CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH – CHIẾT
I- CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH
A. ĐỊNH NGHĨA-PHÂN LOẠI
1-

Định nghĩa

2-

Phân loại


Các phương pháp tách là các phương pháp hóa học, vật lý và hóa lý nhằm đi từ một hỗn

hợp phức tạp → hỗn hợp đơn giản → từng chất.

Phương pháp được thực hiện dựa trên sự khác biệt về:
 tính chất hóa học,
 tính chất vật lý
+ kích thước,
+ mật độ,
+ hình dạng,
+ ái lực hóa học giữa các thành phần trong 1 hỗn hợp.
+ khối lượng,

Trong ngành Dược, các đối tượng phân tích thường là những hỗn hợp phức tạp: cây thuốc,

thuốc, dịch cơ thể,…. → nhiều chất gây nhiễu → thường phải qua giai đoạn tách để loại để lấy
riêng chất cần định lượng.

Ví dụ:
 Xác định hàm lượng tinh dầu trong vỏ bưởi,
 Đinh lượng paracetamol trong nước tiểu, …
a. Cơ chế tách dựa vào
-i- Kích thước

-ii- Khối lượng và mật độ
-iii- Biến đổi
mộ t) Vật lý

trạng thái

hai) Hóa học
-iv- Tỉ lệ giữa các pha

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

b. Phương pháp tách
 Lọc
 Thẩm phân

 Sắc ký rây phân tử
 Ly tâm
 Chưng cất
 Thăng hoa
 Kết tinh lại
 Kết tủa
 Bay hơi
 Chiết
 Sắc ký

1

B. QUÁ TRÌNH TÁCH DỰA VÀO KÍCH THƯỚC
 Dựa vào vật liệu có lỗ mà qua đó chất cần phân tích hay chất nhiễu đi
qua.

1-

Phương pháp lọc (filtration)

 Tách pha lỏng khỏi pha rắn.
 Giữ tạp lại giấy lọc.
 Tách chất phân tích dạng kết tủa khỏi dung dịch.

a. Chất liệu dùng để lọc
-i- Khái niệm

Là những vật liệu dạng sợi hay dạng chất xốp dùng giữ chất rắn lại và cho chất lỏng đi
qua.
-ii- Các vật liệu lọc

mộ t)

Chất vô cơ



Dioxid silic

Amiang

Thủy tinh (phễu lọc
thủy tinh xốp/bông thủy
tinh):
 Chịu được acid và chất oxy
hóa
 Không chịu kiềm mạnh.
 Dễ vỡ

hai)


Chất hữu cơ

Cellulose (giấy lọc):

 Tan trong kiềm.
 Hấp thu 1 số chất.
 Không chịu chất oxy hóa mạnh.








Màng polymer:
là màng mỏng của hợp chất cao phân tử có lỗ rất nhỏ.
Có thể giữ cả vi khuẩn.
Không chịu được một số dung môi hữu cơ.
Ví dụ: màng lọc cellulose acetat (0.45 hay 0.22 m) lọc dung dịch
mẫu trước khi phân tích bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao.

b. Các kỹ thuật lọc
-i- Lọc ở áp suất thường

Phễu thủy tinh

Giấy lọc.
-ii- Lọc ở áp suất giảm (lọc chân không)

Phễu lọc thủy tinh xốp.

Cốc lọc thủy tinh xốp.


Dịch lọc hứng vào bình nón có vòi hút nối với bơm chân không.

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

2


2-








Phương pháp thẩm phân (dialysis)

Sự dụng màng bán thấm có cấu tạo từ cellulose:
lỗ hạt 1-5 nm.
Cho các phân tử nhỏ và trung bình đi qua.
Giữ lại các phân tử lớn.
Chất tan từ dung dịch trong pha A thấm qua màng sang pha B cho tới khi nồng độ của các

chất đó trong 2 pha bằng nhau.

Ứng dụng: tách protein, hormone, enzyme (kích thước lớn) ra khỏi dịch sinh học có chứa
các chất muối khoáng hòa tan (kích thước nhỏ, qua được màng thẩm tích)

3- Phương pháp sắc ký rây phân tử - sắc ký thẩm thấu gel (size-exclusion
chromatography)


Là kỹ thuật tách các chất tan dựa vào kích thước khác nhau của phân tử chất tan khi đi qua
lỗ trống các gel.


Các phân tử có kích thước nhỏ bị giữ lại trong các lỗ trống các gel nên chuyển động chậm
hơn các phân tử có kích thước lớn hơn (không bị giữ lại nên chuyển động nhanh hơn) khi đi qua
cột.

Các chất tan trong pha động khi đi qua gel này bằng kỹ thuật thẩm thấu.

Dùng trong sinh hóa, tách các phân tử có kích thước lớn: protein, các carbohydrate, …

C. PHƯƠNG PHÁP LY TÂM - QUÁ TRÌNH TÁCH DỰA VÀO KHỐI LƯỢNG VÀ TỶ
TRỌNG (CENTRIFUGATION)



Dùng sức ly tâm (lực ly tâm) để làm lắng tủa.
Lực ly tâm càng lớn, tốc độ lắng càng cao.
F=42n2mR.

