Khảo sát quy trình xác định đồng thời Cl, NO2, NO3, SO4 trong đất bằng phương pháp sắc ký ion

1

Họ và tên sinh viên: PHẠM THỊ NGỌC MINH.
MSSV: 10031951.
Chuyên ngành: Kỹ thuật phân tích.
Lớp: ĐHPT6.
1. Tên đề tài đồ án chuyên ngành: Khảo sát quy trình xác định đồng thời Cl
-
,
NO
2
-
, NO
3
-
, SO
4
-
trong đất bằng phương pháp sắc ký ion.
2. Nhiệm vụ:
- Tìm hiểu tổng quan lý thuyết về quy trình xác định đồng thời các anion
bằng phương pháp sắc ký ion.
- Tiến hành thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của quy trình xác
định đồng thời Cl
-
, NO
2
-
, NO
3
-

, SO
4
-
bằng phương pháp sắc ký ion.
- Kết luận về các điều kiện tối ưu của quy trình xác định đồng thời Cl
-
,
NO
2
-
, NO
3
-
, SO
4
-
bằng phương pháp sắc ký ion.
- Xác định hàm lượng Cl
-
, NO
2
-
, NO
3
-
, SO
4
-
trong đất
3. Ngày giao đồ án chuyên ngành: 18/11/2013.

4. Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành: 20/06/2014.
5. Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS.TRẦN THỊ THANH THÚY.


Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2013.


!"!#
$$$$$%%$$$$$
&'()!
!
*+, /012$345.56+
$$$$$%%$$$$$
2
LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt
thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Công Nghệ
Hóa Học – Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM đã cùng với tri thức và tâm
huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận
lợi cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Thanh Thúy đã tận tâm hướng dẫn
em trong suốt quá trình em thực hiện bài báo cáo đồ án tốt nghiệp. Nếu không có
những lời hướng dẫn trực tiếp, tận tình dạy bảo của cô thì em nghĩ bài báo cáo đồ
án này của em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm
ơn cô.
Con cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Ba Mẹ, vì đã
động viên và tạo điều kiện cho con được học tập thật tốt trong thời gian vừa qua.

Cuối cùng, mình xin cảm ơn tất cả các bạn đã chia sẻ, động viên và giúp đỡ
mình trong suốt thời gian học tập tại trường.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Sinh viên thực hiện
PHẠM THỊ NGỌC MINH
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:…………………………………………………………
• Nội dung thực hiện: ……………………………………………………
• Hình thức trình bày: ……………………………………………………
• Tổng hợp kết quả: ………………………………………………………
• Điểm bằng số:…………………Điểm bằng chữ:………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng……năm 2014
Giáo viên hướng dẫn
4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:…………………………………………………………
• Nội dung thực hiện: ………………………………………………………
• Hình thức trình bày: ………………………………………………………
• Tổng hợp kết quả: …………………………………………………………
Điểm bằng số:……………………… Điểm bằng chữ:………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng……năm 2014
Giáo viên phản biện
5
MỤC LỤC
6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
7
LỜI MỞ ĐẦU
Đất là tài sản của tự nhiên, có trước lao động và cùng với quá trình lịch sử phát
triển kinh tế - xã hội, đất là điều kiện lao động. Đất đóng vai trò quyết định cho sự tồn
tại và phát triển của xã hội loài người. Nếu không có đất thì rõ ràng không có bất kỳ
một ngành sản xuất nào, cũng như không thể có sự tồn tại của loài người. Đất là một

trong những tài nguyên vô cùng quý giá của con người, là điều kiện sống cho động vật,
thực vật và con người trên trái đất.
Môi trường đất không tồn tại độc lập với các môi trường khác, nó luôn tiếp xúc
trực tiếp với môi trường nước, không khí và sinh quyển. Vì thế, nếu môi trường đất bị
ô nhiễm sẽ làm ảnh hưởng đến các môi trường khác. Một số nguên nhân gây ô nhiễm
môi trường đất như: hiện tượng xói mòn đất, núi lửa phun trào, chất thải trong công
nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, … gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và các
loài sinh vật đang sống trên Trái Đất.
Vì vậy, chúng ta cần đề ra một số phương pháp để xác định hàm lượng các chất
gây ô nhiễm môi trường đất cũng như một số biện pháp để phòng chống, bảo vệ tài
nguyên đất quý giá. Đó cũng là lý do em chọn đề tài “Khảo sát quy trình xác định đồng
thời Cl
-
, NO
2
-
, NO
3
-
, SO
4
2-
trong đất bằng phương pháp sắc ký ion”.
8
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về sắc ký [1]
Phương pháp sắc ký được phát triển vào năm 1903 do nhà thực vật học người
Nga Michael C.Txvet. Ông thực sự là người đầu tiên có công tìm ra phương pháp, giải
quyết vấn đề tách các chất có tính chất giống nhau theo một cơ chế độc đáo, hoàn toàn
khác với phương pháp tách đã từng có trước đây, tuy nhiên phát hiện này đã bị lãng

