung dịch hay dòng khí bị hấp phụ lên bề mặt vật rắn điểm Trong miền nồng độ đủ bé tượng hấp phụ trở nên tuyến tính Khi C đủ bé bC< 1+ bC ≈ 1thì (1) trở thành: n = n∞bC = KC (2) Đây phương trình hấp phụ tuyến tính hay gọi phuong trình henry Miền nồng độ chất hấp phụ tuân theo định luật hấp phụ tuyến tính (miền Henry) Cho dù chế tượng hấp phụ, trao đổi chất hai pha động tĩnh khác hệ cuối tượng hấp phụ - phản hấp phụ trao đổi chất nói chung tuân theo định luật hấp phụ langmuir định luật hấp phụ Henry Phân loại phương pháp sắc Có nhiều tiêu chí để phân loại phương pháp sắc kí, tiêu chí sử dụng nhiều phân loại theo hệ pha: Trang 2/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng SK khí – rắn Sắc khí SK khí – lỏng SK điện di mao quản PHƯƠNG PHÁP SẮC SK phân bố lỏng – lỏng HPLC SK rắn – lỏng Sắc lỏng SK giấy SK phẳng SK lớp mỏng Ngoài ra, có cách phân loại sau: - - Phân loại dựa đặc trưng pha động, pha tĩnh: + Sắc cột + Sắc giấy + Sắc lỏng + Sắc khí Phân loại dựa chất tượng xảy trình tách chất: + Sắc hấp thu + Sắc trao đổi ion + Sắc phân chia + Sắc lọc gel Pic sắc vàcác thông số đặc trưng sắc 4.1 Pic sắc Sắc đồ: Sắc đồ dường biểu diễn C phụ thuộc tính hiệu đo D trình tách vào thời gian Mỗi dãy (band) sắc đồ gọi pic, peak ứng với cấu tử tách ra.Để tính toán hàm A’ A B h’ F G B’ h E C pic.Một sắc đồ có nhiều F’ lượng chất phân tích, tính toán diện tích pic sắc xác V Hình 23.2 Các đặc trưng phân tích sắc Tín hiệu đo phụ thuộc vào detector Trang 3/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Trong phương pháp phân tích sắc kí, người ta thường dùng phương pháp rửa giải Trong phương pháp rửa giải, pha động (khí hay lỏng) thoát khỏi cột phân tích liên tục Dựa vào kết phân tích, người ta xây dựng đồ thị hệ tọa độ: nồng độ chất nghiên cứu C thể tích V pha động chảy qua cột Nếu gọi A’ lúc đưa dung dịch mẫu (hoặc hỗn hợp mẫu phân tích), A lúc xuất cấu tử không bị hấp phụ lên cột, B lúc xuất chất phân tích, đường A’AB phần kéo dài đường BF gọi đường không hay đường chân.Đường cong DBF pic sắc (hay đỉnh sắc kí) Píc sắc đặc trưng chiều cao, diện tích vị trí pic Đường cong pic sắc thường mô tả phương trình toán học: C= Trong đó: Cmax e −( v−vo ) / µ 2C (3) v – thể tích pha động Vo – thể tích pha động ứng với Cmax µ c – độ lệch chuẩn độ rộng nửa pic ứng với: C max = e1 / C (4) Chiều cao pic (tỉ lệ với Cmax) tính giá trị h hay h’ (hình 23.2).h’ khoảng cách tính từ đường chân đến giao điểm tiếp tuyến vẽ từ điểm uốn đường cong Độ rộng pic tính khoảng cách hai điểm đường cong ứng với nửa chiều cao h (CE = W0,5 ) Tuy nhiên nhiều cách tính độ rộng pic khác Người ta chọn độ rộng pic khoảng cách điểm uốn (µ u) hay khoảng cách B’F’ khoảng cách giao điểm đường tiếp tuyến điểm uốn với đường chân (B’F’ = Wh ) Người ta xác định mối liên quan đại lượng này: W0,5 = 2.36 µ c ; µ u = 0.850 µ 0,5 - µ c (5) µ K = 1.700 µ c ; 4.2 Các thông số đặc trưng phương pháp sắc sau • Các thông số thời gian thông số pic: - Thời gian chết (dead tim) to: thời gian cần thiết để pha động (dung môi) chạy qua cột - Thời gian lưu (Retention time) tR: thời gian cần thiết để cấu tử đưa vào hệ sắc tách với nồng độ cực đại Trang 4/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng - Thời gian lưu cấu tử n (tRn): xác định dựa sắc đồ, tính từ thời điểm bắt đầu chạy sắc đến đỉnh pic tương ứng cấu tử n - Thời gian lưu tịnh (Net retention time) t’R: tính hiệu số thời gian lưu với thời gian chết (t’R = tR - to) - Độ lệch tiêu chuẩn σt: nửa bề rộng pic điểm uốn pic - Bề rộng nửa pic ứng với nửa chiều cao pic hiệu W0,5: W0,5 = 2.354 σt - Bề rộng pic hiệu Wh: Wh = σt Khi pic đối xứng có dạng đường phân bố gauxơ, giá trị σt, W0,5, Wh xác định dựa đường phân bố lý thuyết gauxơ Các thông số to, tR, tR’ chuyển tính theo thể tích Khi giá thị tương ứng