F=1.12*R*

𝟐

𝒏
𝟏𝟎𝟎𝟎

 n: số vòng quay trong một phút (rpm)
 m: khối lượng tiểu phân chất kết tủa.
 R: bán kính vòng quay hay cánh tay đòn.

Tăng tốc độ lắng, tăng số vòng quay n.
Thành phần
Tế bào có nhân
Màng tế bào
Ty thể
Tế bào vi khuẩn
Tiêu bào
Màng vi khuẩn

Ribosome

Lực ly tâm (g)
1000
4000

Số vòng quay (n)
7 128
14 257

Thời gian (phút)
5

10

15 000

27 610

20

30 000

39 046

30

100 000

71 289

180


Ví dụ: tách hỗn hợp protein, AND, RNA khi mật độ của chúng khác nhau. Phân tử có mật
độ càng lớn càng lắng sâu xuống ống ly tâm. (mật độ: ARN>AND>protein).

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

3


D. QUÁ TRÌNH TÁCH DỰA VÀO BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI
1-




Trạng thái vật lý

a. Phương pháp cất
Lỏng  hơi.
Dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi.



b. Phương pháp thăng hoa

Rắn  hơi.


Phân lập acid amin từ sò hóa thạch và trầm tích biển sâu.


Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

4


c. Phương pháp kết tinh lại


Tinh chế chất rắn.

Dựa trên sự khác nhau rõ rệt về độ tan của các chất trong một dung môi ở các nhiệt độ khác nhau

Chất rắn được hòa tan với lượng dung môi nóng tối thiểu mà ở đó độ tan của chúng ở 2 trạng thái nóng &
lạnh khác nhau đáng kể

Quá trình làm lạnh sẽ giúp xuất hiện những mầm tinh thể kết tinh.

Chất rắn tinh khiết sau khi kết tinh lọc  tách ra khỏi hỗn hợprửa sạch lại loại bỏ tạp chất hòa
tansấy khô loại dung môi.



Nguyên tắc chọn dung môi:

 Không tương tác hóa học với chất cần tinh chế ở cả điều kiện nóng và lạnh.
 Hòa tan rất ít chất cần tinh chế khi làm lạnh.
 Chất phân cực dễ tan trong dung môi phân cực và ngược lại.


ứng dụng: trong tổng hợp hóa dược tinh chế làm sạch mẫu sau khi tổng hợp aspirin,
acetanilide, acid benzoic, …



2

Trạng thái hóa học
Tách ra bằng phản ứng hóa học tạo chất dễ bay hơi hay kết tủa, …

Chất phân tích/ Tạp chất
CO32NH4+
SO32S2-



Phản ứng hóa học
CO32-+2H3O+CO2+2H2O
NH4++OH-NH3+H2O
SO32-+2H3O+SO2+3H2O
S2-+2H3O+H2S+2H2O

Ví dụ: tách các chất bằng phản ứng tạo thành kết tủa

 Định lượng Cu trong hỗn hợp đồng thau có lẫn tạp chất là Sn.
 Hòa tan mẫu với acid mạnh, SnO2 được loại khỏi hỗn hợp bằng cách lọc.

E. QUÁ TRÌNH TÁCH DỰA VÀO TỶ LỆ GIỮA CÁC PHA
1-

Các phương pháp chiết (extraction)


Chiết là phương pháp dùng một dung môi (đơn/hỗn hợp) để tách lấy một chất hay một nhóm chất từ hỗn
hợp cần nghiên cứu.

Cơ chế tách: bằng chuyển pha dựa vào sự phân bố chất tan giữa hai pha Avà B không hòa tan lẫn được
vào nhau.


Thường gặp: chiết hoạt chất từ dung dịch nước vào dung môi hữu cơ

Mục đích: tách riêng từng phần hay hoàn toàn chất cần nghiên cứu ra khỏi các thành phần gây trở ngại có
trong mẫu
 xác định cấu trúc,
 định lượng, ...
 định tính
 vai trò quan trọng trong kiểm nghiệm



phân loại:

 chiết lỏng-lỏng
 chiết lỏng-rắn




 chiết rắn-lỏng
 chiết khí rắn

dung môi có tỷ trọng nhỏ hơn nước: ether, benzene, hydrocarbur, …

dung môi có tỷ trọng lớn hơn nước: chloroform, tetrachloride carbon, dichloroetan, …

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

5


2-

Phương pháp sắc ký


Sắc ký là một quá trình trong đó các chất tan được tách riêng ra bởi quá trình dịch chuyển
khác nhau về động lực học của các chất này trong một hệ thống >=2 pha.

Pha động:
 chuyển động một cách liên tục và theo một hướng nhất định.
 Các chất riêng biệt thể hiện linh độ khác nhau về:
+ sự phân bố,
+ điện tích,
+ độ hòa tan,
+ sự hấp phụ,

+ kích thước phân tử,
+ áp suất hơi.
 Chỉ có các phân tử pha động chuyển động dọc theo hệ sắc ký.

Các chất khác nhau có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh. Trong quá trình chuyển
động dọc theo hệ sắc ký hế lớp pha tĩnh này đến lớp pha tĩnh khác sẽ lặp đi lặp lại quá trình hấp
thụ và phản hấp thụ.

Hệ quả là các chất có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc ký
so với các chất thương tác yếu hơn pha này.

II- CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT

A. CHIẾT LỎNG-LỎNG
1-

Một số thông số sử dụng trong chiết lỏng-lỏng

a. Hệ số phân bố K

Lắc dung dịch A chứa chất tan S với dung môi B (dung môi chiết) thì khi quá trình phân bố
S vào 2 pha trên đã đạt tới trạng thái cân bằng có Hệ số phân bố K 

CB
CA

 CA, CB lần lượt là nồng độ S trong pha A và pha B ở trạng thái cân bằng.
 K:
+ Là hằng số ở một nhiệt độ xác định và trong những điều kiện lý tưởng
+ Đặc trưng cho một chất tan và một cặp dung môi xác định 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

VD: Fe3+
Pha A
Pha B
K

Ether etylic
nước + HF
0,001
Ether etylic
nước + HCl
99,0


Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

6




Giả sử chất tan được phân bố giữa hai pha
𝐾



S1 (pha 1)
S2 (pha 2)

[𝑆]1
 K=
[𝑆]2
 Pha 1 (thể tích V1) có chứa m mol chất tan S được chiết bằng pha 2 (thể tích V2)
𝑚 ∗𝑞 1
 Gọi q1 là % S còn lại trong pha 1, nồng độ S trong pha 1:
𝑉1

 (1-q1) là % S được chiết sang pha 2, nồng độ S trong pha 2:

(1 q )  m
1

V
V
2
1
 K
q 
q m
1
V

KV
1

1
2
V
1



(1 q )  m
1
V
2

Nếu loại pha 2 cũ đi và thay bằng pha 2 mới và lắc lại với pha 1, phần chất tan còn lại sau



V
V
1 q 
1

khi cân bằng (Tiến hành chiết lần 2): q 
2 V  KV 1  (V  KV ) 
1

2
2 
 1
n


V


1

Sau n lần chiết với V2, S còn lại trong pha 1: qn  


 V  KV  
2 
 1

2


q luôn luôn nhỏ hơn 1, sau n lần chiết nào đấy tức là qn 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

dịch nước
 Chiết một lần với 500 ml benzen: q1 

100
 0,062  6,2%
100  3  500
5



100
 Chiết 5 lần mỗi lần với 100 ml dung môi: q5  

  0,1%
 100  3 100


Nhận xét: “Chiết nhiều lần với lượng nhỏ tốt hơn chiết một lần với lượng lớn”

Bài toán:
 Chất B có hệ số phân bố giữa nước/ete là 2. Ban đầu có 200ml dung dịch B/nước.
 Hỏi phải chiết bao nhiêu lần, mỗi lần 100ml ete để lấy được hết B ra? (xem chiết kiệt khi
H = 99.9%)

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

7


b. Hệ số phân bố biểu kiến KD – hệ số phân chia D


Điều kiện không lý tưởng: K D  

CB

C

A

 CB, CA: tổng nồng độ các dạng khác nhau của chất tan trong B và A
 KD: không bắt buộc là hằng số

B là một base hữu cơ:


BH+ chỉ tồn tại trong pha nước BH+

 Pha 1: pha nước
 Pha 2: pha DMHC

<=====>

 Khi lắc 2 pha với nhau và khi cân bằng: D 
 Ta có: K 

B

+

H+

[ B]2
[ B]1  [ BH  ]1

[ B]  [ H  ] [ B]1  [ H  ]
[ B ]2
===>[B]2 = K[B]1 và K a 

[ BH  ]
[ BH  ]1
[ B]1

K  Ka
Ka  [H  ]
Hệ số phân chia phụ thuộc vào pH
HA là một acid và A không tồn tại trong dung môi hữu cơ.
Pha 1: nước
Pha 2: DMHC
HA = A+H+
[ HA]2
D 
[ A ]1  [ HA]1

 D








[ A ]  [ H  ]
Kx[ H  ]
[ HA]2

[HA]2=K[HA]1 VÀ K a 
D 
hệ số phân chia phụ thuộc pH
[ HA]1
Ka  [H  ]
[ HA]1

Ví dụ: Dung dịch nước của một amin 0,010 M có K = 3, Kb = 1 x 10-5, 50 ml dung dịch trên được chiết
bằng 100 ml dung môi  Lượng amin chiết vào pha hữu cơ ?
(3,0 1,0 109 )
 Ở pH = 10,00 D 
 2,73 ,

(1,0 109  1,0 1010 )
50
q
 0,15  15%
(50  2,73 100)
 K

 Ở pH = 8,00 D 
q



D

(3,0 1,0 109 )
 0,273 ,
(1,0 109  1,0 108 )

50
 0,65  65%
(50  0,273 100)
K  Ka ;
Ka  [H  ]

qn



V


1


 V  DV  
2 

 1

n

 So sánh:
pH
Nồng độ amin còn lại trong pha nước
10,00
0,0015 M
8,00
0,0065 M
+ ở pH 10 (tồn tại dạng [B] dễ bị chiết vào dung môi hữu cơ) lượng amin chiết được vào pha hữu cơ nhiều

hơn ở pH 8 (tồn tại dạng [BH+] nên được giữ lại pha nước).
Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

8


c. Hiệu suất chiết – độ chiết – hệ số chiết


R

Q

B

QAO

 QB: toàn bộ lượng QB của S chiết được vào pha hữu cơ
 QAO: lượng chất tan S trong dung dịch nước ban đầu