quên nhiều năm.
Năm 1941, Martin và Synge đã phát triển sắc ký phân bố trên giấy và đưa ra lý
thuyết đĩa để giải thích các quá trình sắc ký, các tác giả đã ứng dụng để tách các
ancaloit từ các cây thuốc phục vụ cho chế tạo dược phẩm. Do có công trong việc phát
triển lý thuyết của phương pháp cho nên năm 1952 hai ông được nhận giải thưởng
Nobel về hoá học.
Cũng từ năm 1952 những máy sắc ký mới ra đời tỏ ra có ưu thế do có hiệu quả
tách rất cao. Cột mao quản và các detector sau này được cải tiến tăng độ phân giải và
độ nhạy của phương pháp người ta có thể phân tích được các chất có hàm lượng nhỏ
(ppm và ppb). Từ đây phương pháp được phát triển nhanh, ứng dụng được nhiều trong
thực tế.
Về sắc ký lỏng, một kỹ thuật mới được phát hiện từ năm 1970 làm tăng hiệu quả
tách đó là sắc ký lỏng hiệu năng cao (high performance lipuid chromatography -
HPLC): Chất nhồi cột được cải tiến, máy tính và thiết bị bổ trợ được đưa vào, tăng
cường khả năng của phương pháp.
Ngày nay kỹ thuật ghép nối giữa sắc ký và các phương pháp khác được áp dụng.
Đó là kỹ thuật ghép nối giữa sắc ký và khối phổ (GC-MS), sắc ký và cộng hưởng hạt
nhân, sắc ký đa chiều, sắc ký điện mao quản (CEC) Phương pháp có độ chính xác và
độ nhạy rất cao, phân tích được nhiều đối tượng phức tạp hơn.
9
777845495:;.5<=49.5>.?@+AB
Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tích trên
hai pha: một pha thường đứng yên có khả năng hấp thụ chất phân tích gọi là pha tĩnh,
một pha di chuyển qua pha tĩnh gọi là pha động; do các cấu tử chất phân tích có ái lực
khác nhau với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau.
77C5D4,23E+>+.5<=49.5>.?@+AB
1.1.2.1. Phân loại theo hệ pha
Phương pháp đầu tiên được nhiều người quan tâm, đây là phương pháp phân loại
đơn giản theo hệ pha, tức là chất phân tích phân bố giữa hai pha là gì?
Hình 1. 1. Sơ đồ phân loại các phương pháp sắc ký

10
1.1.2.2. Phân loại theo cơ chế tách
1.1.2.2.1. Sắc ký hấp thụ
Sắc khí hấp thụ là phương pháp dựa trên cơ sở phân bố chất phân tích giữa pha
tĩnh và pha động nhờ tương tác phân tử thông qua các trung tâm hấp thụ. Pha tĩnh là
các chất rắn hoặc lỏng có diện tích bề mặt lớn, bền vững về mặt hoá học. Chúng hấp
thụ chất phân tích trên bề mặt của chúng ở các mức độ khác nhau khi cho pha động
chứa chất phân tích tiếp xúc với chúng. Tuỳ thuộc lực liên kết giữa pha tĩnh và từng
cấu tử chất phân tích có trong pha động, khi cho pha động đi qua pha tĩnh chúng sẽ di
chuyển với tốc độ khác nhau.
1.1.2.2.2. Sắc ký phân bố lỏng - lỏng
Sự phân biệt giữa sắc ký phân bố lỏng-lỏng và sự phân bố thông thường là ở chỗ
sắc ký phân bố lỏng - lỏng còn được gọi là sắc ký chiết, pha tĩnh là chất lỏng, pha động
cũng là chất lỏng, sự phân bố chất phân tích giữa hai pha lỏng giống như quá trình
chiết, còn sự phân bố nói chung là sự phân chia chất phân tích vào hai pha không cần
xét tới lỏng hay rắn.
Điểm khác nhau cơ bản giữa sắc ký phân bố lỏng - lỏng và sắc ký hấp phụ là: sắc
ký phân bố lỏng - lỏng có đường đẳng nhiệt tuyến tính ở khoảng nhiệt độ lớn, phương
pháp có độ nhạy cao nhưng có nhược điểm là pha tĩnh không được bền vững, hiện
tượng trôi mất pha tĩnh làm cho độ lặp lại bị giảm.
1.1.2.2.3. Sắc ký ion (trao đổi ion)
Pha tĩnh thường là pha rắn có khả năng trao đổi ion của nó với các chất phân tích
trong pha động. Chất có khả năng trao đổi cation gọi là cationit, còn chất có khả năng
trao đổi anion gọi là anionit. Lực liên kết chủ yếu giữa chất phân tích và pha tĩnh chủ
yếu là liên kết tĩnh điện, phụ thuộc nhiều vào điện tích của ion chất phân tích, pH của
dung dịch và bán kính hidrat hoá của các ion chất phân tích. Ví dụ: phản ứng trao đổi
ion giữa cationit acid mạnh và Ca
2+
có thể viết như sau:
11