là: thể tích chết Vo, thể tích lưu VR, thể tích VR’ Trên hình 23.2, đoạn AG tương ứng với thể tích lưu thu gọn (hay thể tích lưu quy đổi), cong A’G thể tích lưu chung Nếu độ dài đoạn A’G l thời gian lưu tR là: tR = : l , U U – vận tốc chuyển động băng ghi Thể tích lưu VR tỉ lệ với thời gian lưu tR: VR = tR ω , đó: ω - vận tốc thể tích pha động (dung dịch hay khí mang) chạy qua cột Thể tích lưu thu gọn V’R ứng với đoạn AG xác định hệ thức: VR’ = VR – V0 đó: V0 – tỉ lệ với đoạn A’A có độ dài tương ứng lo V0 – đặc trưng cho thể tích lưu cấu tử không bị hấp phụ hay gọi thể tích “chết” Tích số thể tích lưu thu gọn V’R với hệ nén J (cho sắc khí) gọi thể tích lưu hiệu Vhq: Với hệ số nén: Vhq = V’RJ J= ( P1 / Po ) − ( P1 / Po ) − P1 Po áp suất khí mang vào cột khỏi cột Một đặc trưng quan trọng khác phương pháp sắc khí thể tích lưu riêng tuyệt đối Vm Vm tính theo công thức: Vm = đó: Vhq 273.16 m TK (6) m – khối lượng chất hấp phụ Trang 5/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Tk – nhiệt độ cột Vm không phụ thuộc tham số hình học cột dùng để đặc trưng cho hệ thống chất hấp phụ - khí hấp phụ Tuy nhiên đại lượng thay đổi theo số nguyên nhân ngẫu nhiên Một đại lượng khác chịu ảnh hưởng yếu tố ngẫu nhiên thể tích lưu tương đối Theo định nghĩa, thể tích lưu tương đối tỉ số thể tích lưu riêng tuyệt thể tích tương ứng chất chọn làm chất chuẩn: Vmj Vtđ = đó: (7) Vmc Vtđ – thể tích lưu tương đối Vmj – thể tích lưu tuyệt đối chất nghiên cứu Vmc – thể tích lưu tuyệt đối chất chọn làm chuẩn Giá trị thể tích lưu tương đối tìm sổ tay • Hệ số phân bố k: Cân cấu tử hệ sắc mô tả phương trình đơn giản sau: X pha động X pha tĩnh Hằng số cân cho cân gọi tỉ lệ phân bố hay hệ số phân bố, tính sau: k= CT CĐ Trong đó: CT nồng độ cấu tử pha tĩnh CĐ nồng độ cấu tử pha động Hệ số k phụ thuộc vào chất pha động, pha tĩnh chất chất phân tích • Khả tách (k’): Khả tách (capacity factor) k’ biểu diễn theo hệ thức: k’ = t ' R t R − tO t R = = -1 tO tO tO (8) Giá trị k’ nhỏ khả tách kém, k’ lớn khả tách tốt: k’~ 0, tR~to: chất sớm, cột khả giữ chất lại k’ nhỏ (tR nhỏ): mũi chất nhanh, khả tách k’ lớn (tR lớn): chất bị giữ cột lâu, thời gian phân tích dài nên mũi sắc có khả bị tù Trang 6/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Khoảng k’ tưởng từ đến phân tích hỗn hợp phức tạp chấp nhận giá trị k’ từ đến 20 • Độ chọn lọc (α): Độ chọn lọc (selectivity) α biểu diễn theo hệ thức: α= k '2 t R − tO = k '1 t R1 − t O (9) Đại lượng (α) nói lên khả tách hai cấu tử lân cận sắc đồ Cấu tử tách khỏi cấu tử phải có k’2 ≠ k’1.Điều có nghĩa giá trị α ≠ 1, cấu tử tách khỏi trình sắc kí.Giá trị α khác cấu tử tách khỏi tốt • Số đĩa lý thuyết N: Đại lượng đặc trưng cho hệ thống tách số đĩa lý thuyết N Đĩa lý thuyết định nghĩa miền mà cân động nồng độ cấu tử pha tĩnh pha động thiết lập Số đĩa lý thuyết hiểu tổng độ dài cột L chia thành phần có độ dài H số đĩa lý thuyết tính theo biểu thức N = L/H Dựa sắc đồ pic đường phân bố gauxơ số đĩa lý thuyết cho pic có thời gian lưu đủ lớn tính theo biểu thức sau: N= t R2 t R2 t R2 = 5.54 = 16 σ t2 W0,5 Wh (10) • Độ phân giải (R): Độ phân giải (R) nói lên mức độ tách cấu tử khỏi phép tách sắc kí.Hai cấu tử tách khỏi triệt để độ phân giải cao.Độ phân giải đánh giá qua đại lượng đặc trưng riêng thời gian lưu độ rộng pic Dựa vào thông số hiển thị sắc đồ, độ phân giải (R) tính theo biểu thức: R= (t R − t R1 ) 1,177(t R − t R1 ) = = Wh1 + Wh W0,51 + W0 ,52 (11) Giá trị R nhỏ khả phân giải hai cấu tử thấp Thực nghiệm tiến hành tách, xác định với giá trị R thấp 0,5 Giá trị R lý tưởng khoảng – 1,5 Với R>1,5 khả tách tốt đòi hỏi nhiều thời gian Độ phân giải R phụ thuộc vào thông số k’, độ chọn lọc α số đĩa N cột tách Trang 7/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng R= N α − k '2 α + k '2 (12) Để tăng độ phân giải R, ta có thể: - Tăng giá trị khả tách k’, k’ phụ thuộc vào chất pha động, tức phụ thuộc vào nồng độ, lực ion chất cột - Tăng số đĩa lý thuyết, tăng độ phân giải Tuy nhiên thời gian phân tích phải kéo dài làm chậm tốc độ dòng - Tăng độ chọn lọc α Là phương pháp hiệu nhất, thực cách chọn cột thích hợp thay đổi thành phần dung dịch giải hấp phụ Các lực liên kết hệ sắc Trong hệ sắc có thành phần chủ yếu định tồn tài hệ: chất phân tích, pha tĩnh pha động Chúng tương tác với nhau, tạo nên phân bố cần thiết, giúp cho di chuyển chất phân tích dọc theo chiều dài cột với tốc độ khác Vấn đề thành phần tương tác nào, lực liên kết mà kết chất phân tích phân bố vào pha tĩnh mức độ khác Đó chất thành phần hệ sắc nói Chất phân tích ion, phân tử trung hòa hay chất phân cực; Đối tượng tác động ion, phân tử trung hòa hay chất phân cực.Từ chúng tương tác với lực liên kết khác Người ta chia lực liên kết thành loại: 5.1 Lực liên kết ion Trên bề mặt pha tĩnh có trung tâm hoạt động ion, phân tử có khả phân ly tạo thành ion, tạo nên trung tâm hoạt động ion Chúng tham gia liên kết với ion chất phân tích dung dịch theo lực tương tác tĩnh điện gọi liên kết ion Để giữ anion chất phân tích, pha tĩnh cần có trung tâm cation bề mặt, ngược lại, để giữ cation chất phân tích bề mặt pha tĩnh cần có trung tâm anion Tương tự, pha động có trung tâm hoạt động ion, chúng tham gia tương tác với pha tĩnh chất phân tích 5.2 Lực phân cực Trong phân tử chất phân tích, chất rửa giải pha động phân tử bề mặt pha tĩnh có trung tâm phân cực Chúng lưỡng cực điện cố định, lưỡng cực điện cảm ứng Chúng tham gia liên kết với Trang 8/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng phân tử phân cực khác lực liên kết phân cực.Sự phân cực phân tử nhỏ chênh lệch độ phân cực nhỏ.Tuy nhiên chênh lệch yếu tố quan trọng để độ bền liên kết khác nhau, điều cần thiết để phân chia chúng phép tách sắc Ví dụ: chất đồng phân o-, m-, p-cresol khác vị trí nhóm –CH3 phân tử Chính khác biệt làm cho mật độ electron phân tử cresol khác nhau, tạo nên khác biệt độ phân cực, làm cho lực liên kết với pha tĩnh khác nhau, từ có chệnh lệch thời gian lưu trình sắc 5.3 Lực phân tán Lực có chất điện, nhiên cực điện trog mạng lưới phân tử, không liên quan tới phân tử lưỡng cực cảm ứng hay cố định.Tương tác phân tán điển hình mạch hiđrocacbon, tương tác phân tử Ví dụ: n-heptan chất lỏng khí tương tác phân tử lực phân tán đủ lớn để giữ chất trạng thái lỏng Để tách hiđrocacbon người ta dùng hiđrocacbon khác làm pha tĩnh 5.4 Lực tương tác đặc biệt Lực tương tác đặc biệt lực tạo thành liên kết hiđro, liên kết cho-nhận mà có Như vậy, lực tương tác phân tử hệ sắc gồm: lực ion, lực phân cực, lực phân tán lực tương tác đặc biệt Các lực chất khác có giá trị khác định trình sắc Các cách tiến hành phân tích sắc Tùy thuộc chế độ đưa mẫu vào hệ thống sắc thao tác tiến hành sắc kí, người ta chia cách tiến hành sắc thành loại: 6.1 Phương pháp tiền lưu Đây phương pháp sắc đơn giản Người ta cho hỗn hợp (ví dụ gồm chất A B) liên tục chảy qua cột có nạp sẵn chất hấp phụ Người ta xác định nồng độ cấu tử dung dịch chảy khỏi cột xây dựng đồ thị theo hệ tọa độ: nồng độ cấu tử- thể tích dung dịch chảy qua cột Đồ thị thường gọi sắc đồ (đường cong thoát) Do cấu tử bị hấp phụ lên cột, nên trước hết từ cột chảy dung môi Sau dung dịch thoát có cấu tử bị hấp phụ yếu cột (ví dụ cấu tử A), sau đến phần dung dịch chứa hỗn hợp A + B Do mà phương pháp tiền lưu không Trang 9/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng cho phép tách hoàn toàn cấu tử khỏi nên thực tế dùng vào mục đích phân tích chất 6.2 Phương pháp rửa giải Trong phương pháp rửa giải, người ta cho v (ml) dung dịch chứa hỗn hợp cấu tử (ví dụ gồm chất A B, A có lực với cột nhỏ B) chạy qua cột Các cấu tử A b v (ml) trước hết bị giữ lại phần cột Sau cho dung dịch rửa (thường dung môi hòa tan cấu tử không bị pha tĩnh hấp phụ) chảy qua cột Lúc cấu tử bị giữ phần cột bị dung môi “rửa” đưa dần xuống phía Cấu tử A có lực với cột nhỏ B nên chuyển động xuống phía nhanh B Nếu cột đủ dài chế độ chảy dung dịch rửa thích hợp sau thời gian cho chảy dung dịch rửa, cấu tử tách thành vùng, vùng thoát khỏi cột, vùng lại cách phần dung môi Sau trình tách có giảm nồng độ cấu tử 6.3 Phương pháp rửa đẩy Trong phương pháp rửa đẩy, sau đưa mẫu vào cột, ta cho chảy qua cột dung dịch rửa chứa chất có lực với pha tĩnh lớn cấu tử cần tách Các cấu tử cần tách bị chuyển dần xuống phía ta tiến hành trình rửa cột thoát khỏi cột Cấu tử thoát khỏi cột cấu tử tương tác với pha tĩnh yếu nhất, sau đến cấu tử có lực với cột mạnh dần Khác với phương pháp rửa giải, nồng độ cấu tử không giảm qua trình sắc Một nhược điểm quan trọng trình rửa đẩy khó phân biệt phần riên cấu tử dung dịch thoát, phần dung dịch thoát chứa cấu tử riêng tách khỏi thể tích dung dịch rửa xác định Cơ sở lý thuyết phương pháp sắc Ngoài chế hóa học xảy trình sắc , có nhiều thuyết mô tả cách hình thức trình phân tích sắc người ta ý đến phương pháp thuyết đĩa thuyết động học Dùng thuyết người ta giải thích tổng quát phân bố chất trình sắc 7.1 thuyết đĩa Phương pháp thuyết đĩa dùng để mô tả trình xảy cột chưng cất Đến năm 1942, Martin Singe đề nghị áp dụng thuyết đĩa vào trình chưng cất Trang 10/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Lần lượt giải ly cột từ dung môi không phân cực đến dung môi phân cực: thêm từ từ lần vài phần trăm dung môi có tính phân cực dung môi sử dụng Đôi khi, có nhiều kinh nghiệm, tùy trường hợp tăng nhanh Một phân đoạn trình bày bảng tổng kết sắc lớp mỏng lọ có kết giống nhau, lọ giải ly khỏi cột hệ dung môi 9.4 Lượng cao Các lọ gom lại với thu hồi dung môi máy cô quay chân không để tránh hư hại hợp chất nhiệt Cần tráng lọ với dung môi để không bị chất Lượng cao tính gam miligam Chỉ ngưng cột thu tổng lượng cao phân đoạn 70-80% trọng lượng mẫu nạp vào đầu cột Người ta thường dùng dung môi metanol để giải ly cột cuối để tổng kết phần sắc cột Trong thực tế, cao phân đoạn thường chứa nhiều nhầy nhựa, gồm nhiều chất có tính phân cực mạnh, sắc lớp mỏng có nhiều vết, khó cô lập chất tinh khiết 9.5 Sắc lớp mỏng Hệ dung môi cho sắc lớp mỏng, áp dụng cho phân đoạn, khác với hệ dung môi để giải ly phân đoạn khỏi cột silicagel dùng để nạp cột có cỡ hạt độ chặt chẽ khác với chất hấp thu silicagel dùng để tráng mỏng 9.6 Chọn phân đoạn để tiếp tục khảo sát Sắc cột lần đầu khó cho phân đoạn chứa chất tinh khiết nên phải sắc nhiều lần để thu hợp chất tinh khiết xác định cấu trúc hóa học Không thể khảo sát hết phân đoạn Tuy nhiên, nên chọn phân đoạn có lượng cao nhiều để sắc cột lần 2, lần 3, áp dụng phương pháp kết tinh phân đoạn, phương pháp kết tinh lại (recrystallization) sử dụng bột than hoạy tính Các chất thu được, trước gởi khảo sát cấu trúc háo học, cần phải kết tinh lại Trang 29/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Các phân đoạn có lượng cao ít, có sắc lớp mỏng cho nhiều vết, đành phải bỏ khó tiếp tục khảo sát Nếu cô lập chất tinh khiết không đủ lượng mẫu để khảo sát cấu trúc háo học phương pháp hóa đại (cần khoảng 30 mg) 10 Các phương pháp xác định cấu trúc hóa học hợp chất Chỉ nên tìm cách xác định cấu trúc hóa học hợp chất tinh khiết sau kết tinh lại nhiều lần dung môi phù hợp (độ tinh khiết 95%) Muốn kiểm tra hợp chất tinh khiết chưa, sử dụng sắc lớp mỏng với loại hệ dung ly khác hẳn cho vết nhất, dĩ nhiên Rf khác nhau, kết luận chất tinh khiết Trình bày kết khảo sát cấu trúc hóa học hợp chất sau: Đầu tiên cần nhắc lại hợp chất khảo sát thu từ phân đoạn sắc cột?, loại cao nào? Mô tả màu sắc dạng sản phẩm: dạng bột, dạng hình