Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối bằng phương pháp sắc kí ion

trường đại học công nghiệp tp.hồ chí minh
khoa công nghệ hóa học
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
bằng phương pháp sắc kí ion
GVHD:Th.s Trần Nguyễn An Sa
SVTH: Trương Công Hoàng 10051801
Giới thiệu
•
Nước muối được sử dụng trong công nghệ sản xuất xút-clo, bằng cách điện phân nước muối có màng ngăn. Nước muối chứa hàm
lượng lớn kim loại kiềm thổ tự do gây ảnh hưởng tới tuổi thọ màng và hiệu suất quá trình điện phân.
•
Vài năm gần đây, trong các thí nghiệm công nghiệp, người ta quan tâm tới việc xác định canxi và magiê trong nước muối.
•
Vào năm 1980, các nhà nghiên cứu tại Vulcan Chemical đã phát triển một phương pháp IC để xác định các kim loại kiềm thổ trong
nước muối có độ tinh khiết cao.
Giới thiệu
•
Phương pháp IC ( ion chcromatography) xác định hàm lượng thấp µg / L canxi và magiê trong nước muối natri clorua 30% . Cột tập
trung MetPac ™ , có ái lực mạnh với canxi và magiê, và có ái lực thấp đối với natri, được sử dụng để chọn lọc giữ lại ion canxi và
magiê trong nước muối. Ion canxi và magie được tách ra trên cột trao đổi cation IonPac CS12A và được phát hiện bằng đầu dò độ
dẫn.
Thuốc thử
•
Nước khử ion ( deionized water DI H
2
O), (thuốc thử loại 1, chịu được 18MΩ -cm hoặc hơn)
•
> 99% Methanesulfonic REX® II)
•
NaOH, dung dịch 50%
•

Nước muối (dung dịch NaCl 30%
Thiết bị
•
Hệ thống sắc kí ion bao gồm:
•
Bơm gradient GP40
•
Đầu dò độ dẫn CD20
•
LC20 sắc kí lỏng được trang bị một van tiêm Rheodyne phía sau
•
Bơm DQP ( P/N 35250) : bơm dung dịch HCl 1mM
•
LC10 sắc kí lỏng với một van tiêm ở phía sau
•
Chai nhựa chứa dung dịch rửa HCl 1mM
MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN
•
Cột tập trungTMC-1( P/N 49000)
•
Cột MetPac CC-1
•
Cột trao đổi cation: IonPac CS12A , 4x250 mm( P/N 46073)
•
Dung môi rửa giải: methanesunfonic acid 20mM
•
Tốc độ dòng dung môi: 1ml/ min
•
Dung dịch rửa HCl 1mM
•

Thời gian lưu: 35 phút
•
Thể tích mẫu: 100 µL
Chuẩn bị hóa chất
•
Dung dịch rửa gốc 1M HCl: cân 909,70 g nước khử ion (DI H
2
O) vào trong bình dung môi. Đuổi khí khoảng 5 phút. Cẩn thận thêm
90.3 ml thuốc thử HCl tinh khiết vào bình.
•
Dung dịch làm việc 1mM HCl: cân 999,0 g nước khử ion vào bình dung môi. Đuổi khí khoảng 5 phút. Thêm 1ml HCl 1M vào bình.
•
Điều chỉnh pH dung dịch mẫu: 500 mM NaOH: cân 960,00g nước khử ion vào bình dung môi chứa mẫu. Đuổi khí khoảng 5 phút.
Thêm 40,0 g NaOH 50% vào bình
•
Dung dịch chuẩn: dung dịch chuẩn gốc magie 1000 mg/l, canxi 1000 mg/l
•
Dung dịch mẫu: thêm 0,2 ml NaOH 500mM vào 9,8 ml mẫu
Chuẩn bị hóa chất
•
Dung môi rửa giải gốc: 1 M acid methanesulfonic
Cân 934,5 g nước khử ion vào bình dung môi. Đuổi khí khoảng 5 phút. Cẩn thận thêm 65,5 ml > 99% acid methanesunlfonic vào bình.
Nguyên tắc
•
Phân tích hàm lượng canxi và magie trong nước muối được thực hiện trong bốn bước:
1. Nạp mẫu vào vòng lặp
2. Đưa mẫu vào cột tập trung MetPac
3 - Loại bỏ các nền natri
4. Tách canxi và magiê
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối

•
Pít tông cao su màu đen trong ống tiêm nhựa dùng hút và đẩy mẫu vào vòng lặp ( loop) có thể nhiễm bẩn. Để giảm nhiễm
bẩn, đẩy mẫu vào vòng lặp, như thể hiện trong hình 1B.
•
Hút và đẩy mẫu từ từ để bọt không tạo thành. Vòng lặp nên nạp tràn đầy ít nhất 3 lần để đảm bảo nạp đầy dung lượng của
vòng (> 300 ml) .
•
Cột TMC nối giữa bơm DQP và Van Rheodyne 1(hình 1A) để loại bỏ lượng đáng kể canxi và magiê có mặt trong dung dịch mM 1
acid hydrochloric.
•
Mức độ nhiễm canxi và magiê trong dung dịch axit 1 mM hydrochloric phụ thuộc vào độ tinh khiết thuốc thử và nước khử ion.
•
Nếu có sự gia tăng đáng kể hàm lượng magiê và canxi, có khả năng cột TMC bị nhiễm bẩn. Để làm sạch TMC, rửa với khoảng
25-30 mL acit clohydric 1,5M.
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
Hệ thống ở chế độ chờ
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Nạp mẫu vào vòng lặp
Mẫu được tiêm vào cổng 6 và 1 của van
Rheodyn e 1 vào vòng lặp, và được xả ra ít
nhất 3 lần ở cổng 4 và 5 ,để đảm bảo nạp
đầy vòng lặp.
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Đưa mẫu vào cột tập trung MetPac và loại bỏ nền mẫu
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Đưa mẫu vào cột tập trung MetPac
•

Sau khi vòng lặp được nạp đầy, bơm DQP bơm dung dịch acid hydrochloric 1 mM đi vào hệ thống qua cột TMC , van Rheodyne 1 vào
vòng lặp chuyển mẫu ra khỏi vòng lặp và vào cột MetPac theo hướng ngược lại với nạp mẫu vào vòng lặp.
•
Mẫu nạp đầy cột tập trung MetPac , tại cột MetPac nền mẫu Natri được loại bỏ do ái lực yếu với cột, ion canxi và magie được giữ lại.
Hình 1C
•
Nền mẫu natri được loại bỏ từ cột MetPac với dung dịch axit hydrochloric 1 mM từ bơm DQP tốc độ chảy 2 ml / phút trong 20 phút.
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Chạy sắc kí tách canxi và magie
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Chạy sắc kí tách canxi và magie
•
Kích hoạt van 2 , cho dòng dung môi giải hấp qua cổng 2 và 1 vào cột MetPac , giải hấp canxi và magie trong cột. Dung môi giải hấp
lôi cuốn ion canxi và magie đi qua cổng 4 và 3 ( theo hướng ngược lại với đưa mẫu vào cột MetPac) ra khỏi van 2 vào cột phân tích
CG12A và CS12A .
•
Canxi và magie được tách riêng tại CG12A và CS12A .
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Lưu ý:
Để phân tích tối ưu canxi và magiê, pH mẫu phải được điều chỉnh đến 11,5. Ở giá trị pH cao, cột MetPac chọn lọc cation hóa trị hai tăng
lên. Tại giá trị pH thấp, lượng canxi và magiê thấp và không tuyến tính trong khoảng nồng độ được sử dụng cho phân tích này.
Ngay cả ở pH 11,5, cột MetPac có thể nhiễm natri. Để loại bỏ natri, cột MetPac được rửa sạch với axit clohydric 1mM.
Nồng độ acid hydrochloric cao gây giảm lượng canxi và magiê, trong khi nồng độ axit hydrochloric thấp tăng thời gian rửa giải.
Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Lưu ý:
Hàm lượng natri không ảnh hưởng tới sự phát hiện canxi và magiê ở nồng độ thấp

Xác định hàm lượng canxi và magie trong nước muối
•
Kết luận:
•
Phương pháp sắc kí ion áp dụng phân tích hàm lượng nhỏ canxi và magie µg/l trong nước muối bằng cách sử dung kĩ thuật
tiêm dòng, cho độ chính xác cao, loại bỏ được nền mẫu.
•
Hàm lượng 5 µg/l canxi và magie trong nước muối có thể định lượng dễ dàng.
Tài liệu tham khảo
•
Application Note 120- Determination of calcium and magnesium in brine