2R-SO
3
H + Ca
2+
= (R-SO
3
)
2
Ca + 2H
+
Phản ứng của anionit bazo mạnh với Cr :
R-N(CH
3
)
3
OH + Cr = R-N(CH
3
)
3
Cr + 3OH
-
1.1.2.2.4. Sắc ký rây phân tử
Pha tĩnh là các chất rắn có diện tích bề mặt lớn, xốp, có những đường đi trong
lòng chất rắn, còn gọi là mao quản có kích thước cở phân tử. Các phân tử chất phân
tích có thể thấm vào chất đó ở mức độ khác nhau tuỳ theo kích thước của chúng. Các
chất phân tích có kích thước lớn không thể đi vào sâu vào pha tĩnh được, sẽ bị rửa giải
nhanh còn các phân tử chất phân tích có kích thước nhỏ phân bố sâu vào pha tĩnh sẽ bị
rửa giải chậm. Thứ tự rửa giải là các chất có kích thước nhỏ đi ra sau và ngược lại.
Thời gian lưu của các chất tỷ lệ nghịch với kích thước phân tử của chúng. Tuy nhiên
chất phân tích có thể có tương tác khác với pha tĩnh. Như vậy, một phép sắc ký có thể

tách theo một hay nhiều cơ chế khác nhau mà chúng ta không xét ở đây.
1.1.2.3. Phân loại theo cách hình thành sắc đồ
1.1.2.3.1. Phân tích tiền lưu
Các cấu tử A, B, C có ái lực với pha tĩnh là A < B < C. Cho hỗn hợp chất phân
tích liên tục đi qua cột, chất phân tích có ái lực với pha tĩnh thấp nhất đi ra trước, tiếp
theo là chất có ái lực yếu hơn. Tuy nhiên do chúng ta cho liên tục chất phân tích vào
nên đi sau A là A + B và A + B + C. Chỉ có một phần chất tinh khiết A đi trước.
12
Hình 1. 2. Sắc ký đồ phân tích tiền lưu
1.1.2.3.2. Phân tích thế đẩy
Trong sắc ký này, chúng ta cũng nạp lượng nhỏ hỗn hợp chất phân tích A, B, C
vào cột sau đó cho chất D là chất đẩy liên tục đi qua cột. Ái lực hấp thụ là A < B < C <
D. Do D đẩy C, C lại đẩy B, B lại đẩy A nên sắc đồ có dạng như sau:
Hình 1. 3. Sắc ký đồ phân tích thế đẩy
1.1.2.3.3. Phân tích rửa giải
Đưa một lượng nhỏ mẫu bao gồm các chất A, B, C vào cột sau đó dùng chất E có
ái lực hấp thụ với pha tĩnh yếu nhất để rửa giải liên tục. Cả A, B, C, E đều tan tốt trong
pha động. Thứ tự ái lực hấp thụ là E < A < B < C. Một câu hỏi đặt ra làm sao E có ái
lực hấp thụ yếu nhất với pha tĩnh lại có thể rửa giải A, B, C? Để trả lời câu hỏi này,
chúng ta hình dung là sự tranh chấp những trung tâm hoạt đông ở pha tĩnh không phải
chỉ có một cấu tử chất phân tích tương tác với cấu tử chất rửa giải mà ở đây có thể có
nhiều cấu tử rửa giải tham gia (cấu tử có thể là ion hoặc phân tử).
Giả sử có chất tan C (phân tử hoặc ion) đã hấp thụ vào pha tĩnh, để phân bố C trở
lại pha động phải cần tới nhiều cấu tử rửa giải E. Quy luật ưu thế số đông xem ra có tác
dụng. Vì vậy khi rửa giải người ta thường dùng chất rửa giải có nồng độ lớn hơn chất
phân tích rất nhiều.
13
Hình 1. 4. Sắc ký đồ phân tích rửa giải
Tóm lại, một phép sắc ký nhìn theo cách phân loại nào cũng có thể liên quan đến
một hay nhiều cách phân loại khác, thí dụ ở sắc ký lỏng - rắn chỉ đơn giản là pha tĩnh là