vảy, dạng hình kim, không màu có màu gì? Sắc lớp mỏng hệ dung ly gì? Với thuốc hình gì? Cho vết với Rf bao nhiêu? Điểm nóng chảy …0C (dung môi kết tinh lại) Năng lực triền quang: [α]D = … (c = …; dung môi đo) Khối phổ: Sử dụng thuật đo nào? Phân tích nguyên tố: gửi mẫu phải yêu cầu rõ cần phân tích nguyên tố nào? H% = …, C% = …, N% = …, … Phổ hồng ngoại IR: Phổ tử ngoại:λmax (chỉ đo hợp chất có chứa nôi đôi liên hợp) H-RMN: 13 C-RMN: Trang 30/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Cần so sánh với hợp chất có công bố tài liệu (lập bảng so sánh) Sauk hi biện luận tín hiệu loại phổ, so sánh với tài liệu, đề xuất cấu trúc hóa học hợp chất cô lập Cấu trúc phải đáp ứng tất tiêu chí nêu 11 Một vài thuật sắc cột khác: - Sắc cột khô (dry-column chromatography) : thuậy tương đồng với thuật sắc lớp mỏng điều chế - Sắc cột nhanh hay sắc chớp nhoáng (flash chromatography): Do W Clark Still đề nghị, 5-10 phút hỗn hợp mẫu chất từ 10mg đến 10g chứa hợp chất mà sắc lớp mỏng cho vết có ∆Rf ≥ 0,15 -Sắc nhanh cột khô (dry-column flash chromatography): thuật triển khai từ năm 1986 hai nhóm nhà Hóa học John C Coll S William Pelletier Hai ông đề nghị áp dụng mô hình sắc cho phòng thí nghiệm hạn hẹp trang thiết bị III SẮC LỚP MỎNG (THIN LAYER CHROMATOGRAPHY) Khái quát sắc lớp mỏng Sắclớp mỏng gọi sắc ký phẳng, dựa chủ yếu vào tượng hấp thu pha động dung môi hỗn hợp dung môi, di chuyển qua pha tĩnh chất hấp thu trơ : silicagel oxit alumin Pha tĩnh tráng thành lớp mỏng, điều, phủ lên phẳng kiến, nhôm plastic Do chất hấp thu tráng thành lớp mỏng nên phương pháp gọi phương pháp sắclớp mỏng ∗ Bình sắc ký : Một hũ, chậu, lọ…bằng thủy tinh, hình đa dạng, có nắp đậy ∗ Pha tĩnh : Một lớp mỏng khoảng 0.25mm loại chất hấp thu, thí dụ silica gel, oxit alumin …được tráng thành lớp mỏng, điều, phủ lên phẳng kiếng, nhôm hay plastic Chất hấp thu giá đỡ nhờ sulfat calci khan, tinh bột loại polymer hữu ∗ Pha động: Dung môi hỗn hợp hai dung môi, di chuyển chầm chậm dọc theo lớp mỏng lôi kéo mẫu chất theo Dung môi di chuyển lên cao nhờ tính mao quản Mỗi thành phần chất mẫu di chuyển với tốc độ khác nhau, phía sau mực dung môi Vận tốc di chuyển phụ thuộc vào lực tương Trang 31/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng tác tĩnh điện mà pha tĩnh muốn giữ mẫu chất lại pha tĩnh tùy vào độ hòa tan mẫu dung môi ∗ Mẫu cần phân tích: Mẫu cần phân tích thường hỗn hợp nhiều hợp chất với độ phân cực khác Sử dụng khoảng 1microlit dung dịch mẫu với độ loãng 2-5%, nhờ vi quản để chấm mẫu thành điểm gọn pha tĩnh, vị trí phía cao chút so với mặt thoáng chất lỏng chứa bình Nắp đậy bình sắc Pha tĩnh (chất hấp thu) Bình sắc Tấm lớp mỏng plastic nhôm Mẫu cần phân tích Pha động (Dung môi) Bình sắclớp mỏng Bảng III.3 Bảng so sánh kỹ sắclớp mỏng với kỹ thuật sắc khác Sắc lớp Sắc cột Sắc cột mỏng cổ điển chớp nhoáng Hấp thu Hấp thu Dung dịch Dung dịch Dung dịch mẫu có tính mẫu có tính mẫu có tính bay bay bay Cơ chế Hấp thu/ sắc phân chia Tính chất hợp chất đem phân tích Khả tách chất Đạt Thời gian V ài phút tách chất đến vài Sắc khí Sắc HPLC phân chia phân chia Khí M ẫu có tính hợp bay nhiều chất có tính hay điều bay phù hợp Trung bình Tốt Rất tốt Rất tốt Nhiều Vài mươi phút Vài phút Vài phút Trang 32/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Hiệu tách chất Rất tốt định tính Hiệu tách chất Có thể định lượng Cần sắc Cần sắc nhiều lần nhiều lần Cần sắc Cần sắc nhiều lần nhiều lần Rất tốt Rất tốt Khả tách lượng lớn mẫu Có thể Rất tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt Có thể khó Rất tốt Ưu điểm : + Chỉ cần lượng mẫu để phân tích + Có thể phân tích mẫu chất chuẩn đối chứng + Tất chất mẫu pphaan tích định vị sắc lớp mỏng Nhược điểm: Kỹ sắclớp mỏng mang tính chất định tính, khả tách chất hạn chế ∗ Sơ lược chất hấp