Xác định phenol trong dung dịch bằng phương pháp chiết – sắc kí

Trần Hải Đăng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 128(14): 65 - 69<br /> <br /> XÁC ĐỊNH PHENOL TRONG DUNG DỊCH<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT – SẮC KÍ<br /> Trần Hải Đăng*, Khorokhordina E.A, Rudakov O.B.<br /> Trường ĐH kiến trúc – xây dựng Voronezh, LB Nga<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Hiện nay, phenol và các dẫn xuất của phenol được sử dụng rất nhiều trong các vật liệu polymer,<br /> vật liệu kĩ thuật, vật liệu xây dựng, v.v. Chúng là các chất độc sinh học, gây nguy hiểm cho sức<br /> khoẻ con người và mọi sinh vật sống. Vì vậy việc xác định phenol trong môi trường và các vật liệu<br /> đang trở thành vấn đề cấp bách. Trong nghiên cứu này chúng tôi ứng dụng phương pháp chiết –<br /> sắc kí để xác định phenol trong dung dịch hữu cơ cũng như trong dung dịch nước. Phương pháp<br /> này dựa trên kĩ thuật chiết lỏng-lỏng ở nhiệt độ thấp kết hợp với sắc kí lớp mỏng và đo màu kĩ<br /> thuật số. Với phương pháp mới này thì thời gian tiến hành phân tích mẫu nhanh hơn, chính xác<br /> hơn, chí phí thấp hơn so với các phương pháp trước đây. Các hóa chất trong thí nghiệm cũng phổ<br /> biến và ít độc tính hơn.<br /> Từ khoá: chiết tĩnh lỏng-lỏng, phương pháp chiết – sắc kí, sắc kí lớp mỏng, đo mầu kĩ thuật số,<br /> phenol<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Ngày nay phương pháp sắc kí đã được nghiên<br /> cứu và ứng dụng rộng rãi để xác định phenol<br /> trong không khí và trong các dung dịch nước.<br /> Phenol là chất độc hại và việc xác định<br /> phenol trong môi trường có ý nghĩa rất quan<br /> trọng. Tuy nhiên, phenol cũng là thành phần<br /> trong các vật liệu polyme, dầu kỹ thuật và dầu<br /> thực vật có tác dụng chống oxy hóa ở dạng<br /> các dẫn xuất của nó [1]. Đa số các vật liệu<br /> này đều không tan trong nước mà chỉ tan<br /> trong các dung môi hữu cơ như axetonitrile,<br /> etyl axetat, hexan, butanol, butylaxetat, v.v.<br /> Cùng với đó đặt ra vấn đề là cần chiết xuất<br /> phenol và phân tích chúng.<br /> Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng các<br /> hợp chất phenol có sẵn: phenol,<br /> hydroquinone,<br /> ortho-tert-butylphenol,<br /> resorcinol, ortho-cresol, meta-cresol, paracresol (hãng Merck, Đức) để thử nghiệm xác<br /> định phenol bằng phương pháp tổng hợp chiết<br /> – sắc kí. Phương pháp dưa trên việc sử dụng<br /> nhiệt độ thấp trong kỹ thuật chiết tĩnh lỏng –<br /> lỏng và sắc kí lớp mỏng kết hợp với đo màu<br /> kĩ thuật số.<br /> Trong phương pháp đo màu kỹ thuật số, máy<br /> tính xử lý các hình ảnh bằng hệ thống màu<br /> *<br /> <br /> Tel:<br /> <br /> điện tử, nghiên cứu của chúng tôi sử dụng hệ<br /> thống màu RGB (Red, Green, Black). Lựa<br /> chọn này dựa trên khả năng thu nhận thuộc<br /> tính màu sắc trực tiếp từ các thiết bị kĩ thuật<br /> số mà không cần các phương pháp chuyển đổi<br /> toán học như các hệ thống màu CMYK, LAB<br /> và HSB. Hình ảnh được xử lý bởi phần mềm<br /> đồ họa Adobe Photoshop CS3 và phần mềm<br /> toán học MATLAB [2].<br /> PHẦN THỰC NGHIỆM<br /> Quy trình chiết lỏng – lỏng ở nhiệt độ thấp:<br /> Trong một phễu có 10 ml dung dịch cần phân<br /> tích chứa phenol nồng độ 1 mg/ml, thêm 10<br /> ml dung dịch axetonitrile - etyl axetat (85:15)<br /> được lắc đều trên máy lắc OS-20. Sau đó đặt<br /> phễu vào tủ lạnh trong 30 phút ở nhiệt độ 263<br /> ± 2 oK. Sau quá trình làm lạnh, dụng dịch<br /> trong phễu sẽ bị phân ra làm 2 pha lỏng riêng<br /> biệt: lớp dung dịch nước ở dưới và lớp dung<br /> dịch hữa cơ ở trên. Lớp dung dịch hữa cơ<br /> được hút ra để làm phân tích bằng phương<br /> pháp sắc kí lớp mỏng. Lớp dung dịch nước<br /> cũng được hút ra để làm phân tích bằng<br /> phương pháp trắc quang. Toàn bộ quá trình<br /> thí nghiệm được trình bày bằng sơ đồ hình 1.