Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu về phương pháp sắc ký trao đổi ion
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM BỘ MƠN: PHÂN TÍCH THỰC PHẨM TIỂU LUẬN Giảng viên hướng dẫn: Lớp: NGUYỄN ĐỨC VƯỢNG ĐHTP TLT Tp HCM, tháng 11 năm 2011 VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM GVHD: NGUYỄN ĐỨC VƯỢNG BỘ MƠN: PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG ― ― TIỂU LUẬN: DANH SÁCH NHÓM STT 10 11 12 13 THÀNH VIÊN MSSV NHIỆM VỤ Nguyễn Lê Thảo Hoàng Cáp Thị Thanh Huyền Phạm Thị Lang Mai Thị Cẩm Nhung Nguyễn Thị Hồng Nhung Nguyễn Phước Quang Đinh Quang Thành Đỗ Tấn Thạnh Hồ Huỳnh Phước Thắng Trần Quốc Thắng Bùi Thị Kim Thoa Hà Thanh Tú Nguyễn Thị Thùy Vân 10320561 10378431 10347691 10369471 10318501 10321621 10347681 10323171 10312591 10353351 10345141 10323591 10319101 Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tổng hợp nội dung, chỉnh sửa nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tìm kiêm nội dung Tp HCM, tháng 11 năm 2011 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian thực tiểu luận với chủ đề “TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION” giúp chúng em hiểu sâu phương pháp Sắc ký trao đổi ion Phân tích định lượng ngành Hóa học ngành cơng nghệ thực phẩm, phương pháp phân tích thực phẩm sắc ký trao đổi ion; đồng thời giúp nâng cao kỹ cần thiết làm tiểu luận Để có điều nhờ giúp đỡ người Chúng em xin chân thành cám ơn: Trường ĐH Công Nghiệp HCM tạo điều kiện cho chúng em tốt nghiệp tiếp tục học liên thông lên Đại học Viện CN Sinh Học Và Thực Phẩm cung cấp tài liệu học tập mơn “Phân tích thực phẩm” đến chúng em để dùng làm sở thực tiểu luận Thầy: Nguyễn Đức Vượng tận tình hướng dẫn cho lớp nói chung nhóm chúng em nói riêng để hồn thành trọn vẹn tiểu luận Gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ Tp HCM, tháng 11 năm 2011 Nhóm: Sắc ký trao đổi ion MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .3 PHẦN A MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHẦN B NỘI DUNG .8 Chương GIỚI THIỆU VỀ SẮC KÝ .8 1.1 TỔNG QUAN VỀ SẮC KÝ 1.1.1 Vài nét lịch sử .8 1.1.2 Dịnh nghĩa 1.2 PHÂN LOẠI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SẮC KÝ 1.2.1 Phân loại theo hệ pha 1.2.2 phân loại theo chế tách 10 1.2.2.1 Sắc ký hấp thụ 10 1.2.2.2 Sắc ký phân bố lỏng - lỏng .10 1.2.2.3 Sắc ký ion ( trao đổi ion) 10 1.2.2.4 Sắc ký rây phân tử (sắc ký loại cở) 10 1.2.3 phân loại theo cách hình thành sắc đồ 11 1.2.3.1 phân tích tiền lưu 11 1.2.3.2 phân tích đẩy .11 1.2.3.3 Phân tích rửa giải 12 1.3 CÁC LỰC LIÊN KẾT TRONG SẮC KÝ 13 1.3.1 Lực liên kết ion 13 1.3.2 Lực phân cực .13 1.3.3 Lực Van - de - Van (lực phân tán) .14 1.3.4 Lực tương tác đặc biệt 14 1.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA BA THÀNH PHẦN TRONG HỆ SÁC KÝ 14 1.5 MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG DÙNG TRONG SẮC KÝ 16 1.5.1 Hệ số phân bố KD cách xác định 16 1.5.2 Sự liên hệ tốc độ di chuyển chất phân tích KD 17 1.5.3 Thời gian lưu tR, thời gian lưu hiệu chỉnh tR’ 17 1.5.4 Thể tích lưu Vm, thể tích lưu hiệu chỉnh .18 1.5.5 Hệ số tách α (còn gọi hệ số lưu giữ tương đối) 18 1.5.6 Sắc đồ 18 1.5.7 Đĩa lý thuyết 19 1.5.7.1 Khái niệm đĩa lý thuyết .19 1.5.7.2 Đĩa lý thuyết có tính thời gian khơng lưu giữ, nef .20 1.5.8 Độ phân giải cách làm tăng độ phân giải 20 1.5.8.1 Độ phân giải .20 1.5.8.2 Cách làm tăng độ phân giải .21 Chương SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION .24 2.1 KHÁI QUÁT VỀ SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 24 2.2 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 25 2.2.1 Ionit .26 2.2.1.1 