chất rắn, pha động là chất lỏng theo cách phân loại theo liên kết pha nhưng theo cách
phân loại theo cơ chế thì lỏng - rắn ở đây có thể là hấp phụ, trao đổi ion. Tuỳ theo pha
tĩnh sử dụng, sắc ký lớp mỏng có thể là sắc ký trao đổi ion, hấp phụ, phân bố, rây phân
tử. Ngược lại, sắc ký hấp phụ xét về mặt tương tác pha có thể thuộc loại sắc ký rắn hay
lỏng - rắn.
Sắc ký rửa giải có ứng dụng nhiều trong lĩnh vục phân tích do hiệu quả tách cao.
77F>+,0+,EG4AHIIJ249?@+AB
Trong hệ sắc ký có ba thành phần chủ yếu quyết định sự tồn tại của hệ: chất phân
tích, pha tĩnh, pha động tạo nên sự phân bố cần thiết, giúp cho sự di chuyển các chất
phân tích dọc theo chiều dài cột với tốc độ khác nhau. Chúng ta thường nói chất phân
tích phân bố giữa hai pha, tuy nhiên đây là cân bằng động, chất phân tích luôn thay đổi
pha liên kết (trừ một số trường hợp đặc biệt nó chỉ ở một pha trong suốt quá trình phân
tích) vấn đề là tại sao chất phân tích được giữ trong pha tĩnh? Hơn nữa ba thành phần
này tương tác như thế nào với nhau, bằng các lực liên kết nào mà kết quả các chất phân
tích lại phân bố vào pha tĩnh ở mức độ khác nhau? Câu trả là do bản chất các của các
thành phần trong hệ sắc ký. Chất phân tích có thể là ion, phân tử trung hoá hay chất
14
phân cực, đối tượng liên kết của nó cũng có thể là ion, phân tử, chất phân cực. Như
vậy, tùy thuộc vào độ lớn của điện tích, kích thước phân tử, độ phân cực mà chúng
tương tác với nhau theo các lực liên kết khác nhau. Người ta chia các lực liên kết thành
bốn loại:
1.1.3.1. Lực liên kết ion
Trên bề mặt pha tĩnh có các trung tâm hoạt động là ion. Đó là các phần tử có khả
năng phân ly tạo thành các ion, tạo nên trung tâm hoạt động ion chung tham gia liên
kết với các ion chất phân tích trong dung dịch theo lực tương tác tĩnh điện gọi là liên
kết ion. Để giữ các anion chất phân tích trong dung dịch, pha tĩnh cần có các trung tâm
cation trên bề mặt, và ngược lại để giữ các cation, chất phân tích trong dung dịch pha
tĩnh cần có các trung tâm anion cũng tương tự, pha động cũng có các trung tâm hoạt
động là các ion, chúng tham gia tương tác với chất phân tích và pha tĩnh. Chúng có khả
năng phân li trong dung dịch tạo thành các cation và anion. Thí dụ khi rửa giải các ion

kim loại trên cột cationit, ta có thể dùng pha động là dung dịch HC1 loãng. Các
phương pháp sắc ký thường gặp có sự tham gia của các liên kết ion gọi là sắc ký ion,
sắc ký cặp ion.
1.1.3.2. Lực phân tử
Trong phân tử chất phân tích, chất rửa giải trong pha động cũng như các phân tử
trên bề mặt pha tĩnh có các trung tâm phân cực, chúng có thể là các lưỡng cực điện cố
định, cũng có thể là các lưỡng cực điện do cảm ứng. Các trung tâm phân cực của chất
này liên kết với trung tâm phân cực của chất khác bằng lực liên kết phân cực. Sự phân
cực trong các phân tử đôi khi rất nhỏ và sự chênh lệch về độ phân cực cũng rất nhỏ.
Tuy nhiên, sự chênh lệch này là yếu tố quan trọng để có độ bền liên kết khác nhau, đó
là điều cần thiết để phân chia chúng trong các phép tách sắc ký.
Thí dụ: các Cresol (o-, m-, p- cresol) chỉ khác nhau về vị trí nhóm CH
3
- trong
phân tử. Chính sự khác nhau về vị trí này làm cho mật độ electron trong phân tử cresol
15
khác nhau tạo nên một sự khác biệt nhỏ về độ phân cực, từ đó lực liên kết với pha tĩnh
khác nhau. Là nguyên nhân chênh lệch thời gian lưu trong quá trình sắc ký.
1.1.3.3. Lực Van-der-Van (lực phân tán)
Lực này có bản chất điện, tuy nhiên không hề có cực điện trong mạng lưới phân
tử, cũng không liên quan tới phân tử lưỡng cực hay cố định. Tương tác phân tán điển
hình là mạch hidrocacbon, nó là tương tác phân tử .
Thí dụ n-heptan là chất lỏng chứ không phải là chất khí sự tương tác giữa các
phân tử n-heptan là lực phân tán đủ lớn để giữ chất này ở trạng thái lỏng. Để tách các
hidrocacbon người ta dùng hidrocacbon khác làm pha tĩnh.
1.1.3.4. Lực tương tác đặc biệt
Lực tương tác đặc biệt là lực tương tác tạo thành do các liên kết hydro, liên kết
cho nhận mà có. Sự hình thành liên kết giữ nguyên tử hidro và các nguyên tử có độ âm
điện cao như O, N, F gọi là liên kết hidro. Khi tham gia liên kết, các electron còn gọi
là đám mây electron chuyển dịch sang nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Như vậy, các