thu pha tĩnh: • Silicagel : Là chất hấp thu sử dụng thông dụng Cấu tạo polimer ba chiều đơn vị tứ diện oxyd silicon SO2 ,H2O bề mặt hạt gel có lỗ rỗng Đây nhóm silanol OH HO HO Si OH HO Si O Lỗ rỗng Si OH O Trang 33/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Bản chất hóa học bề mặt silica gel nhóm silanol -OH, tâm hoạt động tạo nối higen mạnh hợp chất sắc ký (-OH, -COOH, -NH2…) có khả tạo nối hidro mạnh Với chất hấp thu silica gel oxyd alumin hợp chất phân cực di chuyển nhanh hợp chất phân cực di chuyển chậm (do tạo nối hydrogen) Muốn điều chỉnh hoạt tính silica gel cần thêm bớt nước Khi silica gel hấp thu nước, phân tử nước che khuất nhóm silinol làm hoạt tính silica gel bị giảm xuống Muốn silica gel tăng hoạt tính trở lại, cần đun nóng để loại nước Tuy nhiên đun nóng nhiệt độ cao 400-500oC, hoạt tính silica gel bị biến mất, hai nhóm silanol kề bị phân tử nước tạo thành nối eter SiOH 400-500oC SiOH Si Si O • Cơ chế oxyd alumin tương tự Chuẩn bị trước tiến hành sắc lớp mỏng 2.1 Chuẩn bị vi quản Vi quản ống thủy tinh có đường kính phải nhỏ, khoảng 1-2mm, đầu vuốt nhọn (có bán sẵn thị trường) Dùng lọ thủy tinh nhỏ, chứa acetone dùng để rửa vi quản Khi acetone lọ hết châm thêm Lọ có nắp nhựa.Soi thủng nắp nhựa cho vừa lọt óng vi quản Khi cần chấm mẫu, rút vi quản khỏi lọ acetone, dí nhẹ đầu vi quản lên tờ giấy thấm để hút bỏ acetone ống nhúng đầu vi quản vào dung dịch mẫu cần sắc ký để chấm lên bảng sắc ký Tiếp theo muốn dùng vi quản để chấm vào dung dịch mẫu thứ nhì rửa ống vi quản vài lần với acetone 2.2 Chấm mẫu lên mỏng: Chuẩn bị mỏng: Với dung để theo dõi sắccột tiếc kiệm với chiều dài 5cm Với mỏng dung để đo Rf, để sau công bố kết quả, nên có chiều dài 10 cm Dùng bút chì để vạch nhệ mức xuất phất mức tiền tuyến dung môi Trang 34/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng - 0.5cm Tiền tuyến dm 10cm Mức xuất phát - 1cm Chuẩn bị dung dịch mẫu: Với mẫu chất lỏng chấm trực tiếp lên bảng mỏng; trường hợp dung dịch sệt pha loãng mẫu Với mẫu chất rắn hòa tan hoàn toàn mẫu vào dung môi hữu phù hợp với nồng độ 2-5%; dung môi hòa tan mẫu không thiết dung môi giải ly Chấm dung dịch mẫu: Nhờ vi quản đặt dung dịch mẫu lên bề mặt sắclớp mỏng cách thận trọng, tránh không làm lũng bề mặt bảng mỏng Thao tác : cầm vi quản nhúng vào dung dịch mẫu, lực mao dẫn tự hút dung dịch lên vi quản, đặt vi quản chạm nhẹ lên bề mặt lớp mỏng, dung dịch ống chảy thấm lên lớp mỏng Phải nhanh chống vi quản rời khỏi lớp mỏng, để vết chấm lan rộng thành vết tròn có đường kính 2-5cm Sau chấm hoàn tất, dùng máy sấy nhẹ để dung môi bay khỏi vết chấm nhúng vào dung dịch giải ly Nếu cần khảo sát nhiều mẫu bảng mỏng, dung dịch mẫu chấm cách 1cm Khi dung môi lên tới đầu bản, không nên để lâu bình; khuếh tán bay dung môi làm vết vừa tách bị trãi dài Giải ly mỏng Chuẩn bị bình có kích thươc lớn mỏng chút Kích thước bình lượng dung môi giải ly ảnh hưởng đến giá trị Rf Cần sử dụng bình có kích thước nhỏ Cho dung môi hỗn hợp dung môi bảng mỏng có chấm mẫu vào bình (chú ý : mẫu không ngập vào dung môi) Các kỹ thuật giải ly bảng mỏng: có nhiều phương pháp giải ly sắclớp mỏng Trang 35/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng a) Giải ly để dung môi giải ly di chuyển xuống: Máng chứa dm giải ly Các vết chấm mẫu Tấm bảng mỏng Sau bình bão hòa dung môi, người ta đặt mỏng vào bình triển khai, vết chấm mẫu cao, gần với nắp đậy bình Ở phía cao bình có máng nhỏ chứa dung môi giải ly Người ta cho tờ giấy lọc (có chiều ngang lớp mỏng) vắt ngang từ máng qua lớp mỏng, để dung môi từ máng di chuyển xuống thấp b) Giải ly để dung môi giải ly di chuyển lên: Nắp bình sắc ký Các vết chấm mẫu bảng mỏng Sau bình bão hòa dung môi, người ta đặt mỏng vào bình triển khai, vết chấm mẫu cạnh đáy bình Cạnh đáy lớp mỏng ngập vào dung