<br /> Xác định phenol bằng phương pháp sắc kí<br /> lớp mỏng: Chúng tôi sử dụng bản sắc kí của<br /> hãng Sorbfil kích thước 12,5×7 cm trong<br /> dung môi là hỗn hợp axit axetic-clorofom-etyl<br /> 65<br /> <br /> Trần Hải Đăng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> axetat (50:50:1) và 2 thuốc thử cho các phản<br /> ứng màu:<br /> 1) Phun dung dịch hỗn hợp KMnO4 0,1N<br /> được hòa tan trong axit axetic loãng vào bản<br /> sắc kí, phenol sẽ hiện thành những điểm màu<br /> vàng trên nền màu hồng;<br /> 2) Phun dung dịch hỗn hợp của FeCl3 –<br /> K4Fe(CN)6, phenol sẽ hiện thành những điểm<br /> màu xanh dương trên nền màu xám [3,4].<br /> Ngay sau khi xuất hiện vệt màu thì các bản<br /> sắc kí sẽ được scan bằng máy scan cầm tay<br /> <br /> ION COPYCAT. Các hình ảnh được đưa vào<br /> máy tính để phân tích bằng phần mềm đồ họa<br /> Adobe Photoshop (phiên bản CS3).<br /> Dữ liệu đo màu tổng quát được trình bày<br /> dưới dạng các biểu đồ radar với 6 trục R1, G1,<br /> B1, R2, G2, B2 (chỉ số 1 và 2 là các phản ứng<br /> màu) (Hình 2) [2].<br /> Phân tích trắc quang: chúng tôi sử dụng thuốc<br /> thử trắc quang là p-nitroaniline và tiến hành<br /> phân tích trên máy quang phổ KFK-3 [5].<br /> <br /> Hình 1. Quá trình phân tích<br /> <br /> 66<br /> <br /> 128(14): 65 - 69<br /> <br /> Trần Hải Đăng và Đtg<br /> 150<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> R1<br /> <br /> 128(14): 65 - 69<br /> 150 R1<br /> <br /> 150 R1<br /> <br /> 100<br /> <br /> 100<br /> <br /> 100<br /> <br /> B2<br /> <br /> G1<br /> <br /> B2<br /> <br /> B2<br /> <br /> G1<br /> <br /> G1<br /> <br /> 50<br /> <br /> 50<br /> <br /> 50<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> G2<br /> <br /> B1<br /> <br /> G2<br /> <br /> G2<br /> <br /> B1<br /> <br /> R2<br /> <br /> R2<br /> <br /> Phenol<br /> <br /> R2<br /> <br /> ortho-tert-Butylphenol<br /> <br /> Hydroquinone<br /> <br /> 150 R1<br /> <br /> 150 R1<br /> <br /> 150 R1<br /> <br /> 100<br /> <br /> 100<br /> <br /> B2<br /> <br /> B1<br /> <br /> G1<br /> <br /> 100<br /> <br /> B2<br /> <br /> B2<br /> <br /> G1<br /> <br /> G1<br /> <br /> 50<br /> <br /> 50<br /> <br /> 50<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> G2<br /> <br /> B1<br /> <br /> R2<br /> <br /> Resorcinol<br /> <br /> G2<br /> <br /> G2<br /> <br /> B1<br /> <br /> R2<br /> <br /> B1<br /> <br /> R2<br /> <br /> ortho-Cresol<br /> <br /> para-Cresol<br /> <br /> Hình 2. Biểu đồ radar của các hợp chất phenol<br /> <br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Kết quả phân tích trắc quang<br /> Hệ số phân bố (D) và phần trăm chiết (R%) của các phenol thu được phù hợp với các dữ liệu của<br /> phương pháp phân tích trước đó là chiết lỏng-lỏng sử dụng muối amoni sunfat [5] (bảng 1). Giá<br /> trị R > 94% cho thấy đã chiết được gần như hoàn toàn lượng phenol cần phân tích.<br /> Kết quả phân tích sắc kí lớp mỏng<br /> Hệ số lưu (R f) của các phenol chỉ ra khả năng dịch chuyển khác nhau trong dung môi của các<br /> phenol có cấu trúc khác nhau (bảng 2). Từ đây mở ra khả năng xác định cấu trúc của phenol<br /> trong dung dịch cũng như các vật liệu.<br /> Bảng 1. Hệ số phân bố (D) và phần trăm chiết của phenol (R%); n = 5, P = 0,95<br /> Chất<br /> Phenol<br /> Hydroquinone<br /> ortho-tert-Butylphenol<br /> Resorcinol<br /> ortho-Cresol<br /> meta-Cresol<br /> para-Cresol<br /> <br /> C (mg/ml)<br /> 1,00<br /> 1,10<br /> 0,98<br /> 1,00<br /> 1,20<br /> 1,00<br /> 1,20<br /> <br /> D<br /> 231 ± 11<br /> 49 ± 3<br /> 181 ± 7<br /> 46 ± 4<br /> 104 ± 5<br /> 95 ± 5<br /> 112 ± 7<br /> <br /> R%<br /> 99,0<br /> 94,2<br /> 98,7<br /> 95,2<br /> 97,8<br /> 97,6<br /> 97,4<br /> <br /> Bảng 2. Hệ số lưu của các phenol trong dung môi axit axetic-clorofom-etyl axetat (50:50:1)<br /> Chất<br /> Phenol<br /> Hydroquinone<br /> ortho-tert-Butylphenol<br /> Resorcinol<br /> ortho-Cresol<br /> meta-Cresol<br /> para-Cresol<br /> <br /> C (mg/ml)<br /> 1,00<br /> 1,10<br /> 0,98<br /> 1,00<br /> 1,20<br /> 1,00<br /> 1,20<br /> <br /> Rf<br /> 0,70<br /> 0,64<br /> 0,75<br /> 0,65<br /> 0,74<br /> 0,74<br /> 0,74<br /> <br /> 67<br /> <br /> Trần Hải Đăng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 128(14): 65 - 69<br /> <br /> Bảng 3. Các thông số hình học đo màu cho các phenol khác nhau<br /> Chất<br /> Phenol<br /> Hydroquinone<br /> ortho-tert-Butylphenol<br /> Resorcinol<br /> ortho-Cresol<br /> meta-Cresol<br /> para-Cresol<br /> <br /> C (mg/ml)<br /> 1,00<br /> 1,10<br /> 0,98<br /> 1,00<br /> 1,20<br /> 1,00<br /> 1,20<br /> <br /> S<br /> 11590<br /> 7062<br /> 4025<br /> 6968<br /> 6523<br /> 6732<br /> 15700<br /> <br /> P<br /> 465<br /> 360<br /> 273<br /> 344<br /> 332<br /> 341<br /> 522<br /> <br /> ɛ<br /> 0<br /> 0,702<br /> 0,506<br /> 0,547<br /> 0,497<br /> 0,460<br /> 0,255<br /> <br /> Bảng 4. Kết quả phân tích phenol bằng phương pháp chiết- sắc kí (n=5, Р=0,95)<br /> Dung dịch<br /> Phenol<br /> Hydroquinone<br /> ortho-tert-Butylphenol<br /> Resorcinol<br /> ortho-Cresol<br /> meta-Cresol<br /> para-Cresol<br /> <br /> Đưa ra<br /> 0,1<br /> 0,1<br /> 0,1<br /> 0,1<br /> 0,1<br /> 0,1<br /> 0,1<br /> <br /> Kết quả phân tích đo màu kĩ thuật số<br /> Như có thể thấy từ hình 2, biểu đồ radar của<br /> mỗi phenol khác nhau có hình dạng khác<br /> nhau và đặc trưng cho từng phenol. Sự khác<br /> nhau đó có thể được mô tả qua các thông số<br /> hình học - diện tích (S), chu vi (P) và hệ số<br /> vector gần đúng ε (bảng 3)[6]. Hệ số vector<br /> gần đúng ε chỉ ra sự khác nhau về hình dạng<br /> của các hình khối so với một hình khối chuẩn.<br /> Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn hình<br /> khối chuẩn là hình khối trong biểu đồ radar<br /> của phenol, vì vậy hệ số vector gần đúng của<br /> phenol bằng 0. Hệ số ε của chất nào càng lớn<br /> thì hình dạng chất đó càng khác biểu đồ radar<br /> của phenol. Trong kết quả thu được thì<br /> hydroquinone có hệ số ε lớn nhất phù hợp với<br /> thực tế về sự khác biệt màu sắc khi làm phản<br /> ứng màu. Nhưng quan trọng hơn là phản ứng<br /> màu sắc của các hợp chất phenol phản ánh sự<br /> khác nhau về cấu trúc không gian.<br /> Độ tin cậy của các kết quả trong thí nghiệm<br /> được kiểm tra bằng phương pháp chuẩn "Đưa<br /> ra – tìm thấy" (Bảng 4). Sai số trong các thực<br /> nghiệm không vượt quá 10%, tương ứng với<br /> yêu cầu trong thực nghiệm khoa học.<br /> KẾT LUẬN<br /> Như vậy, với việc áp dụng kĩ thuật chiết lỏng<br /> – lỏng ở nhiệt độ thấp sử dụng dung dịch hỗn<br /> 68<br /> <br /> Tìm thấy<br /> 0,0900 ± 0,0030<br /> 0,0872 ± 0,0053<br /> 0,0943 ± 0,0043<br /> 0,0948 ± 0,0041<br /> 0,0972 ± 0,0052<br /> 0,0888 ± 0,0073<br /> 0,0904 ± 0,0038<br /> <br /> Sai số W, %<br /> 3,50<br /> 6,07<br /> 4,54<br /> 4,35<br /> 5,38<br /> 8,28<br /> 4,20<br /> <br /> hợp axetonitrile - etyl axetat (85:15) giúp thí<br /> nghiệm diễn ra nhanh hơn (thời gian phân tích<br /> chỉ mất 1 tiếng), giảm độc tính hơn so với các<br /> phương pháp khác trước đây [5]. Sự kết hợp<br /> kĩ thuật này cùng phương pháp sắc kí lớp<br /> mỏng và đo màu kĩ thuật số làm tăng hiệu qủa<br /> độ chính xác trong quá trình phân tích.