nguyên tử có độ âm điện cao hơn, liên kết hidro càng bền chặt.
77K*I?LM3E,<N49+=OP4IJ249.5D4IQ+5?@+ABRFS
1.1.4.1. Hệ số phân bố
Cân bằng của một cấu tử X trong hệ sắc ký có thể được mô tả bằng phương trình
như sau:
X
pha động
X
pha tĩnh
Hằng số cân bằng K cho cân bằng này được gọi là tỉ lệ phân bố hay hằng số phân
bố (partition coefficient) và được tính như sau:
Trong đó: C
S
: nồng độ cấu tử trong pha tĩnh.
16
C
M
: nồng độ cấu tử trong pha động.
Hệ số K tùy thuộc vào bản chất pha tĩnh, pha động và chất phân tích.
1.1.4.2. Thời gian lưu
Thời gian lưu của một chất là thời gian tính từ khi bơm mẫu vào cột cho đến khi
chất đó ra khỏi cột đạt giá trị cực đại.
Thời gian lưu của mỗi chất là hằng định và các chất khác nhau thì thời gian lưu sẽ
khác nhau trên cùng một điều kiện sắc ký đã chọn .Vì vậy thời gian lưu là đại lượng để
phát hiện định tính các chất. Thời gian lưu phụ thuộc vào các yếu tố:
- Bản chất sắc ký của pha tĩnh.
- Bản chất, thành phần, tốc độ của pha động.
- Cấu tạo và bản chất phân tử của chất tan.
- Trong một số trường hợp thời gian lưu còn phụ thuộc vào pH của pha động.
Trong một phép phân tích nếu t

r
nhỏ quá thì sự tách kém, còn nếu t
r
quá lớn thì
peak bị doãng và độ lặp lại của peak rất kém, thời gian phân tích rất dài đồng thời kéo
theo nhiều vấn đề khác như hao tốn dung môi, hoá chất, độ chính xác của phép phân
tích kém. Để thay đổi thời gian lưu chúng ta dựa vào các yếu tố trên đã trình bày.
Trong đó: t
R
: thời gian lưu của một cấu tử từ khi vào cột đến khi tách ra khỏi cột.
t
O
: thời gian pha động đi từ đầu cột đến cuối cột và còn gọi là thời gian
lưu chết.
t
R’
: thời gian lưu thật của một cấu tử.
17
Hình 1. 5. Thời gian lưu của cấu tử phân tích
1.1.4.3. Hệ số dung lượng K’
Hệ số dung lượng của một chất cho biết khả năng phân bố của chất đó trong hai
pha cộng với sức chứa cột tức là tỷ số giữa lượng chất tan trong pha tĩnh và lượng chất
tan trong pha động ở trong thời điểm cân bằng.
Nếu K’ nhỏ thì t
R
cũng nhỏ và sự tách kém. Nếu K’ lớn thì Peak bị doãng. Trong
thực tế K’ từ 2 - 5 là tối ưu, nhưng khi phân tích một hỗn hợp phức tạp, K’ có thể chấp
nhận trong khoảng rộng 1 - 20.
1.1.4.4. Số đĩa lý thuyết N
Số đĩa lý thuyết là đại lượng biểu thị hiệu năng của cột trong một điều kiện sắc ký

nhất định. Mỗi đĩa lý thuyết trong cột sắc ký giống như là một lớp pha tĩnh có chiều
cao là H. Tất nhiên lớp này có tính chất động tức là một khu vực của hệ phân tách mà
trong đó một cân bằng nhiệt động học được thiết lập giữa nồng độ trung bình của chất
tan trong pha tĩnh và pha động. Bề dày H phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Đường kính và độ hấp phụ của hạt pha tĩnh.
- Tốc độ và độ nhớt (độ phân cực) của pha động.
- Hệ số khuyếch tán của các chất trong cột.
18
Vì vậy với một điều kiện sắc ký xác định thì chiều cao H cũng hằng định đối với
một chất phân tích và số đĩa lý thuyết của cột cũng được xác định. Số đĩa lý thuyết N
được tính theo công thức sau:
Trong đó: t
R
: Thời gian lưu của chất phân tích.
W
1/2
: Độ rộng tại điểm 1/2 của Peak.
Trong thực tế N nằm trong khoảng 2500 đến 5500 là vừa đủ. [9]
1.1.4.5. Độ chọn lọc
Độ chọn lọc cho biết hiệu quả tách của hệ thống sắc ký, khi hai chất A, B có K’
A
và K’
B
khác nhau thì mới có khả năng tách, mức độ tách biểu thị ở độ chọn lọc.
Với điều kiện K’
B
> K’
A,
càng khác 1 thì khả năng tách càng rõ ràng.
1.1.4.6. Độ phân giải

Độ phân giải là đại lượng biểu thị độ tách của các chất ra khỏi nhau trên một điều
kiện sắc ký đã cho. Đây là đại lượng biểu thị rõ cả ba khả năng của cột sắc ký: sự giải
hấp, sự chọn lọc và hiệu quả tách. Độ phân giải của hai peak cạnh nhau phải được tính
theo công thức sau:
Trong thực tế nếu các peak cân đối (Gass) thì độ phân giải tối thiểu để 2 peak
tách là R = 1,0. Trong phép định lượng R = 1,5 là phù hợp. Nếu R nhỏ thì các peak
chưa tách hẳn, việc tính toán diện tích peak sẽ không chính xác, lúc này phải tìm cách
tăng R theo ba cách sau:
- Làm thay đổi K’ bằng cách thay đổi lực rửa giải của pha động (thay đổi độ
phân cực nếu là RP - HPLC, thay đổi cường độ ion nếu là IE - HPLC ).
19
- Làm tăng số đĩa lý thuyết của cột bằng cách dùng cột dài hơn hoặc cột có
kích thước nhỏ hơn.
- Làm tăng độ chọn lọc α bằng cách dùng cột khác phù hợp hơn với quá trình
tách hoặc thay đổi thành phần pha động.
Nếu R lớn quá thì thời gian phân tích sẽ lâu, tốn nhiều pha động, độ nhạy sẽ kém.
Để khắc phục ta có thể thay đổi hệ pha động hay dùng chương trình Gradient dung
môi. Tuy nhiên trong quá trình chạy sắc ký dùng chương trình dung môi thì một số pha
động có tỷ lệ thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi đường nền làm ảnh hưởng rất lớn đến
thời gian lưu và diện tích của các peak ta phân tích.
Trong thực tế nên hạn chế sử dụng chương trình Gradient dung môi mà chủ yếu
là chúng ta phải tìm được hệ pha động rửa giải phù hợp, đáp ứng các yêu cầu trong quá
trình phân tích.
1.1.4.7. Hệ số không đối xứng T
Hệ số không đối xứng T cho biết mức độ không đối xứng của peak trên sắc ký đồ
thu được. T được tính bằng tỷ số độ rộng của hai nửa peak tại điểm 1/10 chiều cao
peak:
Peak dạng đôi xứng hình Gauss trên thực tế khó đạt được vì vậy phải quan tâm
đến hệ số không đối xứng T:
Khi T ≤ 2,5 thì phép định lượng được chấp nhận.

Khi T > 2,5 thì điểm cuối của peak rất khó xác định, vì vậy phép định lượng cần
phải thay đổi các điều kiện sắc ký để làm cho peak cân đối hơn theo các cách sau:
- Làm giảm thể tích chết tức là đoạn nối từ cột đến đầu dò.
- Thay đổi thành phần pha động sao cho khả năng rửa giải tăng lên.
- Giảm bớt lượng mẫu đưa vào cột bằng cách pha loãng mẫu hay giảm thể
tích tiêm mẫu.
20
1.2. Tổng quan về sắc ký ion
Phương pháp lý tưởng để phân tích các cation, anion, các chất phân cực đó là sắc
ký ion. Nó có thể để sử dụng để định lượng chính xác các chất trong khoảng độ rộng
của nồng độ. Tất cả các ion khác nhau có thể được phân tích tròn một phương pháp
đơn lẻ. sắc ký ion dễ dàng hoàn thành một cách tự động và giúp tiết kiệm thời gian và
giảm chi phí. Nhờ đó nó đáng tin cậy và chắc chắn, sắc ký ion được sử dụng trong
nhiều ứng dụng thuộc các lĩnh vực khác nhau.
7C7845495:;TUV491W49+X;.5<=49.5>.?@+ABE24
Sắc ký trao đổi ion (IC) là quá trình phân tích dựa trên cơ sở của sự trao đổi thuận
nghịch, đúng tỷ lượng các ion trong dung dịch và các ion trong ionit. Nguyên tắc của
sắc ký trao đổi ion dựa trên hiện tượng trao đổi thuận nghịch giữa các ion linh động
của pha tĩnh rắn với các ion trong dung dịch, khi cho dung dịch này đi qua cột được
nạp đầy pha tĩnh (chất trao đổi ion – ionit). Bản chất của quá trình tách là do ái lực
khác nhau của ion trong dung dịch đối với các trung tâm trao đổi ion của ionit. [3]
Ứng dụng của phương pháp sắc ký trao đổi ion:
- Tách và xác định các ion hoặc các hợp chất có thể ion hóa.
- Thích hợp cho xác định đồng thời các ion trong hỗn hợp với hàm lượng
thấp.
- Xác định các anion hoặc cation vô cơ, axit hữu cơ, các amine, amino acid,
carbohydrate… trong nhiều loại mẫu khác nhau.
- Xác định các hợp chất ion trong lĩnh vực sinh học.
- Dùng trong xử lý, xác định các thành phần và kiểm tra, đánh giá chất lượng
nước, nước thải công nghiệp… (ví dụ: Khử ion, khử độ cứng và khử muối

của nước).
- Kiểm tra đánh giá các giai đoạn trung gian của các qui trình trong công
nghiệp (ví dụ: Tinh chế hóa chất như tinh chế HCl (loại Fe
3+
)).
21
- Tách các thành phần trong hỗn hợp trước khi phân tích bằng kỹ thuật quang
phổ hay khối phổ (ví dụ: Chuyển ion cần phân tích về dạng thích hợp với
phương pháp phân tích).
- Nhận dạng và khử các ion tạp (ví dụ: Đuổi ion cản trở).
7CCYZI32+X;5[I5L49?@+ABIJ;2M\EE24
Hình 1. 6. Thành phần cơ bản của máy sắc ký ion
7CF*I?L,23E?@+ABE24
1.2.3.1. Sắc ký trao đổi ion sử dụng suppressor
Suppressor được sử dụng thay thế giữa cột và detector như hình 1. 7. Khi
suppressor được sử dụng thì detector hầu như chắc chắn là detector độ dẫn.
22
Hình 1. 7. Sắc ký trao đổi ion sử dụng suppressor
Tác dụng của suppressor là làm tăng độ nhạy của anion, tuy nhiên cùng thời điểm
đó nền độ dẫn của dung môi rửa giải giảm rất thấp. Các bộ suppressor như nhau có thể
được sử dụng để làm tăng độ nhạy của axit hữu cơ sử dụng một kỹ thuật đã biết là
suppressor đảo. Hỗn hợp anion sẽ được tách bằng trao đổi ion và phát hiện bằng độ
dẫn. Yếu tố then chốt của kỹ thuật suppressor là loại bỏ các chất điện ly không mong
muốn trước khi đo độ dẫn. [6]
1.2.3.2. Sắc ký trao đổi ion không sử dụng suppressor
Hình 1. 8. Sắc ký trao đổi ion không sử dụng suppressor
Sơ đồ trên biễu diễn một hệ thống sắc ký ion không suppressor. Mẫu được đưa
vào hệ thống qua vòng bơm mẫu trên injector. Khi tại vị trí bơm thì mẫu được bơm với
dung môi rửa giải trên cột và các mẫu ion được hút vào pha tĩnh được nạp vào cột.
23

Dung môi rửa giải được nạp giải hấp, các ion được giữ lại sau đó đi qua detector
(thông thường là detector độ dẫn) và được mô tả như là các peak trên sắc ký đồ. Trong
trường hợp cột trao đổi ion có khả năng trao đổi rất cao và eluent sử dụng ở nồng độ
pha loãng thì không cần suppressor. Loại nhựa thường được sử dụng là loại có dung
lượng khoảng 5equiv/g.
Với sắc ký anion: dung môi rửa giải là muối Na
+
hoặc K
+
của axit benzoic, p-
hydroxubenzoic hoặc phtalic như kali hydrogen phthalete, natri benzoate. Các dung
môi rửa giải này có độ dẫn thấp. Độ mạnh của dung môi rửa giải thay đổi theo sự thay
đổi pH (điện tích dung môi rửa giải nằm trong khoảng 0 đến -2) do đó có thể kiểm
soát. Trong một số trường hợp, dung môi rửa giải có thể là axit cacboxylic (ion hóa
yếu).
Với sắc ký cation: pha động sử dụng là HNO
3
loãng đối với ion hóa trị một và
muối ethylenediammonium đối với ion hóa trị 2. [6]
7CK5;I:45IJ249?@+ABE24R7S
1.2.4.1. Ionit
Ionit là hợp chất polymer vô cơ và hữu cơ không tan có chứa nhóm hoạt động,
bao gồm ionit vô cơ tự nhiên (nhóm zeolite, nhóm đất sét, nhóm glauconit, ) ionit vô
cơ tổng hợp (các xenlulose như permunit, zeolite), ionit hữu cơ tự nhiên và các ionit
hữu cơ tống hợp, được gọi là nhựa trao đổi ion.
Các ionit vô cơ và hữu cơ tự nhiên ít được sử dụng trong thực tế vì có độ bền cơ,
độ bền hóa và khả năng trao đổi ion thấp, được sử dụng nhiều nhất là các ionit hữu cơ
tổng hợp chứa nhựa trao đổi ion.
Nhựa trao đổi ion được cấu tạo hợp chất polymer hữu cơ gồm các sườn
hydrocarbon có mang các nhóm chất hoạt động, các nhóm chức này nối với các ion