dịch giải ly khoảng 0,5cm Lưu ý: vết mẫu không ngập vào dung môi giải ly, mẫu khuếch tán vào dung môi Các vết phải cách mặt thoáng dung môi khoảng 0,5cm; nghĩa vết mẫu chấm cách bờ cạnh khoảng 1cm c) Giải ly nhiều lần liên tiếp: Kỹ thuật để tách mẫu chứa hợp chất có giá trị Rf sát nhau, thực giải ly nhiều lần liên tiếp với loại dung môi chọn Trang 36/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Tách lần - Tách lần Tách lần d) Giải ly hai chiều: Kỹ thuật triễn khai hai chiều phù hợp mẫu hỗn hợp nhiều nhóm hợp chất có tính chất khác (và nhóm có chứa nhiều hợp chất có tính chất gần giống nhau) Kỹ thuật giải ly hai chiều: Chấm mẫu lên mỏng Bản giải ly lần với hệ dm X Xoay 90o Bảnđược giải ly lần với hệ dm Y - Quan sát mỏng ta thấy: Lần giải ly mỏng đầu tiên, tách cho thấy hỗn hợp có chứa năm hợp chất Lần giải ly thứ nhì cho thấy số vết lần tách lại tiếp tục tách thêm số chất hỗn hợp có chứa đến chín hợp chất Hiện hình vết sau giải ly Phương pháp vật lý: • Đèn chiếu UV 250 nm: Ánh sang để nhận hợp chất hấp hấp thu tia UV Các hợp chất tạo thành vết có màu tối sẫm Trang 37/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng • Đèn chiếu tia UV 366nm: Ánh sang dung để phát hợp chất có phát huỳnh quang Các vết chất mẫu có màu sang mỏng sẫm màu Phương pháp hóa học: Phương pháp hóa học phát vết thuốc thử, cách hòa thuốc thử vào dung môi thích hợp phung xịt thuốc thử lên bảng mỏng.Thuốc thử kết hợp với hợp chất để tạo dẫn xuất có màu Có hai loại: thuốc thử đặc trưng thuốc thử không đặc trưng • Thuốc thử đặc trưng: Nó tác dụng với nhóm chất có chứa nhóm chất hóa học đặc biệt, tạo vết có màu đặc trưng Thí dụ: thuốc thử dinitrophenylhdrazin tác dụng với hợp chất có chứa nhóm cacbonyl để tạo màu đỏ đậm • Thuốc thử không đặc trưng: Khi tạo vết có màu với hầu hết tất loại hợp chất hưu cơ, thí dụ iod, acid sunfuric…chất thị phát huỳnh quang Một vài thuốc thử đặc trưng để nhận biết màu vài loại hợp chất hữu cơ: + Các loại hydrocacbon: Để phát tất loại hợp chất hydrocacbon, sử dụng thuốc thử vạn KMnO4/H2SO4(chỉ pha lượng nhỏ dung dịch lượng lớn gây nổ), thuốc thử cho vết mẫu màu trắng mỏng màu hồng + Các halogenalcan: Được phát dung dịch AgNO3 Dung dịch thuốc thử tạo với mẫu halogenur bạc, tác dụng ánh sáng, vết biến thành màu sậm + Các nhóm cacbonyl: Dung dịch thuốc thử 2,4- dinitrophenylhdrazin tác dụng với nhóm cacbonyl tạo thành dẫn xuất 2,4- dinitrophenylhdrazon cho vết màu vàng đến cam, đỏ tùy cấu trúc hợp chất chứa nhóm cacbonyl Phun xịt thuốc thử lên mỏng: Có thể thực theo cách: • Phun xịt mỏng bình phun xịt: Trang 38/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng + Ưu điểm: Dung dịch thuốc thử sử dụng với lượng vừa đủ để tạo phản ứng màu với hợp chất mỏng + Nhược điểm: Cần có thao tác khéo léo chuyên nghiệp không dung dịch thuốc thử phủ lên mỏng không điều khó nhìn thấy vết • Nhúng mỏng vào lọ có chứa dung dịch thuốc thử: + Ưu điểm: Dung dịch phủ lên toàn bề mặt mỏng + Nhược điểm: Các mẫu nằm mỏng, gặp lượng lớn thuốc thử bị hòa tan vào thuốc thử bị biến khỏi mỏng Ngoài ra, lượng nhỏ silica gel bị rơi vào dung dịch sau thời gian thay dung dịch Các ứng dụng sắc lớp mỏng • Đo giá trị Rf: - 0.5cm Tiền tuyến dm b = 8.5cm a = 3,75cm - Rf = Rf = a b a b = = Mức xuất phát Đoạn đường di chuyển mẫu chất Đoạn đường di chuyển dung môi 3,75cm 8,5cm = 0,4411 = 0,44 • Để kiểm tra xem hai hợp chất có giống (là chất?) A vết mẫu chuẩn biết rõ cấu trúc hóa học B vết mẫu nghiên cứu Trang 39/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Eter dầu hỏa: Chloroform(2:8) Chloroform: Etylacetat(1:1) Chloroform: Methanol(9:1) A B A B A B A B Để kết luận hai hợp chất có giống hay không, phải thỏa mãn hai điều kiện sau: + Về giá trị Rf: Cả ba phải có hai vết với Rf giống + Về màu sắc hai vết loại thuốc thử phải