Các Phương Pháp Tách - Chiết pdf

Các Phương Pháp
Tách - Chiết
PGS.TS. Nguyễn Đức Tuấn
Bộ môn Hóa Phân Tích – Kiểm Nghiệm
Khoa Dược – Đại học Y Dược TPHCM
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Các Phương Pháp Tách - Chiết
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Mục tiêu
- Trình bày được nguyên lý của các phương pháp tách
- Phân biệt được phương pháp thẩm thấu và thẩm tích
- Hiểu được ý nghóa của các hệ số trong chiết lỏng - lỏng
- Hiểu được cơ sở lý thuyết của chiết ngược dòng
- Trình bày được phạm vi áp dụng của chiết lỏng – lỏng
- Hiểu được nguyên tắc hoạt động của chiết pha rắn
Các Phương Pháp Tách - Chiết
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dàn bài
-Mởđầu
- Các phương pháp tách
- Phương pháp lọc
- Phương pháp ly tâm
- Phương pháp chia cắt pha
- Phương pháp thẩm thấu và thẩm tích
- Chiết
- Chiết pha rắn
Mở đầu
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Tách là nhóm các phương pháp hóa học, vật lý và
hóa lý nhằm đi từ một hỗn hợp phức tạp → hỗn hợp
đơn giản → từng chất

 Hỗn hợp phức tạp → tách một chất hoặc một
nhóm chất
 Dược: đối tượng phân tích đa dạng → khó xác
đònh trực tiếp một chất mà phải qua giai đoạn tách
→ đònh lượng
 Tách có thể dùng để tinh chế hoặc nghiên cứu
thành phần của một hỗn hợp
Các phương pháp tách
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Tách hỗn hợp không đồng nhất:
¾ Hỗn hợp có ít nhất hai pha không hòa lẫn vào nhau. Ví dụ: nhũ
tương, hỗn dòch
¾ Tách hai pha:
9 Lọc, ly tâm: áp dụng cho hỗn dòch
9 Thay đổi nhiệt độ, pH, lắng, gạn: áp dụng cho nhũ tương

Táchhỗnhợpđồngnhất:
¾ Chia cắt pha: hỗn hợp đồng nhất → hỗn hợp không đồng nhất
¾ Chuyển pha:
9 Chuyển một chất từ pha này sang pha khác: Chiết, thẩm thấu,
sắc ký
¾ Biến đổi trạng thái: cất, thăng hoa
Phương pháp lọc
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Tách pha lỏng khỏi pha rắn
 Vật liệu lọc:
¾ Dạng sợi hoặc xốp
¾ Chất vô cơ:
9 Dioxyd silic
9 Amiăng

9 Thủy tinh (phễu lọc thủy tinh xốp, bông thủy tinh)
¾ Chất hữu cơ:
9 Cellulose (giấy lọc)
9 Màng polymer
 Kỹ thuật lọc:
¾ Lọc ở áp suất thường
¾ Lọc ở áp suất giảm (lọc chân không): bình Kitasato
Phương pháp ly tâm
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Dùng sức ly tâm (lực ly tâm) làm lắng tủa
 Tốc độ lắng phụ thuộc lực ly tâm
 Lực ly tâm càng lớn, tốc độ lắng càng cao
F = 4π
2
n
2
mR
n: số vòng quay trong một phút;
m: khối lượng tiểu phân chất kết tủa
R: bán kính vòng quay hay cánh tay đòn
F: lực ly tâm
 Tăng tốc độ lắng → tăng số vòng quay n
 Các máy ly tâm hiện nay thường có tốc độ 3000 vòng –
5000 vòng/phút
 Các máy siêu ly tâm: > 5000 vòng/phút
Phương pháp chia cắt pha
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Một pha → hai pha
 Đơn giản, dễ thực hiện
 Tiến hành sau khi chuyển pha