linh động bằng lực hút tĩnh điên. Có hai loai nhựa chính: cation (nhựa trao đổi cation),
anion (nhựa trao đổi anion). Ngoài ra cón có các loại ionit đặc biệt như ionit lưỡng tính
24
(trao đổi cả anion và cation), ionit có chứa nhóm tạo phức, ionit chứa nhóm oxy hóa
khí, ionit lỏng và cả màng trao đổi ion.
Bảng 1. 1. Một số loại nhựa trao đổi ion
Tên nhựa
trao đổi ion
Tính acid –
bazo
Nhóm hoạt động
Khoảng pH
hiệu quả
Khả năng trao đổi
trên resin khô
Nhựa SP Acid mạnh -SO
3
H 1 – 14 4 mmol H
+
/g
Nhựa CM Acid yếu -CH
2
-COOH 5 – 14 9 – 10 mmol H
+
/g
Nhựa QAE Bazo yếu -CH
2
-CH
2
-N

+
R
-
R
2
1 – 15 4 mmol OH
-
/g
Nhựa DEAE Bazo yếu -CH
2
-CH
2
-NR
2
1 - 9 4 mmol OH
-
/g
Ngoài ra còn có các ionit đặc biệt như:
- Ionit có nhóm tạo phức, trên mạng lưới của các ionit có những nhóm tạo
phức với một số loại ion nào đó.
- Ionit lưỡng tính, trên mạng lưới không gian của ionit lưỡng tính vừa chứa
nhóm chức bazo, vừa chữa nhóm chức acid. Ionit lưỡng tính được tổng
hợp bằng hai phương pháp: ngưng tụ và trùng hợp.
- Ionit redox là những ionit mà trong mạng lưới cao phân tử của nó có chứa
nhóm chức có khả năng trao đổi electron với các ion của dung dịch.
- Ionit lỏng là những hợp chất hữu cơ có tính acid hay bazo, không tan trong
nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ và có khả năng trao đổi các ion
linh động của mình với các ion trong dung dịch chất điện ly.
1.2.4.2. Cationit
Cationit là những ionit có chứa nhóm chức axit như –SO

3
-
, -CO
3
-
, -PO
3
-
,
-N(CH
2
CO
2
-
), được kí hiệu là R
(-)
H
(+)
trong đó R là gốc nhựa, vậy bộ khung của cationit
có nhóm chứa điện âm. Điện tích âm của khung bù vào điện tích dương của ion trái
dấu. Do các ion dương của cation có tính linh động (khác với nhóm chứa điện tích âm
25
của bộ khung) nên có thể chuyển vào dung dịch và có thể xảy ra phản ứng trao đổi với
lượng cation tương đương trong dung dịch. Hiện tượng trao đổi ion này dẫn đến thiết
lập cân bằng động giữa các cation có trong nhựa và cation có trong dung dịch được
biểu diễn như sau:
R
(-)
H
(+)

+ M
+
↔ R
(-)
M
(+)
+ H
+
Ngày nay loại cation dùng phổ biến nhất là cation dựa vào sự sunfon hóa các sản
phẩm đồng trùng hợp của các styrol và đivinylbenzen như các loại Dowek – 50,
Imberlite – 120…đặc điểm của cationit sunfonic là có độ bền cơ và hóa học cao, vận
tốc thiết lập cân bằng phản ứng trao đổi ion lớn.
Với các cationit người ta còn phân biệt cationit axit mạnh (có chứa nhóm –
SO
3
H), cationit axit trung bình (có chứa nhóm –PO
3
H) và cationit axit yếu (có chứa
nhóm -COOH).
1.2.4.3. Anionit
Anionit có dạng R
+
X
-
với nhóm hoạt động R
+
thường là nhóm amin. Do có nhóm
amin gắn trên mạng lưới cao phân tử nên anionit mang tính bazơ. Độ bazơ phụ thuộc
vào độ bazơ của nhóm amin (amin thẳng > ammoniac > amin thơm; amin bậc 4 > amin
bậc 3 > amin bậc 2 > amin bậc 1). Anionit phổ biến thường chứa amin bậc 4.

Anionit có thể được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ hoặc phương pháp
trùng hợp. Để tổng hợp anionit bằng phương pháp thứ nhất, người ta ngưng tụ amin
mạch thẳng hoặc amin thơm với formalin hoặc với halogenepoxy. Anionit ngưng tụ có
tính bazơ yếu, độ bền hóa học kém, không bền trong môi trường chứa các chất oxy
hóa.
Anionit được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp có tính bazơ mạnh, bền hóa
và bền nhiệt tốt lại đơn chức nên được sử dụng rộng rãi hơn anionit ngưng tụ. Quá
trình sản xuất anionit bằng phương pháp trùng hợp được tiến hành bằng cách trùng hợp
styrene hoặc dẫn xuất của styrene với divinylbenzene DVB (đã được clometyl hóa) và