Nhựa trao đổi ion 26 2.2.1.2 Cationit .27 2.2.1.3 Anionit .28 2.2.1.4 Ionit lưỡng tính 29 2.2.2 Cơ chế trao đổi ion 29 2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG .31 2.4 THIẾT BỊ ỨNG DỤNG 31 2.4.1 Một số thiết bị sắc ký trao dổi ion dùng phòng thí nghiệm 31 2.4.2 Ứng dụng sắc ký trao dổi ion phân tích định lượng 33 2.5 SO SÁNH VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC VÀ TỐI ƯU HÓA SẮC KÝ TRAO ĐỎI ION 34 2.5.1 Điểm giống 34 2.5.2 Điểm khác 34 2.5.3 Tối ưu hóa sắc ký trao đổi ion 35 PHẦN C TÀI LIỆU THAM KHẢO .37 PHẦN A MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày với pháp triển nhanh khoa học công nghệ thực phẩm, tạo nhiều tạo nhiều sản phẩm thực phẩm vời nhiều chủng loại khác để đáp ứng nhu cầu ngày cao người Có nhiều loại thực phẩm dễ bị hư hỏng để kéo dài thời gian bảo quản,… để đạt dược nguồn nguyên liệu hay sản phẩm mong muốn cần sử dụng chất bảo quản hay thuốc bảo vệ thực vật, có nhiều người ta sử dụng vượt nồng độ cho phép gây ảnh hưởng xấu đến người tiêu dùng, thiệt hại lớn đến doanh nghiệp, tổn thất kinh tế Quốc gia Sự đời phát triển ngành phân tích thực phẩm dã tạo nhiều thiết bị phân tich nhanh xác cung giải phần đố vấn đề Vì thế, nhóm chúng em định chọn mảng “phân tích thực phẩm phương pháp sắc ký”, kết hợp với phương pháp trao đổi ion để thực nghiên cứu đề tài hồn chỉnh, là: “Tìm hiểu phương pháp sắc ký trao đổi ion” MỤC ĐÍCH, U CẦU: Mục đích: - Để tìm hiểu chung phân tích thực phẩm phương pháp sắc ký - Để tìm hiểu chất, yếu tố ảnh hưởng, thiết bị ứng dụng so sánh với phương pháp khác từ nhằm khắc phục nhược điểm hạn chế phương pháp sắc ký trao đổi ion để nâng cao tính khả dụng phương pháp Yêu cầu: - Vận dụng side giảng thầy Nguyễn Đức Vượng, sách tài liệu từ nhiều nguồn chuyên phân tích thực phẩm sắc ký trao đổi ion để nghiên cứu phương pháp ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: - Bản chất trình sắc ký trao đổi ion - Các yếu tố ảnh hưởng - Thiết bị ứng dụng phương pháp - So sánh với phương pháp phân tích thực phẩm khác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: - Tìm kiếm nội dung từ nhiều nguồn - Tập hợp nội dung - Biên tập lại thành hoàn chỉnh -… PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Bài tiểu luận nghiên cứu thực khoảng tuần, thực trường ĐH Công Nghiệp HCM - Thông tin tiểu luận sưu tầm từ nhiều nguồn KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: - Làm rõ chất, chế trình - Tìm hiều sâu sắc khý trao đổi ion - Tìm yếu tố ảnh hưởng đến trình - Nêu ứng dụng thiết bị chuyên ngành phân tích thực phẩm - So sánh ưu nhược điểm với phương pháp khác - Đề biện pháp cho tối ưu hóa sắc ký trao đổi ion PHẦN B NỘI DUNG Chương GIỚI THIỆU VỀ SẮC KÝ 1.1 TỔNG QUAN VỀ SẮC KÝ 1.1.1 Vài nét lịch sử Phương pháp sắc ký phát triển vào năm 1903 nhà thực vật hoc người Nga Michael C.Txvet.Ông thực người có cơng tìm phương pháp, giải vấn đề tách chất có tính chất giống theo chế độc đáo, hoàn toàn khác với phương pháp tách có trước đây, nhiên phát bị lãng quên nhiều năm Năm 1941, Martin Synge phát triển sắc ký phân bố giấy đưa lý thuyết đĩa để giải thích q trình sắc ký, tác giả ứng dụng để tách ancaloit từ thuốc phục vụ cho chế tạo dược phẩm Do có cơng việc phát triển lý thuyết phương pháp năm 1952 hai ông nhận giải thưởng Nobel hoá học Cũng từ năm 1952 máy sắc ký đời tỏ có ưu có hiệu tách cao Cột mao quản detectơ sau cải tiến tăng độ phân giải độ nhạy phương pháp người ta phân tích chất có hàm lượng nhỏ cở ppm ppb Từ phương pháp phát triển nhanh, ứng dụng nhiều thực tế Về sắc ký lỏng kỹ thuật phát từ năm 1970 làm tăng hiệu tách sắc ký lỏng hiệu cao (high performance lipuid chromatography- HPLC): Chất nhồi cột cải tiến, máy tính thiết bị vào bổ trợ đưa vào, tăng cường khả phương pháp Ngày kỹ thuật ghép nối sắc ký phương pháp khác áp dụng Đó kỹ thuật ghép nối sắc ký khối phổ ( GC-MS, GC-MS) sắc ký cộng hưởng hạt nhân, sắc ký đa chiều, sắc ký điện mao quản (CEC) Phương pháp có độ xác độ nhạy cao, phân tích nhiều đối tượng phức tạp 1.1.2 Dịnh nghĩa Sắc ký trình tách dựa phân bố liên tục cấu tử chất phân tích hai pha: pha thường đứng n có khả hấp thụ chất phân tích gọi pha tĩnh, pha di chuyển qua pha tĩnh gọi lạ pha động; cấu tử chất phân tích có lực khác với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác tách khỏi 1.2 PHÂN LOẠI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SẮC KÝ 1.2.1 Phân loại theo hệ pha Phương pháp nhiều người quan tâm, phương pháp phân loại đơn giản theo hệ pha tức chất phân tích phân bố hai pha gì? Sơ đồ phân loại phương pháp sắc ký: hệ pha Cơ chế 10 Cm số chuyển khối chất phân tích pha động, phụ thuộc vào pha động, xác định theo biểu thức: Cm = βdp2/Dm (24) β hệ số thực nghiệm có giá trị từ 0,5- Dm hệ số khuếch tán chất phân tích pha động Tổng hợp lại H có biểu thức tổng quát là: H = 2λdp + 2γDm/u + (Kdf2/Ds + βdf2/Dm)/u (25) Phương trình viết tắt là: H = A+B/u +Cu (26) Trong thực tế tính gần H= 3-4dp Để xét cực tiểu chiều cao đĩa lý thuyết lấy đạo hàm phương trình Van Deemter ta có: H’= -B/u2 +C, cực tiểu H’=0 => utư = 24 B C Chương SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 2.1 KHÁI QUÁT VỀ SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION Sắc ký trao đổi ion (IC) phần sắc ký lỏng (LC) Theo Liên minh Quốc tế Cơ Ứng dụng Hóa học (IUPAC) sắc ký trao đổi ion định nghĩa sau: "Sắc ký trao đổi ion dựa khác biệt phân tử gần tao đổi ion với chất phân tích Nếu ion vơ tách phát máy đo độ dẫn tia UV phát gián tiếp sau gọi sắc ký ion" Vì vài lý mà định nghĩa không sử dụng Kỹ thuật phát cần xem xét riêng biệt từ chế phân tách có Ngồi ra, hạn chế sắc ký ion ion vơ khó hiểu thực tế sử dụng hệ thống cho hữu ion vô tách xác định lúc Một định nghĩa tổng quát phù hợp để xác định ion sắc ký: “Ion sắc ký bao gồm tất phân tách sắc ký lỏng nhanh chóng ion cột trực tuyến với phát định lượng dòng chảy thơng qua máy dị” Định nghĩa đặc trưng cho sắc ký ion không phân biệt chế tách phát phương pháp thời gian định Sau nguyên tắc phân tách áp dụng sắc ký trao đổi ion: • trao đổi ion • hình thành cặp ion • ion loại trừ Phương pháp sắc ký xác định chế tách tĩnh tách động sử dụng Ngày sắc ký trao đổi ion đơn giản gọi sắc ký ion (IC), cặp sắc ký ion (IPC) sắc ký ion loại trừ (IEC) coi ứng dụng chuyên sâu Sắc ký trao đổi Ion (IC) trình cho phép phân tách ion hay phân tử phân cực dựa tính 25 chất chúng Hiện nay, Việt Nam có nhiều hệ thống sắc kí ion nhiều hãng tiếng khác Đối với hệ Metrohm, miền Bắc có nhiều Viện nghiên cứu, Trung Tâm, sử dụng máy 881, 882, 861, Thành phố Hồ Chí Minh, có Trung Tâm Dịch Vụ Phân Tích Thí Nghiệm sử dụng 850 IC professional Đây hệ thống phân tích Ion có nhiều ưu điểm tiện lợi cho phân tích viên: - Phân tích Cation - Phân tích Anion - Phân tích hợp chất: polyphosphate, tripolyphosphate, choline, Khả phân tích ppb - ppm - % Độ xác cao Đi kèm với phần mềm MagicNet dễ dàng sử dụng Sắc ký trao đổi ion dựa tượng trao đổi thuận nghịch ion linh động pha tĩnh rắn với ion DD phân tích, cho DD qua cột nạp đầy pha tĩnh Các pha tĩnh trường hợp gọi chất trao đổi ion 2.2 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION Sắc ký trao đổ ion dựa tượng trao đổi thuận nghịch ion linh động phân tử tĩnh rắn với ion dung dịch phân tích, cho dung dịch qua cột nặp đầy pha tĩnh Các pha tĩnh trường hợp gọi chất trao đổi ion, chất trình phân tách lực khác ion dung dịch trung tâm trao đổi ion ( nhóm chứa ion) ionit Sắc ký trao đổi ion (IC) dựa phản ứng hóa học stoichiometric ion mạng lưới chất rắn thơng thường mang theo nhóm chức mà sửa chữa ion kết điện cực Trong trường hợp đơn giản sắc ký cation nhóm axit sulfonic, anion sắc ký amoni nhóm bậc bốn Trong ion lý thuyết với chất trao đổi hoàn toàn thuận nghịch hai giai đoạn Quá trình trao đổi ion dẫn đến điều kiện cân Trao đổi Ion thông thường bao gồm giai đoạn vững bề mặt có nhóm ion cố định Bởi điều kiện electroneutrality ln ln có điện tích trái dấu nhận ion vùng lân cận nhóm chức Ion nhận thường bắt nguồn từ giai đoạn di động cịn gọi eluent ion Nếu mẫu bổ sung, có hai ion chất phân tích A- B- sau thời gian ngắn thay eluent ion E- giữ lại cố định trước chúng trao đổi ion eluent Đối với anion sắc ký kết cân thể hồi phục sau đây: (1) 26 (2) 2.2.1 Ionit Ionit hộp chất polymer vô hữu khơng tan có chứa nhóm hoạt động, bao gồm ionit vơ tụ nhiên (nhóm zeolite, nhóm đất sét, nhóm glauconit,…) ionit vơ tổng hợp (các xenlulose permunit, zeolite) hữu tự nhiên ionit hữu tổng hợp, gọi nhựa trao đổi ion Các ionit vô hữu tự nhiên sử dung thực tế có độ bền độ bền hóa khả trao đổi ion thấp sử dụng nhiều ionit hữu tổng hợp chức nhựa trao đổi ion 2.2.1.1 Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion cấu tạo hợp chất polymer hữu gồm sườn hydrocarbon có mang nhóm chất hoạt động nhóm chức nối với ion linh động lực hút tĩnh điện Có hai loại nựa chính: cation (nhựa trao đổi cation), anion (nhựa trao đổi anion) Ngồi cón có loại ionit đặc biệt ionit lưỡng tính (trao đổi anion cation) ionit có chứa nhóm tạo phức: Ionit chứa nhóm oxy hóa khí: ionit lỏng màng trao đổi ion + Tính chất vật lý nhựa Màu sắc: vàng, nâu, đen, thẩm Trong trình sử dụng nhựa, màu sắc nhựa hiệu lực thường thâm chút Hình thái: nhựa trao đổi ion thường dạng tròn Độ nở: đem nhựa dạng keo ngâm vào nước, thể tích biến đổi lớn Độ ẩm: % khối lượng nước khối lượng nhựa dạng khô (độ ẩm khô), dạng ướt (độ ẩm ướt) Tính chịu nhiệt: loại nhựa bị ảnh hưởng nhiệt độ có giới hạn định , vượt giới hạn nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50o C Tính dẩn điện: chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện phụ thuộc vào dạng ion Kích thước hạt: Resin có dạng hình cầu d = 0,04 - 1,00 mm 27 Tính chịu mài mịn: vận hành chất trao đổi ion cọ sát lẫn nở ngót, có khả dể vỡ vụn Đây tiêu ảnh hưởng đến tính thực dụng Tính chịu oxy hố: chất oxy hố mạnh làm cho nhựa bị lão hố (trơ) + Tính thuận nghịch phản ứng trao đổi ion Phản ứng trao đổi ion phản ứng thuận nghịch Dựa tính chất người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên, thông qua chất trao đổi ion hiệu lực để khơi phục lại lực trao đổi CaR2 + 2H +( nhựa→Thí dụ: 2HR + Ca 2+ trao đổi) 2HR + Ca 2+ (hoàn nguyên)→CaR + 2H+ Tính acid, kiềm: tính chất Cationit RH chất Anionit ROH, giống chất điện giải acid, kiềm Tính trung hồ thuỷ phân: tính trung hồ thuỷ phân chất trao đổi ion giống chất điện giải thơng thường Tính chọn lựa chất trao đổi ion Ở hàm lượng ion thấp dung dịch, nhiệt độ bình thường, khả trao đổi tăng hoá trị ion trao đổi tăng + Thứ tự ưu tiên trao đổi Đối với nhựa Cationit acid mạnh (SAC), Fe 3+ > Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K+ > H+ > Li+ Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) H+ > Fe3+ > Al 3+ > Ca2+ > Mg 2+ > K+ > Na+ > Li+ Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA), Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA) Ở hàm lượng ion thấp nhiệt độ bình thường ion hoá trị, khả trao đổi tăng số điện tử ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hố lớn) Ở hàm lượng ion cao, khả trao đổi ion không khác nhiều Hiện nay, loại nhựa trao đổi ion sản xuất chủ yếu phương pháp ngưng tụ hợp trùng hợp monomer 2.2.1.2 Cationit Cationit chứa nhóm hoạt động anion R-, ion linh động M+ anion Rcó thể nhóm sulphonate, nhóm phosphoate, carboxylate amino diacetate 28 Nhựa trao đổi cation trao tổng hợp phương pháp ngưng tụ đếu sản phẩm phản ứng ngưng tự phenol dẫn xuất phenol với fomalin Do phenol chứa OH- nên sản phẩm thu có tính acid yếu thích hợp làm việc mơi trường kiềm để khắc phục nhược điểm này, người ta đưa vào mạng lưới khơng gian cation nhóm chức khác để thu cation acid mạnh Các nhóm chức nhóm sulphonate, nhóm photphate, nhóm carboxylate nhóm amino diacetate nói Cationit chứa nhóm chức nối với nhân benzene có tính acid mạnh so với cationit có nhóm chức mạch nhánh Cationit tổng hợp phương pháp ngưng tụ bền tia không bền mơi trường có chất oxy hóa Sản phẩm thu dạng khối to, đa chức, khó điều chỉnh mức liên kết ngang Các cationit tổng hợp phương pháp trùng hợp monome ưa chuộng cationit ngưng tụ có độ bền hóa học, học bền nhiệt cao, lại chứa loại nhóm chức nên dễ điều chỉnh mức liên kết ngang Sản phẩm thu hạt tròn nhỏ nên thuận tiện sử dụng Phản ứng trùng hợp phổ biến trùng hợp styrene với divinylbenzene (DVB) Ngồi styrene, cịn trùng hợp acid metacrylic hay acid acrylic với duvinylbenzene để sản xuất cationit acid yếu Muốn thu sản phẩm cationit acid mạnh hơn, tiếp tục sulpho hóa (hoặc photphate hóa ) sản phẩm cationit acid yếu nói 2.2.1.3 Anionit Anionit dạng R+X- có với nhóm hoạt động R+ thường nhóm amin Do có nhóm amin gắn mạng lưới cao phân tử nên anionit mang tính baz Độ baz phụ thuộc vào độ baz nhóm amin (amin thẳng > ammoniac > amin thơm;amin bậc 4> amin bậc > amin bậc > amin bậc 1) Anionit phổ biến thường chứa amin bậc Anionit tổng hợp phương pháp ngưng tụ phương pháp trùng hợp Để tổng hợp anionit phương pháp thứ nhất, người ta ngưng tụ amin mạch thẳng amin thơm với formalin với halogenepoxy Anionit ngưng tụ có tính baz yếu, độ bền hóa học kém, khơng bền mơi trường chứa chất oxy hóa 29 Anionit tổng hợp phương pháp trùng hợp có tính baz mạnh, bền hóa bền nhiệt tốt lại đơn chức nên sử dụng rộng rãi anionit ngưng tụ Qúa trình sản xuất anionit phương pháp trùng hợp tiến hành cách trùng hợp styrene dẫn xuất cảu styrene với divinylbenzene DVB (đã clometyl hóa) tiếp tục amin hóa với trimetylamin dimetyletanolamin để thu anionit baz mạnh 2.2.1.4 Ionit lưỡng tính Trên mạng lưới khơng gian ionit lưỡng tính vừa chứa nhóm chức acid vừa chứa nhóm chức baz nên có khả trao đổi cation lẫn anion Ionit lưỡng tính tổng hợp hai phương pháp trùng hợp ngưng tụ Ví dụ để tổng hợp ionit lưỡng tính phương pháp trùng hợp, trùng hợp styren clorua vinyl với DVB sau tiếp tục amin hóa sulpho hóa sản phẩm thu Trong loại ionit, cationit sulphonate (- SO3H) cationit acid mạnh, anionit amin tứ anionit kiềm mạnh (hoạt động tốt môi trường acid, baz, trung tính);cationit carboxylate (- COOH) cationit acid yếu (hoạt động tốt môi trường kiềm); anionit amin tam, nhi, anionit kiềm yếu (hoạt động tốt môi trường acid) 2.2.2 Cơ chế trao đổi ion Mạng lưới ionit mạng không gian cao phân tử không đồng mạch liên kết hydrocacbon Khả trao đồi ion ionit phụ thuộc lớn vào mạng lưới cấu trúc ionit, cụ thể mức liên kết ngang,số lượng chất cac nhóm chức nói khả trao đổi ion ionit phụ thuộc vào cấu trúc tính ưa nước ionit định cấu trúc, mà tính ưa nước làm cho ionit có khả trương nước, chó phép ion tứ dung dịch khuyết tán nhiếu hay bên mạng lưới Khi ngâm nhựa vào nước, nhựa truong nở, nhóm chứa ion trở nên linh động bị phân li phần phản ứng trao đổi xảy ion pha tĩnh ion dung dịch tương đồng phản ứng trao đổi cấu tử tiếp súc với trực tiếp dung dịch theo phản ứng hố học thơng thường nhiên, dung dịch chứa nhiều ion có khả trao đổi ion với nhựa có cạnh tranh ion dung dịch qua trình trở nên phức tạp Ion lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ phân ra: lớp hấp phụ lớp khuếch tán Lớp ion có tính hoạt động tương đối bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi lớp hấp phụ hay lớp cố định, bao gồm lớp ion bên 30 phận ion ngược dấu Cạnh lớp hấp phụ, ion có tính hoạt động tương đối lớn, có khả khuếch tán vào dung dịch nên gọi lớp khuếch tán Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, tác dụng sau diễn ra: + Tác dụng trao đổi Các ion ngược dấu lớp khuếch tán ion ngựơc dấu khác dung dịch trao đổi vị trí lẫn Nhưng q trình trao đổi ion khơng giới hạn lớp khuếch tán, quan hệ cân động, dung dịch có số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán, sau trao đổi với ion ngược dấu lớp hấp phụ + Tác dụng nén ép Khi nồng độ muối dung dịch tăng lớn, làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại Từ đó, số ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp hấp phụ …, Phạm vi hoạt động lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho trình trao đổi ion Do cần ý nồng độ dung dịch hồn nguyên lớn, nâng cao mà cịn giảm thấp hiệu hồn ngun + Tốc độ trình trao đổi ion Như trình hấp phụ, tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc tốc độ trình thành phần sau: - Khuếch tán ion từ pha lỏng đến bề mặt hạt rắn - Khuếch tán ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi - Trao đổi ion (tốc độ phản ứng) - Khuếch tán ion thay bề mặt hạt rắn - Khuếch tán ion thay từ bề mặt hạt rắn vào dung dịch + Điều kiện sử dụng nhựa trao đổi ion - Nhựa sử dụng để trao đổi ion không dùng để lọc huyền phù, chất keo nhũ màu Sự có mặt chất rút ngắn tuổi thọ nhựa - Loại bỏ chất hữu nhựa phức tạp, cần có nghiên cứu đặc biệt - Sự có mặt khí hồ tan nước với lượng lớn gây nhiễu loạn hoạt động nhựa - Các chất oxy hoá mạnh Cl2, O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa 31 Về mặt định lượng, khả trao đổi ionit trao đổi theo dương lượng chất 2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Các yếu tố ảnh hưởng đến khả áp dụng hiệu trình bao gồm: * Dầu mỡ nước ngầm làm tắc nghẽn nhựa trao đổi Chất rắn lơ lửng lớn 10 ppm gây nhựa làm mù * PH nước chảy đến ảnh hưởng đến việc lựa chọn nhựa trao đổi ion * Oxy hóa nước ngầm làm hỏng nhựa trao đổi ion Xử lý nước thải tạo bước tái tạo cần điều trị bổ sung xử lý Đối với sắc kí trao đồi ion cationit acid mạnh, cation có bán kính nhỏ khả hidrat hóa dd nước lớn Do ion có bán kính nhỏ bán kính hidrat hóa lớn, lực tương tác với pha tĩnh yếu nên bị giữ lại Cịn cột cationit acid yếu khả lưu giữ chủ yếu tương tác pha tĩnh với H có tính acid phân tử nước bị hidrat hóa nên thứ tự ngược lại (đính với lần trước tưong tác pha tĩnh với chất tan chứa khơng phải dung mơi rữa giải với chất tan) Cịn cột anionit bazo thứ tự rữa giải phụ thuộc vào khả tương tác pha tĩnh với chất tan 2.4 THIẾT BỊ ỨNG DỤNG 2.4.1 Một số thiết bị sắc ký trao dổi ion dùng phịng thí nghiệm + Máy sắc kí ion (MetroHM – nguồn gốc Thụy Sỹ) HÃNG CUNG CẤP: METROHM – THUỴ SỸ MODEL: 883 COMPACT IC PLUS Là hệ thống phân tích sắc ký thơng minh, với độ xác cao, đơn vị đo ppm, ppb, % Giới hạn phát hiện: < 1ppb Thiết kế gọn nhẹ, hiệu suất làm việc cao Đáp ứng tất yêu cầu GLP FDA 32 Hệ thống thông minh với thành phần: iPump, iDetector, iColumn ứng dụng anion chuẩn : F, Cl, Br, NO2, NO 3, SO4, PO 4, ClO2, ClO 3, ClO 4, BrO4, BrO3 Phân tích cation chuẩn : Li, Na, K, Mg ,Ca , NH4 , Cs, Sr, Ba, Rb, + Máy phân tích sắc ký ion Phân tích loại mẫu mơi trường với anion & cation hàm lượng vết NH4+; Cr6+ ; Cr3+ ; Fe2+ ; Fe3+ PO43- ; NO2- ; NO3- ; SO42-; Cl- …Phân tích hàm lượng Phosphate: monophosphate, pyrophosphate, metaphosphate, trypolyphosphate & polyphosphate… mẫu thực phẩm, thủy hải sản, chất phụ gia Máy sắc lý tự động Automated Ion Chromatography System Model: ICS – 900 Hãng sản xuất: Dionex - Mỹ Xuất xứ: Mỹ Tiêu chuẩn đáp ứng: ISO 9001, CE Thiết bị thiết kế tự động hồn tồn, chun dụng cho mục đích phân tích ion mẫu hố học, mơi trường, thực phẩn, với thao tác sử dụng đơn giản, tiện dụng đạt kết nhanh, xác Điều khiển qua phần mềm máy tính Có thể Kết nối với đưa mẫu tự động AS-DV hay AS Dionex + Máy sắc lý ion Model: Water 1525 Binary HPLC Pump Hãng sản xuất: Waters-Mỹ Bao gồm:Bơm dung môi đa kênh gradient, Bơm gradient: dịng dung mơi (thiết kế kiểu bánh cam 40 mL/bước răng, piston kép, toàn ngâm dầu, bảo đảm bơm chạy ổn định, sai số nhỏ, bền, không gây ồn, khác với hãng khác sử dụng curoa kéo bánh cam tỳ (độ ồn lớn, độ xác dịng RSD lớn, đỉnh pic khơng ổn định… ) ( Thiết kế độc quyền hãng tạo độ chuẩn xác lưu lượng dòng từ (0,075% tới 0,1% RSD : Flow precision of < 0,075 RSD or better) , mức phân giải 0,001 ml/phút) Số đường dung mơi: 02 dịng Tốc độ dịng: 0.001 - 10.000 ml/min, 33 Mức phân giải: 0, 001 ml/ph Độ xác lưu lượng dịng: < 0.1 % RSD (0,075% tới 0,1% RSD : Flow precision of < 0,075 RSD or better) Độ ổn định áp suất: £ ±1% cho tồn thang cho chu trình bơm ml/ph Độ ồn mức tiêu chuẩn cho phép vị trí thao tác < 70 dB(A), áp suất bơm : 6000 psi, Độ xác dịng : ± 1.0% Tự động bổ áp suất Khử khí dung mơi cho hệ thống Có hệ thống kiểm tra sụ rị rỉ Chương trình giới hạn áp suất trên, giới hạn áp suất chọn lựa psi, kPa, bar Khối lượng: 32 kg Điện áp: từ 88 V - 264 V AC Tần số: 47 - 63 Hz Nhiệt độ thao tác khoảng: 40C - 400C Độ ẩm thao tác khoảng: 20 - 80% Cấu tạo buồng đo: loại điện cực (Duy Thế giới) Giải đo độ dẫn : ~ 10 000 mS/cm Được ứng dụng để phân tích cation anion : Na+ ; K+ ; Mg 2+ ; Ca 2+ ; NH4 + ; Cl - ; F - ; NO2- ; NO3- ; CN - ; SO42- ; HCO3- ; Br - ; acide hữu bậc I 2.4.2 Ứng dụng sắc ký trao dổi ion phân tích định lượng - Trao đổi ion chứng tỏ phương pháp phân đoạn bất ổn định sinh học chất,sắc ký trao đổi ion đóng vai trị quan trọng việc tách tinh chế phân tử sinh học đóng góp đáng kể vào hiểu biết trình sinh học,sắc ký ion trao đổi, phổ biến với kỹ thuật tách khác khoa học đời sống, giai đoạn lọc tách phân tích mẫu sinh học phức tạp Ion trao đổi thường xuyên kết hợp với kỹ thuật khác phân chia theo thông số khác kích thước (Gel lọc), sợ nước (kỵ nước tương tác sắc ký sinh học hoạt động (mối quan hệ sắc ký) 34 - Không lựa chọn kỹ thuật quan trọng Thứ tự mà chúng làm việc đóng vai trị quan trọng việc xác định tốc độ, tiện lợi suất tổng thể cho thích hợp - Phương pháp sắc ký trao đổi ion sử dụng hiệu việc tách phân tích chất phức tạp dạng khí lỏng, chí chất rắn phương pháp trao đổi ion thường dử dụng dể khử độ cứng nước muối hòa tan dạng ion Ca2+, Mg2+; khử độ khống nước loại hồn tồn cation anion có nước; tinh chế chất thử hóa học tinh chế HCl kỹ thuật, tinh chế chất không điện ly khỏi hợp chất điện ly; tách chiết protein; điều chế hợp chất hóa học điều chế phân bón hóa học dạng lỏng từ nước thải; tách lượng nhỏ số nguyên tố … 2.5 SO SÁNH VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC VÀ TỐI ƯU HÓA SẮC KÝ TRAO ĐỎI ION 2.5.1 Điểm giống - Sử dung để định tính định lượng hỗn hợp nhiều cấu tử - Thiết bị sắc kỳ thường bao gồm phận như: phận nạp mẫu, cột sắc ký đầu dò - Gồm hai trình trình tĩnh trình động 2.5.2 Điểm khác Sắc ký hấp phụ lỏng + Là trình Sắc ký trao đổi ion Sắc ký giấy + Dựa + Sắc ký giấy Sắc ký khí + Sắc ký khí khác cấu tử tượng trao đổi thuận thuộc dạng sắc ký sắc khí mà pha dộng lỏng chất hấp phụ nghịch giũa ion phân bố lỏng, mà dạng khí rắn linh động pha chất mang pha lỏng dạng + Lực hấp phụ tĩnh rắn với ion giấy sắc ký bao gồm lực Vander dung dịch phân – Waats lực tương tích tác phần tử: + Khi pha tĩnh + Nhờ có cáu tạo chất hấp phụ rắn đặc biệt giấy sắc ký ta có sắc ký khí hấp + Bản chất có khả giữ phụ Khi pha tĩnh Lực cảm ứng: trình tách lỗ xốp màng mỏng chất hình thành lực khác lượng chất lỏng lỏng bề mặt chất 35 phân tử có sẵn điện ion dung định trường Trong hấp phụ rắn ta có sắc dịch với trung trình sắc ký cấu phân bố hay cịn gọi Lực liên kết hóa tâm trao đổi ion tử tách dọc sắc ký khí lỏng học: giũa chất hấp (nhóm chứa ion) theo lớp mỏng lỗ phụ chất bị hấp ionit giấy phụ 2.5.3 Tối ưu hóa sắc ký trao đổi ion Để đạt hiệu suất cao giảm chi phí điều chế kỹ thuật quy trình sắc ký cần tối ưu hóa Q trình tối ưu hóa quy trình ln vấn đề phức tạp, địi hỏi thời gian thử nghiệm lâu dài có phương pháp phù hợp Trong thực tế tối ưu háo có nghĩa dung hòa yếu tố cho đạt dược độ phân giải cao thời gian chất nhận đạt dược thời gian ngắn ứng với độ phân giải đạt yêu cầu (các peak tách hoàn toàn khỏi nhau) Khi đánh giá khả tách cấu tử khỏi nhau, không đầy đủ nêu cho khả phụ thuộc hoàn toàn vào độ hiệu nghiệm cột Thực chiều cao đĩa lý thuyết thể tốt độ rộng peak sắc ký, muốn đánh giá khả tách cột (hay lớp mỏng) cách hoàn thiện phải xem xét đồng thời hiệu cột, độ chọn lọc, độ tách dung lượng cột thông qua chiều cao đĩa lý thuyết H, hệ thống chọn lọc α , độ phân giải Rs hệ số chứa K’ Nói cách cụ thể đệ thực tối ưu hóa người ta thay đổi điều khiện thí nghiệm nhằm mục đích làm giảm dãn rộng peak làm biến dổi vận tốc di chuyển tương đối cấu tử Như biết, sụ dãn rộng vùng chất sắc ký tăng lên biến đỏi động học làm tăng chiều cao đĩa lý thuyết cột, tấc độ di chuyển cấu tử phụ thuộc nhiều vào yếu tố gây ảnh hưởng đến hệ số chứa hệ số chọn lọc 36 PHẦN C TÀI LIỆU THAM KHẢO “Phân tích định lượng” Nhà xuất Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh “Slide giảng” Thấy Nguyễn Đức Vượng “Phân tích hóa học định lượng” NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1995 “Các phương pháp Sắc ký” NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội http://baigiang.violet.vn/present http://tailieu.vn/tag/tai-lieu http://www.hcmbiotech.com.vn http://www.dlu.edu.vn http://traitimnamdinh.net 10 http://www.cyberchemvn.com 11 http://www.taybacuniversity.edu.vn 12.http://www.scribd.com/doc/45986487/Ph%C6%B0%C6%A1ng-phap s%E1%BA %AFc-ki-trao-%C4%91%E1%BB%95i-ion 37 ... B C Chương SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 2.1 KHÁI QUÁT VỀ SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION Sắc ký trao đổi ion (IC) phần sắc ký lỏng (LC) Theo Liên minh Quốc tế Cơ Ứng dụng Hóa học (IUPAC) sắc ký trao đổi ion định nghĩa... áp dụng sắc ký trao đổi ion: • trao đổi ion • hình thành cặp ion • ion loại trừ Phương pháp sắc ký xác định chế tách tĩnh tách động sử dụng Ngày sắc ký trao đổi ion đơn giản gọi sắc ký ion (IC),... Chương SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION .24 2.1 KHÁI QUÁT VỀ SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 24 2.2 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 25 2.2.1 Ionit .26 2.2.1.1 Nhựa trao đổi ion