<br /> Ứng dụng phương pháp chiết – sắc kí đã mở<br /> ra một hướng đi mới trong việc xác định cấu<br /> trúc và hàm lượng phenol của dung dịch cũng<br /> như của các vật liệu với các ưu điểm: thiết bị<br /> đơn giản, giá thành thấp, tiến hành nhanh<br /> chóng, độ chính xác cao.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> 1. Хорохордина Е.А., Фан Винь Тхинь, Рудаков<br /> О.Б., Подолина Е.А. Контроль свободных<br /> фенолов в строительных полимерах // Вестник<br /> ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. –<br /> 2008. – №1. – С. 47-54.<br /> 2. Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Кудухова И.Г.,<br /> Головинский П.А., Хорохордина Е.А., Грошев<br /> Е.Н. Усовершенствование способа определения<br /> фенолов по цветным реакциям с применением<br /> цифровых технологий // Аналитика и контроль. –<br /> Т. 16, № 4. – С. 570-579.<br /> 3. Шаршунова М., Шварц В., Михалец Ч.<br /> Тонкослойная хроматография в фармации и<br /> клинической биохимии. М.: Мир, 1980. – Т.1.<br /> – 295 с.<br /> 4. Руководство по современной тонкослойной<br /> хроматографии / под ред. О.Г. Ларионова. –<br /> М.: Химия, 1994. – 311 с.<br /> <br /> Trần Hải Đăng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 5. Е.А. Подолина, О.Б. Рудаков, Е.А.<br /> Хорохордина, Л.А. Харитонова Применение<br /> ацетонитрила для извлечения двухатомных<br /> фенолов из водно-солевых растворов и анализа<br /> методом ВЭЖХ // Журнал Аналитической<br /> химии, 2008, Т. 63. № 5, С. 514-518.<br /> <br /> 128(14): 65 - 69<br /> <br /> 6. Головинский П.А. Когерентный нейрон и<br /> распознавание<br /> образов<br /> //<br /> Вестник<br /> Воронежского государственного технического<br /> университета.<br /> <br /> 2005.<br /> <br /> №<br /> <br /> 9.<br /> <br /> С.<br /> <br /> 115-117.<br /> <br /> SUMMARY<br /> DETERMINATION OF PHENOLS IN SOLUTIONS<br /> BY METHOD EXTRACT - CHROMATOGRAPHY<br /> Tran Hai Dang*, Khorokhordina E.A, Rudakov O.B.<br /> Voronezh State University of Architecture and Construction<br /> <br /> Today, phenol derivatives are widely used in various fields such as polymer materials, engineering<br /> materials, and constructions materials because of their…. The toxicity of phenol derivatives leads<br /> to the need of a method for determining the concentration of these compounds in the environment<br /> and materials. This study presents a new chromatography extraction method to quantitatively<br /> determined phenol derivatives in solution and aqueous solution. The method is based on the<br /> combination of liquid-liquid extraction technique and other techniques like low-temperature thinlayer chromatography and digital colorimetric. The advantage of this method is that it uses<br /> common and less toxic chemicals but still provides a faster, more accurate analysis with lower cost<br /> in comparison with previous methods.<br /> Key words: liquid-liquid extraction static, method extracts - chromatography, thin-layer<br /> chromatography, digital colorimetry, phenols<br /> <br /> Ngày nhận bài:30/9/2014; Ngày phản biện:07/10/2014; Ngày duyệt đăng: 25/11/2014<br /> Phản biện khoa học: TS. Mai Xuân Trường – Trường Đại học Sư phạm - ĐHTN<br /> *<br /> <br /> Tel:<br /> <br /> 69<br /> <br />