Áp dụng phương pháp chiết dòng ngưng liên tục vào việc tách chiết dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong rau quả

Đồ án Tốt Nghiệp
Lời cảm ơn.
Đồ án này đợc thực hiện tại Bộ môn Quá trình thiết bị công nghệ
hoá học và thực phẩm Khoa CN Hoá học - Trờng ĐHBK Hà
Nội, Trung tâm giáo dục và phát triển sắc kí - ĐHBK Hà Nội.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn thày giáo
GS.TS Phạm Văn Thiêm, ngời đã trực tiếp giao đề tài và tận tình h-
ớng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành bản đồ án này. Tôi cũng
xin chân thành cảm ơn kỹ s Nguyễn Thị Hanh, cán bộ phòng phân
tích môi trờng- Trung tâm EDC Đại Học Bách Khoa Hà Nội, cùng
toàn thể các anh chị đang công tác tại Trung tâm EDC đã tạo điều
kiện giúp đõ tôi trong quá trình thực hiện bản đồ án này.

Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
1
Đồ án Tốt Nghiệp
Mục lục
Lời cảm ơn..................................................................................................................1
Mở Đầu........................................................................................................................5
CHƯƠNG I: Tổng Quan..........................................................................................6
I.1. Giới thiệu chung về thuốc bảo vệ thực vật...................................................6
I.1.1. Nhóm clo hữu cơ..................................................................................6
I.1.2. Nhóm phốt pho hữu cơ.........................................................................6
I.1.3. Nhóm Carbamat..................................................................................7
I.1.4. Nhóm Pyrethroid..................................................................................7
I.2. Tính chất hoá lý của một số loại thuốc điển hình thuộc nhóm cơ-clo.........7
I.2.1. Polyclobiphenyl (PCBs)........................................................................7
I.2.2 Diclo Diphenyl Triclotan (DDT)...........................................................8
I.2.3. Aldrin...................................................................................................9
I.2.4. Dieldrin................................................................................................9
I.2.5. Hexanclobenzen (HCB)......................................................................10

I.3. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp chiết........................................................10
I.3.1. Khái niệm...........................................................................................10
I.3.1.1. Chiết lỏng-lỏng............................................................................10
I.3.1.2. Chiết rắn-lỏng..............................................................................11
I.3.2. Một số khái niệm khác trong quá trình chiết......................................11
I.3.2.1. Chất chiết (dung môi chiết).........................................................11
I.3.2.2. Chất pha loãng.............................................................................12
I.3.2.3. Hằng số phân bố (K)....................................................................12
I.3.2.4. Độ thu hồi (phần trăm chiết)........................................................12
I.4. Một số phơng pháp chiết...........................................................................12
I.4.1. Phơng pháp chiết gián đoạn................................................................12
I.4.2. Phơng pháp chiết lỏnglỏng liên tục.................................................15
I.4.2.1. Mô hình của phơng pháp chiết lỏnglỏng liên tục.....................15
I.4.2.2. Phơng trình cân bằng vật liệu......................................................15
I.4.3. Phơng pháp chiết lỏng ngng hơi.........................................................18
I.4.3.1. Mô hình của phơng pháp chiết lỏng ngng hơi..............................18
I.4.4.2. Phơng trình cân bằng vật liệu......................................................19
CHƯƠNG II: Phơng pháp nghiên cứu................................................................25
II.1. Phơng pháp chiết dòng ngng liên tục.......................................................25
II.1.1.Cấu tạo của thiết bị chiết dòng ngng liên tục.....................................25
II.2.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị chiết dòng ngng liên tục...............25
II.2.3. Giải thích quá trình tách chiết...........................................................26
II.2.4.Phơng trình cân bằng vật liệu cho thiết bị chiết dòng ngng liên tục.. .27
II.2. Phơng pháp sắc kí khí..............................................................................33
II.2.1. Sơ đồ thiết bị và nguyên tắc hoạt động của hệ thống sắc kí khí.........33
II.2.2. Detector sử dụng trong phân tích thuốc trừ sâu cơ-clo......................34
CHƯƠNG III: Thực nghiệm.................................................................................36
III.1. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị..................................................................36
III.1.1. Hoá chất...........................................................................................36
III.1.2. Dụng cụ, Thiết bị.............................................................................37