giống • Để tìm hiểu sơ tính chất mẫu chất cần khảo sát : + Biết số hợp chất có mẫu ban đầu + Để kiểm tra độ tinh khiết mẫu hợp chất + Biế sơ thành phần phần trăm hợp chất mẫu ban đầu + Biết sơ tính phân cực thành phần hợp chất có mẫu Trang 40/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Châu (chủ biên), Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi, Cơ Sở Hóa Học Phân Tích, NXB Khoa Học Thuật, 2007 [2] Lâm Ngọc Thụy, Giáo trình Hóa học phân tích công cụ, NXBĐại học Nông Nghiệp Hà Nội, 2002 [3] Nguyễn Kim Phi Phụng, Phương pháp cô lập hợp chất Hữu cơ, NXBĐại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2005 Trang 41/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng Mục Lục I I LÝ THUYẾT CHUNG VỀ SẮC 1 Khái niệm đặc điểm chung phương pháp sắc 1.1 Khái niệm 1.2 Đặc diểm chung Cơ sở phương pháp sắc Phân loại phương pháp sắc Pic sắc thông số đặc trưng sắc 4.1 Pic sắc 4.2 Các thông số đặc trưng phương pháp sắc sau Các lực liên kết hệ sắc 5.1 Lực liên kết ion 5.2 Lực phân cực 5.3 Lực phân tán 5.4 Lực tương tác đặc biệt Các cách tiến hành phân tích sắc 6.1 Phương pháp tiền lưu 6.2 Phương pháp rửa giải 10 6.3 Phương pháp rửa đẩy 10 Cơ sở lý thuyết phương pháp sắc 10 7.1 thuyết đĩa 10 7.2 thuyết động học 12 Các thiết bị dùng phương pháp sắc 13 Các ứng dụng chung phương pháp sắc 15 10 II Sơ đồ tách phân tích 16 SẮC CỘT (COLUMN CHROMATOGRAPHY) 16 Lựa chọn chất hấp thu dung môi để khởi đầu giải ly 17 1.1 Chọn chất hấp thu để nhồi cột 17 1.2 Chọn dung môi bắt đầu cho trình sắc cột 18 Tỉ lệ lượng mẫu chất cần tách kích thước cột 19 2.1 Tỉ lệ lượng mẫu chất cần tách lượng chất hấp thu sử dụng 19 2.2 Tỉ lệ chiều cao chất hấp thu cột đường kính cột sắc 19 Nạp chất hấp thu vào cột 19 3.1 Nạp chất hấp thu dạng sệt vào cột 19 3.2 Nạp chất hấp thu dạng khô vào cột 21 Đặt mẫu chất cần tách lên đầu cột sắc 21 4.1 Nạp mẫu chất dạng dung dịch 21 Trang 42/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - thuyết chung sắc kí-Sắc cột-Sắc lớp mỏng 4.2 Nạp mẫu chất dạng bột khô 22 Các thuật giải ly chất khỏi cột 23 5.1 Nhờ vào trọng lực (trong thuật sắc cổ điển) 23 5.2 Sử dụng lực đẩy (trong sắc chớp nhoáng) 23 5.3 Sử dụng lực hút (trong sắc nhanh – cột khô) 24 Dung môi giải ly thuật tăng dần tính phân cực cho dung môi giải ly 25 6.1 Giải ly sử dụng dung môi đơn nồng độ (isocratic) 25 6.2 Giải ly có nồng độ tăng theo kiểu bậc thang (stepwise) 25 6.3 Giải ly với nồng độ tăng dần tuyến tính (gradient) 26 Vận tốc giải ly 27 Theo dõi trình giải ly cột 27 Tổng kết trình sắc cột 28 9.1 Thứ tự lọ hứng dung dịch giải ly 28 9.2 Tên phân đoạn 28 9.3 Dung môi giải ly cột 28 9.4 Lượng cao 29 9.5 Sắc lớp mỏng 29 9.6 Chọn phân đoạn để tiếp tục khảo sát 29 10 Các phương pháp xác định cấu trúc hóa học hợp chất 30 11 Một vài thuật sắc cột khác: 31 III SẮC LỚP MỎNG (THIN LAYER CHROMATOGRAPHY) 31 Khái quát sắc lớp mỏng 31 Chuẩn bị trước tiến hành sắc lớp mỏng 34 2.1 Chuẩn bị vi quản 34 2.2 Chấm mẫu lên mỏng: 34 Giải ly mỏng 35 Hiện hình vết sau giải ly 37 Các ứng dụng sắc lớp mỏng 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 Trang 43/43 ... đặc trưng phân tích sắc kí Tín hiệu đo phụ thuộc vào detector Trang 3/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - Lí thuyết chung sắc kí -Sắc kí cột -Sắc kí lớp mỏng Trong phương pháp phân tích sắc kí, người.. .Phương pháp Phân Tích Công Cụ - Lí thuyết chung sắc kí -Sắc kí cột -Sắc kí lớp mỏng Cơ sở phương pháp sắc kí Phương pháp sắc kí dựa vào phân bố khác chất hai pha động... Trang 10/43 Phương pháp Phân Tích Công Cụ - Lí thuyết chung sắc kí -Sắc kí cột -Sắc kí lớp mỏng Theo lí thuyết đĩa, người ta tưởng tượng chia cột sắc kí theo chiều dọc cột thành nhiều lớp, lớp gọi

Ngày đăng: 14/07/2017, 18:17

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan