64
PHẦN THỨ BA – CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH
Trong phân tích hóa học, một vấn đề đặt ra khi xác định chất phân tích trong một số đối
tượng mẫu phức tạp là:
Ảnh hưởng của môi trường mẫu.
Hàm lượng chất phân tích quá nhỏ.
Nhiều chất có tích chất hóa học và vật lý khá giống nhau.
Vì vậy, khó định lượng chính xác và định lượng riêng từng chất, cần phải tách loại tạp
chất và làm giàu chất phân tích, sử dụng một kỹ thuật gọi là sắc ký để tách các chất ra
khỏi nhau để định lượng.
Do đó, trong phần này chúng ta chỉ đề cập đến hai phương pháp là:
Các phương pháp tách sắc ký.
Các phương pháp chiết.
65
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
1.1. Khái niệm chung
1.1.1. Lịch sử phát triển
Năm 1903, M. C. Txvet đã tiền hành tách các chất có tính chất giống nhau là -
chlorophyl, -chlorophyl, -xatophyl, -xatophyl,... thành các dãy màu khác nhau và
Txvet gọi là “Chromatography”. “Chroma” có nghĩa là màu và “Graphy” có nghĩa là ghi.
Năm 1931, Vinterstin và Ledere đã tách được carotin,
Năm 1941, Martin và Synge đã phát triển sắc ký giấy và đưa ra lý thuyết đĩa để giải thích
các quá trình sắc ký. Đồng thời nghiên cứu tách alcaloid từ các cây thuốc để bào chế
dược phẩm,
Từ năm 1952, những máy sắc ký ra đời và hàng loạt các kỹ thuật mới phát triển: GC-MS,
LC-MS.
1.1.2. Quá trình tách sắc ký và định nghĩa
a. Quá trình tách sắc ký
Quá trình tách sắc ký là một chuỗi các phản ứng phức tạp từ lúc nạp mẫu vào cột tách
cho đến khi chất phân tích lần lượt ra khỏi cột.
b. Định nghĩa
Sắc ký là phương pháp tách, phân ly, phân tích các chất dựa vào sự phân bố khác nhau
của chúng giữa pha tĩnh và pha động khi cho pha động đi qua pha tĩnh.
Dựa theo tính chất của pha động, sắc ký được chia thành các loại:
Sắc ký khí: pha động là khí
Sắc ký lỏng: pha động là chất lỏng
Theo mục đích nghiên cứu
Sắc kí phân tích được dùng để xác định danh tính và nồng độ các phân tử
trong hỗn hợp.
Sắc ký tinh chế được dùng để tinh chế các chất có trong hỗn Quá trình sắc ký khác cơ bản
với các quá trình tách khác ở 2 điểm:
66
Sự phân bố chất phân tích lên 2 pha lặp đi lặp lại nhiều lần.
Pha động đi qua pha tĩnh.
1.1.3. Phân loại các phương pháp sắc ký
a. Phân loại theo h pha
b. Phân loại theo cơ chế tách
Cơ chế tách nói lên bản chất liên kết của các chất phân tích với pha tĩnh, không cần phân
biệt về hệ pha, có 4 loại cơ chế tách chính:
Sắc ký hấp phụ (SKHP):
Chất phân tích được phân bố giữa pha tĩnh và pha động nhờ tương tác phân tử (lực Van-
der-van) thông qua các trung tâm hấp phụ.
SK Hấp phụ
SK Phân bố
SK ion
SK Rây PT
PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
SẮC KÝ LỎNG (LC)
SẮC KÝ KHÍ (GC)
SK K–R
SK Phẳng
SK ĐDMQ
SK Giấy
SKLM
SK R–L
SK PB L–L
Hình 1.1. Quá trình tách sắc ký
67
Sắc ký phân bố lỏng – lỏng (L-L):
Phân biệt giữa sắc ký phân bố L-L và sự phân bố thông thường là ở chỗ:
Sự phân bố L-L còn gọi là sắc ký chiết. Sự phân bố nói chung là sự phân chia chất phân
tích vào 2 pha không xét tới trạng thái của nó.
Sự khác nhau cơ bản giữa sắc ký phân bố L-L và SKHP:
Sắc ký phân bố L-L có đường đẳng nhiệt tuyến tính ở khoảng nhiệt độ lớn, phương pháp
có độ nhạy cao. Pha tĩnh không được bền vững, hiện tượng trôi mất pha tĩnh làm cho độ
lặp lại bị giảm.
Sắc ký Ion (Trao đổi ion):
Pha tĩnh là chất rắn có khả năng trao đổi ion của nó với các ion của chất phân tích trong
pha động. Lực liên kết giữa ion chất phân tích và pha tĩnh là liên kết tĩnh điên, phụ thuộc
nhiều vào điện tích của ion chất phân tích, pH của dung dịch và bán kính Hydrat hóa của
ion chất phân tích.
Sắc ký rây phân tử:
Pha tĩnh là chất rắn có diện tích bề mặt lớn, xốp, có những đường đi trong lòng chất rắn –
mao quản có kích thước cỡ phân tử. Các phân tử chất phân tích thấm vào chất rắn đó ở
mức độ khác nhau tùy theo kích thước của chúng.
Các phân tử có kích thước lớn không đi sâu vào pha tĩnh sẽ rửa giải nhanh, có kích thước
bé đi sâu vào pha tĩnh sẽ rửa giải chậm. Thời gian lưu của các chất tỉ lệ nghịch với kích
thước phân tử của chúng
c. Phân loại theo cách hình thành sắc đồ
Phân tích tiền lưu.
Phân tích thế đẩy.
Phân tích rửa giải.
1.1.4. Các lực liên kết trong hệ sắc ký
Trong hệ sắc ký có 3 thành phần chủ yếu: chất phân tích, pha tĩnh., pha động.
a. Lực liên kết ion
68
Trên pha tĩnh, xét phân tử R–SO3H
R–SO3H R–SO3– + H+ , R–SO3– + M+ R–SO3M
Trung tâm hoạt động ion. Chất phân tích
Tương tác này là tương tác tĩnh điện, gọi là liên kết ion.
Trong pha động cũng tồn tại các trung tâm hoạt động ion.
Pha tĩnh có các trung tâm cation thì lưu giữ anion và ngược lại.
Các phương pháp sắc ký có tham gia liên kết ion được gọi là “Sắc ký ion”, “Sắc ký cặp
ion”.
b. Lực phân cực
Trong phân tử chất phân tích, chất rửa giải trong pha động và các phân tử trên pha tĩnh có
các trung tâm phân cực. Các trung tâm này liên kết với nhau bằng lực liên kết phân cực.
Sự phân cực và sự chênh lệch về độ phân cực này thường là nhỏ. Nhưng nó cũng là yếu
tố quan trong về độ bền liên kết khác nhau, dẫn đến sự phân chia trong các phép tách sắc
ký.
c. Lực Van-de-van (lực phân tán)
Lực này bản chất điện, tuy nhiên không có cực điện trong hệ. Do tương tác phân tán của
các phân tử chứa mạch hydrocacbon.
d. Lực tương tác đặc bit
Lực tương tác đặc biệt tạo bởi các liên kết hydro và liên kết cho nhận,
Sự hình thành liên kết hydro thường xảy ra với các nguyên tố có độ âm điện cao như O,
N, F,.... Năng lượng liên kết giảm dân theo thứ tự sau:
F – H – F > O – H – O > N – H – N > C – H – C.
1.2. Các đại lượng đặc trưng
1.2.1. Hệ số phân bố
Cấu tử A phân bố giữa 2 pha động – tĩnh, khi cân bằng thiết lập,
AS AM S: pha tĩnh, M: pha động