2-

Các phương pháp chiết lỏng-lỏng

a. Chiết đơn:

hiệu suất chiết thấp


Hiệu suất chiết: R  1 

1
1 k'

với k '  K D

𝑉
VB
hay 𝑘 ′ = 𝐾𝑃 𝐴
𝑉𝐵
VA


Trong phòng thí nghiệm, tiến hành chiết trong những bình gạn, lắc bằng tay hay lắc bằng
máy.
b. Chiết lặp


hiệu suất chiết cao hơn nhưng tốn nhiều thời gian, công sức

hệ số phân bố không đủ lớn, phải chiết nhiều lần.

sau khi chiết một lần, trong dung dịch còn lại một lượng chất tan đáng kể thì thường cho
vào một lượng dung môi chiết mới và chiết tiếp.
 Chiết n lần, VB ml dung môi/lần: R  1 

V
1
với k '  K D B

n
VA
(1  k ' )

 Chiết n lần, VB ml dung môi/n lần: R  1 

1
 K D VB 
1  n V 
A


n


Phòng thí nghiệm: chiết gián đoạn hay chiết liên tục

Dịch chiết được đun sôi liên tục để chu hồi dung môi chiết B và cho dung môi thu hồi liên
tục chảy vào dung dịch A cần chiết.

Tiết kiệm dung môi nhưng do dịch chiết bị đun nóng liên tục có thể làm biến đổi chất tan
S.

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

9


c. Chiết ngược dòng
 hiệu suất chiết rất cao, tách được nhiều chất


-i- Ngun tắc


dung mơi chiết và dung dịch chiết chạy ngược chiều và tiếp xúc với nhau chặt chẽ

q trình xảy ra liên tục
-ii- Mục tiêu

tách hai hay nhiều chất tan bằng một loạt sự phân chia giữa hai pha lỏng – lỏng
-iii- Phân loại

mợ t)

Chiết gián đoạn qua nhiều bước


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
 DA = [A]U/[A]L = 4, DB = [B]U/[B]L = 1.

Điều kiện cần thiết cho sự tách riêng là hai chất phải có D hồn tồn khác nhau
Bước 0:
Bước 1:

Bước 2:

Pha
A (mM)
B (mM)
U0
0,8
0,5
Ống 0 L0
0,2
0,5

U1 (mới)
0,16
0,25
Ống 0 L0
0,04
0,25
U0
0,64
0,25
Ống 1 L1 (mới)
0,16
0,25

Pha U0 được chuyển vào ống có L2 mới
Pha U1 được chuyển vào ống có L1 cũ
Pha U2 mới được đổ lên pha L0 cũ

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

10






Sau khi cân bằng ở mỗi ống sự phân chia theo DA = 4, DB = 1

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

11




Sau 5 bước gộp các ống 0, 1 và 2 vào lọ I và các ống 4 và 5 vào lọ II. Ta có:


 Mức độ tinh khiết của A: [A]/([A] + [B]) và B: [B]/([A] + [B])

Nhận xét: A càng ngày càng cách xa B khi số bước càng tăng

hai)


Chiết liên tục qua nhiều bước

Sơ đồ minh họa chiết ngược dòng liên tục từ sơ đồ chiết gián đoạn qua nhiều bước

 Với:
+ Pha trên U di động dọc theo pha dưới L bất động
+ Pha trên gọi là pha động MP (Mobile Phase)
+ Pha dưới gọi là pha tĩnh SP (Stationary Phase)
 Khi pha trên di động dọc theo pha dưới:
𝑀𝑃 𝑙𝑢ô𝑛 𝑙𝑢ô𝑛 𝑡𝑖ế𝑝 𝑥ú𝑐 𝑣ớ𝑖 𝑆𝑃 𝑚ớ𝑖.
𝑆𝑃 𝑙𝑢ô𝑛 𝑙𝑢ô𝑛 đượ𝑐 𝑡𝑖ế𝑝 𝑥ú𝑐 𝑣ớ𝑖 𝑀𝑃 𝑚ớ𝑖
→ 2 𝑑ò𝑛𝑔 𝑛à𝑦 𝑐𝑕𝑢𝑦ể𝑛 độ𝑛𝑔 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑐𝑕𝑖ề𝑢 𝑛𝑕𝑎𝑢
→ 𝑐𝑕ấ𝑡 𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑀𝑃 đượ𝑐 𝑝𝑕â𝑛 𝑐𝑕𝑖𝑎 𝑚ộ𝑡 𝑐á𝑐𝑕 𝑙𝑖ê𝑛 𝑡ụ𝑐 𝑔𝑖ữ𝑎 𝑕𝑎𝑖 𝑝𝑕𝑎.

 2 chất tan có hệ số phân chia khác nhau giữa 2 pha sẽ dẫn tới linh độ của chúng trong
hệ khác nhau  có chất dịch chuyển với vận tốc nhanh có D lớn và có chất dịch chuyển
vối vận tốc chậm hơn  chúng ngày càng xa cách trong quá trình phân chia ngược
dòng.
 Giả sử A được chiết bằng phân chia ngược dòng theo sơ đồ trên. Phân đoạn A ở pha trên
là p% và ở pha dưới là q%. Ta có p + q = 1

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

12






Phân đoạn A ở mỗi ống sau mỗi bước di chuyển của pha động

Böôùc chieát n

Soá oáng r

2

0
1
1
q
p
2
2
q
2pq
p2

3
q3
3pq2
3p2q
4
q4
4pq3
6p2q2
....
.....
.....
.....

 Nhận xét: Nhị thức (p + q)n khai triển

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

3

4

p3
4p3q

.....

p4
....

13




Phân đoạn f (fraction) trong ống r sau bước chiết n:

f

n! pr qnr
(n  r)!r!

 Với n lớn, ống chứa lượng chất A cao nhất (rmax): rmax # np
 Ví dụ: tính lượng chất tan A trong ống 4 sau 5 bước chiết (n=5).
5!
1
+ A có D=4, p=4/5, q=1/5: 𝑓𝐴 =
(4/5)4 ( 5−4 = 0.40960.
+ B có 𝑓𝐵 =

5!

1
(1/2)4 ( )5−4
5−4 !4!
2

5−4 !4!

5)

= 0.15625.

 Ví dụ:
+ A có p = 4/5, sau 100 bước chiết ta có rmax =100 x 4/5 =80: ống 80
+ B có p = ½, sau 100 bước chiết ta có rmax = 100 x 1/2 = 50: ống 50

Độ rộng của dải và năng suất phân giải
 Tách A và B bằng phân chia ngược dòng qua 100 bước chiết
 Với A ứng với ống thứ 80 là cực đại còn các ống ở về 2 phía sẽ cho f giảm dần, hình thành
độ rộng của dải.
 Với B cũng vậy, ống thứ 50 cực đại.



 Nhận xét: độ rộng của dải cũng như năng suất phân giải phụ thuộc vào:
+ Hệ số phân chia của chất tan trong hệ
+ Số bước chiết chiết tách (số đĩa lý thuyết trong sắc ký).

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

14

3-

Ứng dụng của chiết lỏng-lỏng

a. Chiết bằng dung môi hữu cơ

Nhiều phân tử CHC và một số ít chất VC có độ tan trong dung môi hữu cơ lớn gấp nhiều
lần độ tan trong nước

Các yếu tố ảnh hưởng:
 Cấu trúc phân tử

 Thuốc thử tạo phức mang điện tích: Au, Fe trong HBr tạo phức tan trong ether etylic
+ Khi chiết phân tử I2 từ dung dịch nước (dung dịch I3-) bằng CCl4, nồng độ I- càng cao,
hiệu suất chiết I2 càng giảm.
+ Các kim loại như Au, Fe, … trong dung dịch HBr sẽ tạo thành acid phức kim loại như
HAuBr4, HFeBr4, … có thể chiết bằng ether ethylic.
 pH: anion và cation tan trong nước  không chiết được bằng dung môi hữu cơ nhưng
dạng phân tử trung hòa của chúng thì chiết được. ảnh hưởng của pH rất mạnh khi chất
tan là acid hay base.
+ Xà phòng/pH thấp tạo acid tan trong DMHC
+ Muối alcaloid/pH cao chuyển alcaloid base tan trong DMHC
b. Chiết với Chelator kim loại


Ion kim loại/nước + chất phối trí (ligand) hữu cơ chọn lọc phức  chiết vào DMHC

Chất phối trí (ligand) hay dùng:



Các phản ứng:
 HL
<==> H+ + L nL- + Mn+ <==> MLn
 MLn (Nước) <==> MLn (Hữu cơ)

Trong đó HL là ligand, Mn+ là ion kim loại.



Hệ số phân chia D: D 

[ MLn ] (Höõu cô )
[ MLn ] (Pha nöôùc )


Hệ số này phụ thuộc vào
 nồng độ của ligand
 pH của dung dịch

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

15




Ví dụ: Định lượng Pb2+ trong nước bằng phản ứng tạo phức với dithizone





+ Dithizone trong ống C tạo phức đỏ với Pb++ và được chiết vào lớp hexan.
+ Dithizone trong ống B tạo phức đỏ với các ion kim loại trong nước máy và đi vào lớp
hexan.
 Có thể phá vỡ cân bằng trên bằng cách:
+ Thêm vào ống C vài giọt HCl 1M và lắc: lớp hexan có màu xanh lam do HCl đã giữ Pb++
trong môi trường nước.
+ Thêm vào ống B vài giọt EDTA 0.05M và lắc: lớp hexan có màu xanh lam do EDTA là
ligand mạnh hơn.
c. Chiết với cặp ion

 Base (hay acid) + acid (hay base)/pha nước  cặp ion tan trong DMHC
 A- + BH+
<====> A-BH+
 [A-BH+] (nước)
<====> [A-BH+] (hữu cơ)
 A-BH+:
cặp ion tạo thành
+
 A hoặc BH :
tác nhân tạo cặp ion (ion pair agent, IPA)
 Cơ sở của phương pháp
 chiết đo quang,

 acid màu,
 acid màu-base hữu cơ
 Ứng dụng trong kiểm nghiệm
 Chiết và đo quang: chlorpheniramin, loperamid, promethazine
 Chuẩn độ tạo cặp ion: dung dịch chuẩn độ là chất diện hoạt anion dùng định lượng alcaloid, chỉ
thị vàng methyl, môi trường chloroform
 Định lượng alkaloid, phenothiazin, … ở dạng cation dựa trên phản ứng tạo cặp ion với lauryl
sulfat (LS) hay dioctylsulfosuccinate (DOSS) với chỉ thị vàng methyl/chloroform chuyển sang đỏ.
Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