Ví dụ: Chiết hỗn hợp alcaloid từ quả Thuốc phiện
Bột quả Thuốc phiện
Dung môi (Chuyển pha bằng chiết)
Dòch chiết các alcaloid (Lỏng)
Kết tủa (Chia cắt pha)
Alcaloid ↓ Dung môi
Phương pháp chia cắt pha
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Tách hỗn hợp rắn
¾ Lắng đãi
¾ Chọn lọc cơ học
 Tách hỗn hợp lỏng
¾ Loại bớt dung môi: cô đặc, bay hơi
9 p suất thường
9 p suất giảm: máy cô quay
o Bình cất quay nối với bơm chân không
o Phần ngưng động cho chảy qua bình khác
o Quay làm tăng diện tích bề mặt bay hơi
o Ưu điểm: giảm sự oxy hóa chất tan, thu được tủa tinh thể thấm ít
dung môi
¾ Giảm khả năng hòa tan dung môi
9 Thay đổi nhiệt độ: tinh chế
9 Thêm chất lỏng không phải là dung môi vào dung dòch
9 Thêm chất rắn (phương pháp muối kết)
Phương pháp thẩm thấu và thẩm tích
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Thẩm thấu:
¾ Phương pháp chuyển pha. Chất tan chuyển từ pha A sang pha B có
thể hòa lẫn vào nhau nên cần có màng ngăn cách (màng thẩm thấu)
¾ Quá trình nội thẩm

(1): dd X trong nước; (2): nước
PV = nRT P = hdg
V: thể tích dung dòch có n phân tử
d: Khối lượng riêng của dung dòch
P: áp suất thẩm thấu
⇒ n/V = hdg/RT hay C = hdg/RT
1 2 1 2
1 2
h
Màngbánthấm
Ban đầu Nội thẩm Cân bằng
Quá trình nội thẩm
 Thẩm tích:
¾ Màng thẩm thấu cho các phân
tử nhỏ và trung bình đi qua
¾ Quá trình ngoại thẩm
Chiết (Ly trích
–
Extraction)
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Chiết là một phương pháp dùng dung môi (đơn hay hỗn hợp) để tách
lấy một chất hay một nhóm các chất từ hỗn hợp cần nghiên cứu
 Thường gặp: chiết hoạt chất từ dung dòch nước vào dung môi hữu
cơ
 Mục đích: đònh tính, đònh lượng, xác đònh cấu trúc
 Chiết là một phương pháp tách bằng chuyển pha dựa vào sự phân
bố của chất tan trong hai pha A và B
 Phân loại:
¾ Chiết lỏng – lỏng (liquid-liquid extraction, LLE)
¾ Chiết lỏng – rắn (liquid-solid extraction, LSE): kỹ thuật chiết pha

rắn (Solid phase extraction, SPE)
 Chiết có vai trò quan trọng trong kiểm nghiệm
Chiết lỏng - lỏng
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Hệ số phân bố
A
B
C
C
K =
C
A
, C
B
lần lượt là nồng độ S trong
pha A và B ở trạng thái cân bằng
- Hằng số ở một nhiệt độ xác đònh và trong những điều kiện lý tưởng
- Đặc trưng cho một chất tan và một cặp dung môi xác đònh A và B
- Phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, tính chất của chất tan và dung môi
K càng lớn, quá trình chiết càng hiệu quả
Ví dụ: Fe
3+
Pha A Pha B K
Ether etylic Nước + HF 0,001
Ether etylic Nước + HCl 99,0
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
K
S
1
(pha 1) <====> S

2
(pha 2)
K: hệ số phân bố
1
][
2
][
S
S
K =
-Pha1 (V
1
) có m mol chất tan S, được chiết bằng pha 2 (V
2
)
-q
1
là % S còn lại trong pha 1, nồng độ S trong pha 1:
1
1
V
qm
×
-(1-q
1
) là % S được chiết sang pha 2, nồng độ S trong pha 2:
2
)
1
1(

V
mq
×
−
Chiết lỏng - lỏng
1
1
2
)
1
1(
V
mq
V
mq
K
×
×−
=
21
1
1
KVV
V
q
+
=
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Tiến hành chiết lần 2:
2

)
21
(
1
1
21
1
2
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+
=
+
=
KVV
V
q
KVV
V
q
Sau n lần chiết với V
2

, S còn lại trong pha 1:
n
KVV
V
n
q
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
21
1
q luôn luôn nhỏ hơn 1, sau n lần chiết nào đấy tức là q
n

sẽ vô cùng nhỏ
và có thể coi như bằng 0
Ví dụ: Chất tan A trong nước - benzen có K = 3, có nồng độ 0,01 M trong
100 ml dung dòch nước
a) Chiết một lần với 500 ml benzen:
()
Chiết lỏng - lỏng
%2,6062,0
5003100
100
1
==
×+
=q
b) Chiết 5 lần mỗi lần với 100 ml dung môi
()
%1,0#00098,0
1003100
100
5
5
q =
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
×+
=

Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Chiết lỏng - lỏng
 Hệ số phân bố biểu kiến
(Hệ số phân chia D)
∑
∑
=
A
B
D
C
C
K
ΣC
B
, ΣC
A
: tổng nồng độ
các dạng khác nhau của
chất tan trong B và A
K
D
: không bắt buộc là hằng số
 B là một base hữu cơ:
BH
+
chỉ tồn tại trong pha nước BH
+
<=====> B + H
+

Pha 1: pha nước
Pha2: phaDMHC
11
2
][][
][
+
+
=
BHB
B
D
Ta có: ===> [B]
2
= K[B]
1
và
1
2
][
][
B
B
K =
1
1
][
][][
][
][][

+
+
+
+
×
=
×
=
BH
HB
BH
HB
K
a
][
+
+
×
=
HK
KK
D
a
a
Hệ số phân chia phụ thuộc vào pH
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Chiết lỏng - lỏng
 HA là một acid: HA <=====> H
+
+ A

-
A
-
không tồn tại trong pha hữu cơ
Pha 1: pha nước
Pha2: phaDMHC
Ta có: ===> [HA]
2
= K[HA]
1
và
Hệ số phân chia phụ thuộc vào pH
11
2
][][
][
−
+
=
AHA
HA
D
1
2
][
][
HA
HA
K =
1

][
][][
HA
HA
K
a
+−
×
=
][
][
+
+
+
×
=
HK
HK
D
a
 Hệ số phân bố biểu kiến
(Hệ số phân chia D)
∑
∑
=
A
B
D
C
C

K
ΣC
B
, ΣC
A
: tổng nồng độ
các dạng khác nhau của
chất tan trong B và A
K
D
: không bắt buộc là hằng số
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Chiết lỏng - lỏng
Ví dụ: Dung dòch nước của một amin 0,010 M có K = 3, K
b
= 1 x 10
-5
, 50 ml
dung dòch trên được chiết bằng 100 ml dung môi
a) Ở pH = 10,00
73,2
)100,1100,1(
)100,10,3(
109
9
=
×+×
××
=
−−

−
D
q =
+×
==
50
50 2 73 100
015 15%
(, )
,
b) Ở pH = 8,00
273,0
)100,1100,1(
)100,10,3(
89
9
=
×+×
××
=
−−
−
D
q =
+×
==
50
50 0 273 100
0 65 65%
(, )

,
So sánh:
pH Nồng độ amin còn lại
trong pha nước
10,00 0,0015 M
8,00 0,0065 M
0
-2
-4
-6
2 4 6 8 10 12
pH
Log D
BH
+
B
][
+
+
×
=
HK
KK
D
a
a
n
DVV
V
n

q
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
21
1
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Chiết lỏng - lỏng
 Hiệu suất chiết (độ chiết hay hệ số chiết):
AO
B
Q
Q
R
∑

=
Q
AO
: lượng chất tan S trong dung dòch nước ban đầu
ΣQ
B
: toàn bộ lượng Q
B
của S chiết được vào pha hữu cơ
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Các phương pháp chiết lỏng - lỏng
 Chiết đơn: hiệu suất chiết thấp
Hiệu suất chiết: với
 Chiết lặp: hiệu suất chiết cao hơn nhưng tốn nhiều thời gian, công sức
¾ Chiết n lần, V
B
ml dung môi/lần: với
¾ Chiết n lần, V
B
ml dung môi/n lần:
¾ Phòng thí nghiệm: chiết gián đoạn hay chiết liên tục
 Chiết ngược dòng: hiệu suất chiết rất cao, tách được nhiều chất
'1
1
1
k
R
+
−=
A

B
D
V
V
Kk ='
n
k
R
)'1(
1
1
+
−=
A
B
D
V
V
Kk ='
n
A
BD
V
V
n
K
R
⎥
⎦
⎤

⎢
⎣
⎡
+
−=
1
1
1
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Các phương pháp chiết lỏng - lỏng
Ngâm Đun hồi lưu Soxhlet
Chiết bằng máy có bộ
phận khuấy và nghiền
Bình ngấm kiệt Ngấm kiệt liên tục
Dụng cụ
dùng chiết
gián đoạn
và liên tục
Chiết ngược dòng
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Nguyên tắc: dung môi chiết và dung dòch chiết
chạy ngược chiều và tiếp xúc với nhau
 Mục tiêu: tách hai hay nhiều chất tan bằng một
loạt sự phân chia giữa hai pha lỏng – lỏng
 Chiết gián đoạn qua nhiều bước
 Chiết liên tục qua nhiều bước
Chiết gián đoạn qua nhiều bước
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
 Giả sử có hai chất tan A và B trong hỗn hợp AB đang tồn
tại ở pha dưới L (lower phase), được chiết bằng pha trên U

(upper phase)
 Ban đầu:
 [A] = 1 mM
 [B] = 1 mM
 D
A
= [A]
U
/[A]
L
= 4, D
B
= [B]
U
/[B]
L
= 1. Điều kiện cần
thiết cho sự tách riêng là hai chất phải có D hoàn toàn
khác nhau
Sơ đồ chiết gián đoạn qua nhiều bước
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Bước 0
Bước 1
Bước 2
Bước 3
U
0
L
0
U

0
L
1
mới
U
1
mới
L
0
U
2
mới
L
0
U
1
L
1
U
0
L
2
mới
U
3
mới
L
0
U
2

L
1
U
0
L
3
mới
U
1
L
2
Chiết gián đoạn qua nhiều bước
Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM

Pha A (mM) B (mM)
Bước 0: Ống 0
U
0
0,8 0,5
L
0
0,2 0,5
Bước 1: Ống 0
U
1
(mới) 0,16 0,25
L
0
0,04 0,25

Ống 1
U
0
0,64 0,25
L
1
(mới) 0,16 0,25
Bước 2:
Pha U
0
được chuyển vào ống có L
2
mới
Pha U
1
được chuyển vào ống có L
1
cũ
Pha U
2
mới được đổ lên pha L
0
cũ

Sau khi cân bằng ở mỗi ống sự phân chia theo D
A
= 4, D
B
= 1
Chiết gián đoạn qua nhiều bước

Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Số ống (r)

0 1 2 3 4 5
Pha trên
(A)
0
Pha
trên
(B)
0

Số
bước
(n)
Pha dưới
(A)
1
Pha
dưới
(B)
1

(A)
0,8
(B)
0,5
0
(A)
0,2

(B)
0,5

(A)
0,16
(B)
0,25
(A)
0,64
(B)
0,25
1
(A)
0,04
(B)
0,25
(A)
0,16
(B)
0,25

(A)
0,032
(B)
0,125
(A)
0,256
(B)
0,25
(A)

0,512
(B)
0,125
2
(A)
0,008
(B)
0,125
(A)
0,064
(B)
0,25
(A)
0,128
(B)
0,125

(A)
0,0064
(B)
0,0625
(A)
0,0768
(B)
0,1875
(A)
0,3072
(B)
0,1875
(A)

0,4096
(B)
0,0625
3
(A)
0,0016
(B)
0,0625
(A)
0,0192
(B)
0,1875
(A)
0,0768
(B)
0,1875
(A)
0,1024
(B)
0,0625

(A)
0,00128
(B)
0,03125
(A)
0,02048
(B)
0,125
(A)

0,12288
(B)
0,1875
(A)
0,32768
(B)
0,125
(A)
0,32768
(B)
0,03125
4
(A)
0,00032
(B)
0,03125
(A)
0,00512
(B)
0,125
(A)
0,03072
(B)
0,1875
(A)
0,08192
(B)
0,125
(A)
0,08192

(B)
0,03125

(A)
0,000256
(B)
0,15625
(A)
0,00512
(B)
0,078125
(A)
0,04096
(B)
0,15625
(A)
0,16384
(B)
0,15625
(A)
0,32768
(B)
0,078125
(A)
0,262144
(B)
0,015625
5
(A)
0,000064

(B)
0,15625
(A)
0,00128
(B)
0,078125
(A)
0,01024
(B)
0,15625
(A)
0,04096
(B)
0,15625
(A)
0,08192
(B)
0,078125
(A)
0,065536
(B)
0,015625
S*
(A)
0,00032
(B)
0,03125
(A)
0,0064
(B)

0,15625
(A)
0,0512
(B)
0,3125
(A)
0,2048
(B)
0,3125
(A)
0,4096
(B)
0,15625
(A)
0,32768
(B)
0,03125

Phân chia ngược dòng của A và B
S: % A hoặc B trong mỗi ống
sau 5 bước