16


-i- Các IPA thường dùng

mộ t)


acid perchloric, acid sulfuric, acid phosphoric, acid hydrochloric,….

hai)









Các hợp chất sulfonic

Heptansulfonat natri, laurylsulfat natri
Helianthine, tropeoline,…
Xanh bromothymol, xanh bromophenol, xanh bromocresol,…

Dẫn chất sulfonic của naphthalen
Dẫn chất sulfonic của fluorescein

ba)


Các acid mạnh

Các ammonium

tetrabutylammonium (C4H9)4N+
𝐼𝑃𝐴

thuốc ion ion pair  chiết tách.
-ii- Các ứng dụng trong kiểm nghiệm

mộ t)

Chiết và đo quang


Cho ion cần định lượng tạo với một cặp ion trái dấu có màu rồi chiết vào dung môi hữu cơ
và đem đo quang.


Một số ion (alkaloid, phenothiazin) có hấp thụ tử ngoại nên có thể chiết vào dung môi hữu
cơ dưới dạng cặp ion và đem đo mật độ quang.

hai)

Chuẩn tạo cặp ion


Dùng phương pháp này định lượng các anion là chất diện hoạt (dùng làm chất nhủ hóa trong
dược phẩm và mỹ phẩm).

Định lượng base hữu cơ quan trọng trong ngành dược: Định lượng alkaloid,

phenothiazin, … ở dạng cation dựa trên phản ứng tạo cặp ion với lauryl sulfat (LS) hay
dioctylsulfosuccinate (DOSS) với chỉ thị vàng methyl/chloroform chuyển sang đỏ.

Ví dụ:
 Định lượng chlorpheniramin meleat trong viên Padol forte bằng phép chiết đo
quang
+ chlorpheniramin tạo cặp ion với helianthine ở pH 4.4-4.6
+ chiết vào chloroform.
+ Dịch chiết chloroform màu vàng và cặp ion trong chloroform có độ hấp thụ ở 410nm.
+ Khoảng nồng độ tuân theo địnhl luật Lambert-Beer từ 2-10g/ml.
+ Việc đo nồng độ hấp thụ của cặp ion trong chloroform phép định lượng chlorpheniramin.
+ Sự có mặt của paracetamol không trở ngại cho phép định lượng.

 Định lượng promethazine trong siro Promethazine bằng natri laurylsulfat trong hệ
2 pha nước-chloroform,
+ chỉ thị Jaune methyl.
+ Natri laurylsulfat là chất chuẩn độ.
+ Promethazine là chất cần chuẩn độ.
+ Thực hiện như phương pháp chuẩn độ thể tích thong thường.
+ Cặp ion hình thành được chiết vào pha hữu cơ.
+ Kết thúc phản ứng, natri laurylsulfat thừa làm dung dịch có màu hồng.
Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

17


B. CHIẾT PHA RẮN – SOLID PHASE EXTRACTION, SPE
 Đây là quá trình tách chất phân tích từ mẫu bằng một chất rắn, sau dó rửa giải bằng dung môi
thích hợp.
 Tinh chế dịch chiết trong cân bằng chiết lỏng – lỏng
 SPE được cài đặt vào hệ thống GC, MS hoặc HPLC-MS tạo thành hệ phân tích hoàn chỉnh ghép
nối kỹ thuật tinh chế và phân tích.

1-

Các loại pha rắn
 Nguyên liệu tạo pha rắn trong SPE là dẫn chất polysiloxan, polymer tạo ra pha liên

kết và còn sử dụng cả pha không liên kết.
a. Pha liên kết
Pha tĩnh
Bản chất hóa học

Pha đảo

Pha thuận

Nhựa trao đổi ion

Đặc điểm
 Lưu giữ chất phân tích
kém phân cực trên cột.
 Dung môi hòa tan mẫu có
tính thân nước.

Octadecyl (C18)

-(CH2)17CH3

Octyl (C8)
Phenyl
Amino
Diol
Cyanopropyl
Trao đổi cation (SCX)
Trao đổi anion (SAX)

-(CH2)7CH3
-CH2-(CH2)2-C6H5
 Dung môi hòa tan mẫu có
-CH2-(CH2)2-NH2

thể là dung môi hữu cơ hay
-(CH2)3-OCH2-CHOH-CH2OH
dung dịch có tính thân nước
-CH2-(CH2)2-CN
 Lưu giữ chất phân tích
-R-C6H4-SO3H
Dẫn chất amoni bậc 4: R4N+X- trên pha rắn là do lực hút
tĩnh điện.[acid amin,
protein]

b. Pha không liên kết
 Ngoài pha liên kết, trong SPE pha thuận còn dùng pha không liên kết.

Tên pha
Đặc điểm
Silicagel - SiOH

Hạt 40 m

Silicagel hoạt tính cao

Hạt 55 - 105 m, lỗ xốp 125 A

Florisil MgSiO

Hạt 50 - 200 m, lỗ xốp 60 A

3

0
0

Alumina trung tính

Hạt 25 m, pH = 7,5

Alumina acid

Hạt 50 – 300 m, pH = 4 - 5

Alumina base

Hạt 50 – 300 m, pH = 9 - 10, lỗ xốp 120 A

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

0

18




Đặc điểm cột SPE
Đặc điểm

Cột SPE
Poly tetrafluoroethylen (PTFE),
poly ethylen (PE),

poly propylen (PP)

Vật liệu tạo cột





Hình dạng hạt

Không đều

Kích thước hạt

40 m

Số đóa lý thuyết

< 100

Cơ chế tách

Lưu giữ và rửa giải kế tiếp nhau

Sử dụng

Dùng một lần

2-

Cơ chế lưu giữ, rửa giải
 Tùy tính chất pha rắn, cơ chế lưu giữ và rửa giải khác nhau.

Rửa giải

Lưu giữ

a. Pha thuận
(normal phase SPE)
 Hấp thụ các chất phân tích từ
dung mơi khơng phân cực lên bề
mặt pha rắn phân cực.
 Lưu giữ chất phân tích trên pha
thuận bắt nguồn từ tương tác phân
cực:
 Liên kết hydro,
 liên kết - 
 tương tác lưỡng cực – lưỡng

cực
 Pha khơng liên kết:
 Chất phân tích có tính base
được lưu giữ mạnh trên bề mặt
có tính acid và ngược lại
 Các alcol, aldehyd, dẫn chất
halogen hòa tan trong dung
mơi khơng phân cực bị hấp
thụ mạnh trên silicagel
 Sử dụng dung mơi phân cực phá
vỡ liên kết hydro giữa nhòm chức
của chất phân tích và bề mặt chất hấp

phụ.
 Dung mơi phân cực hơn hỗn hợp
gốc để rửa giải.
 methanol được dùng cho nhiều
trường hợp

Hóa phân tích 2

b. Pha đảo
(reversed phase SPE)

c. Trao đổi ion

(Exchange SPE)

 Cơ chế tương tác: phân bố.  Lực hút tĩnh điện giữa
 Tương tác giữa chất phân
hai ion tích điện trái dấu.
tích và pha liên kết là lực Van
der Waals năng lượng thấp
(5kcal/mol).
 Sự lưu giữ các chất phân
tích từ dung dịch phân cực phụ
thc vào lực hấp dẫn giữa liên
kết carbon-hydro của chất

phân tích và nhóm chức trên
bề mặt pha tĩnh.
 Chất phân tích càng sơ
nước càng có khuynh hướng
nằm lại trên pha liên kết

 chọn dung mơi phân cực
 Cột anionit: NaOH 0,1M
đủ để phá vở liên kết do lực
 Cột cationit: HCl 0,1M
Van der Waals.
 Pha liên kết silica

 Ví dụ: MeOH, MeCN, ethyl
 Rửa giải anion hữu cơ:
acetat
hỗn hợp NaOH 0,1M –
 Chất phân tích rất sơ
MeCN (1:1)
nước: rửa giải bằng hỗn hợp
 Rửa giải acid hữu cơ:
ethyl acetat : methylen clorid
đệm phosphat – MeOH
(1:1)
(1:1)

Trần Trung Trực

19


3-

Thực hành chiết pha rắn

a. Chọn pha rắn


Các dụng cụ chiết pha rắn:
 Đĩa (disk)
 ống (cartridge)
 bơm (syringe)

lượng pha rắn dao động từ 50mg-10g ứng với thể tích nền từ 100-60ml.

chất phân tích không quá 5% lượng chất rắn nạp pha tĩnh là chiết tốt nhất.

thường gặp:
 lượng pha rắn: 500mg.
 thể tích nền tối thiểu: 1-3ml.

 thể tích ống SPE: 3ml.
 lượng chất phân tích: 25-100mg.
b. Quy trình chiết
-iBốn bước của quy trình chiết

mộ t)

Hoạt hóa cột


Xử lý cột bằng dung môi hoặc dung dịch đệm thích hợp
để chuyển pha rắn sang trạng thái có thể lưu giữ chất phân

tích trong mẫu.

Làm cho chất cần phân tích dễ dàng tương tác với bề
mặt pha tĩnh của cột và loại một số tạp chất còn lại trên cột.

Hoạt hóa cột bằng chính dung môi rửa giải.

Nhựa trao đổi hoạt hóa bằng đệm.

hai)

Nạp mẫu


Lượng mẫu nạp <=5% khối lượng pha tĩnh trong cột.

Tách chất phân tích:
 mẫu được hòa tan trong dung môi và cho qua cột.
 Pha rắn sẽ lưu giữ chất phân tích và một số tạp chất.

Tốc độ rửa giải (3-10mL/phút) ảnh hưởng tới sự lưu giữ các chất trong cột.

ba)




dùng dung môi hoặc dung dịch đệm cho qua cột để loại tạp đã được giữ lại trên pha rắn và làm giàu mẫu phân tích
rửa giải chất cần phân tích ra trước và giữ lại tạp trên cột

Tính phân cực: Hỗn hợp các chất
bốn)








Loại tạp

Rửa giải

dùng dung môi thích hợp đẩy chất phân tích khỏi pha rắn.
Dịch chiết thu được sẽ được tiếp tục phân tích bằng các phương pháp thích hợp
-ii- Một số vấn đề cần nghiên cứu trong quy trình chiết
Xác định hiệu quả của dung môi rửa giải chất phân tích.

Xác định hiệu lực tách chất phân tích của pha rắn.
Thử chiết chất phân tích trên mẫu giả định.
Xây dựng khoảng nồng độ tuyến tính cho chiết xuất trên nền mẫu.

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

20


-iii- Ví dụ


Định lượng Naproxen trong huyết thanh.
 Kỹ thuật chiết pha đảo: cột Zorbar SPE C18, 100mg, 1ml.
 Hoạt hóa cột: hỗn hợp 1% acid acetic trong methanol, nước.
 Lưu ý khơng để cột khơ.
 Nạp mẫu: 1ml dung dịch mẫu.
 Rửa cột loại tạp: 4% Isopropyl trong 100mM acid formic, nước.
 Rửa giải: 50% acetonitrile trong 40mM acetate ammonium.
 Chuẩn nội: nitrobenzene trong methanol.
Chất hấp phụ
phân cực

Sức dung môi

Chất hấp phụ
không phân cực

Ưu điểm



Đơn giản
Dễ thực hiện

Chiết lỏng-lỏng

Chiết pha rắn

Hóa phân tích 2

 Lượng dung mơi dùng ít
 Kết nối với GC hoặc HPLC, dễ dàng
tự động hóa trong phân tích mẫu
 Có nhiều lựa chọn pha rắn dùng
cho SPE, nên có cơ chế chiết đa dạng
 Tính chọn lọc, tăng độ nhay của

phương pháp tốt hơn
Trần Trung Trực

Khuyết điểm
 Dùng nhiều dung mơi, ảnh hưởng đến sức
khỏe người phân tích và gây ơ nhiễm mơi trường.
 Dễ tạo nhũ
 Khơng kết nối được với các thiết bị phân tích
như GC, HPLC
 Khó lưu giữ chất phân cực mạnh
 Tính chọn lọc chỉ dựa vào tương tác phân cực,
tương tác kỵ nước, chưa dựa vào đặc điểm của

chất phân tích.

Lượng dung mơi dùng đã giảm nhiều nhưng
hãy còn lớn.
21


4-

Ứng dụng của SPE



Làm sạch mẫu và làm giàu mẫu phân tích trước khi tiến hành định lượng bằng phương pháp
thích hợp:
 Dịch chiết dược liệu
 Mẫu sinh học: huyết thanh, huyết tương, nước tiểu, …
 Mẫu thuốc trừ sâu trong thực phẩm, rau quả.
 Mẫu ngộ độc thực phẩm: dịch ói, dịch dạ dày, …
 Mẫu phân tích môi trường nước, …

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

22


Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

23


5-

Kỹ thuật vi chiêt pha rắn (solid phase microextraction – SPME)

a. Nguyên tắc

SPME là quá trình chiết một cách chọn lọc chất phân tích ít hoặc không phân cực từ mẫu
chất lỏng phân cực lên pha tĩnh lỏng không phân cực phủ lên bề mặt sợi vi chiết.

Định luật phân bố.

Trong quá trình chiết mẫu luôn được khuấy trộn.

Chất phân tích lưu giữ trên pha tĩnh được rửa giải bằng nhiệt và định lượng khi đưa sợi

silica vào máy sắc ký khí.

Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực

24


b. Thiết bị SPME



Sợi làm bằng silica nóng chảy phủ lớp pha tĩnh mỏng (poly dimethylsiloxan, PDMS) đặt
trong lòng một chiếc kim gắn với một piton bằng thép không gỉ.

Tổ hợp trên được đặt trong silanh.


c. Thực hành chiết SPME

Sợi silica phủ pha tĩnh nằm trong lòng kim, gắn
với một piton nhờ vào kim, có thể đưa sợi pha tĩnh vào lọ
đựng mẫu.


Sau đó, sợi pha tĩnh được đưa ra khỏi kim để tiếp
xúc với mẫu bằng cách đẩy piton của silanh.

Mẫu phân tán trong nước, tiếp xúc với pha tĩnh,
liên tục được khuấy từ que khuấy từ, một cân bằng của
chất phân tích cần chiết giữa 2 pha sẽ được thiết lập.

Sau một thời gian (2-15 phút) sợi pha tĩnh được
thu hồi về trong lòng kim và kim được rút ra khỏi mẫu.


ưu điểm:

 rất nhạy (LOD mức ppb)
 không sử dụng dung môi hữu cơ
Hóa phân tích 2

Trần Trung Trực


Kim chứa sợi chiết được đưa qua vách ngăn của
buồng tiêm sắc ký khí, sợi pha tĩnh lại được hạ thấp vào
một độ sâu thích hợp

Ở nhiệt độ cao, chất phân tích dễ bay hơi đã được

chiết sẽ được giải hấp phụ bằng nhiệt và được khí mang
dẫn vào cột sắc ký khí.









ứng dụng:

phân tích các chất chlor trong môi trường.
dược phẩm
sinh học.
nhược điểm:
giá thành đắt.
thời gian chiết kéo dài
25