III.2. Điều kiện phân tích tên máy sắc kí.........................................................37
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
2
Đồ án Tốt Nghiệp
III.3. tiến hành Thực nghiệm...........................................................................38
III.2.1. Chuẩn bị dụng cụ.............................................................................38
III.2.2. Pha hỗn hợp dung dịch chuẩn.........................................................38
III.2.4. Khảo sát thời gian làm việc tối u của thiết bị chiết dòng ngng liên
tục................................................................................................................38
III.2.5. Khảo sát độ thu hồi của thiết bị chiết dòng ngng liên tục đối với mẫu
rau................................................................................................................39
CHƯƠNG IV: kết quả và thảo luận.....................................................................40
IV.1. Xác định thời gian lu..............................................................................40
IV.2. Xây dựng đờng chuẩn.............................................................................40
........................................................................................................................41
........................................................................................................................41
........................................................................................................................42
........................................................................................................................42
IV.3. Kết quả phân tích....................................................................................43
Kết luận.....................................................................................................................45
Tài liệu tham khảo..................................................................................................46
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
3
Đồ án Tốt Nghiệp
Các kí hiệu dùng trong đồ án.
C
E
: Nồng độ cấu tử phân bố trong dung môi. [mg/ml]
C
V

E
: Nồng độ cấu tử phân bố trong hơi dung môi. [mg/ml]
C
*
E
: Nồng độ cấu tử phân bố trong dung môi sau quá trình chiết. [mg/ml]
C
E,C
: Nồng độ cấu tử phân bố trong dung môi trong quá trình chiết. [mg/ml]
C
W
: Nồng độ cấu tử phân bố trong nớc. [mg/ml]
C
V
W
: Nồng độ cấu tử phân bố trong dòng hơi nớc. [mg/ml]
C
*
W
: Nồng độ cấu tử phân bố trong pha nớc sau quá trình chiết. [mg/ml]
C
W,C
: Nồng độ cấu tử phân bố trong pha nớc khi chiết. [mg/ml]
C
W,O
: Nồng độ cấu tử phân bố ban đầu có trong mẫu phân tích. [mg/ml]
F: Tỷ lệ dòng.
F
E
: Dòng dung môi chiết. [ml/s]

F
V
E
: Dòng hơi dung môi chiết [ml/s]
F
W
: Dòng nớc. [ml/s]
F
V
W
: Dòng hơi nớc. [ml/s]
K: Hằng số phân bố lỏng lỏng.
K
W
: Hằng số phân bố khí lỏng.
P
A
: áp suất hơi bão hoà của cấu tử A nguyên chất. [at]
P
B
: áp suất hơi bão hoà của cấu tử B nguyên chất. [at]
p
A
: áp suất riêng phần của cấu tử A. [at]
p
B
: áp suất riêng phần của cấu tử B. [at]
R
E
: Độ thu hồi.

t: Thời gian chiết. [s]
V: Tỷ lệ thể tích. [ml]
V
E
: Thể tích dung môi chiết. [ml]
V
W
: Thể tích mẫu nớc. [ml]
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
4
Đồ án Tốt Nghiệp
Mở Đầu
ở nớc ta ngày nay, thuốc trừ sâu bệnh đã trở thanh một nhu cầu cần thiết
trong sản xuất nông nghiệp. Công dụng của thuốc bảo vệ thực vật trong việc đẩy
lùi và hạn chế tác hại của sâu bệnh, cỏ dại đối với cây trồng và nông sản đã đợc
đông đảo mọi ngời công nhận.
Tuy nhiên bên cạnh những lợi ích do thuốc bảo vệ thực vật đem lại, việc sử
dung thuốc bảo vệ thực vật cũng gây ra những tác hại rất lớn đối với môi trờng
sinh thái, động thực vật và cả con ngời. Do tính chất bền vững của thuốc bảo vệ
thực vật mà sau khi phun một thời gian chúng không bị phân huỷ ngay mà vẫn
còn tồn tại một lợng nhỏ (d lợng) trong môi trờng nh trong đất, trong nớc và đặc
biệt là trong rau, quả.
Rau là một loại thực phẩm quen dùng trong bữa ăn hàng ngày của ngời dân Việt
Nam. Tuy nhiên nớc ta là một nớc đang phát triển, trình độ dân trí cha cao. Việc
nói, làm theo pháp luật và các quy trình hớng dẫn khoa học vào đời sống cha đợc
thực hiện một cách nghiêm túc, ngời dân còn có thói quen làm theo kinh nghiệm.
Với những lý do nh vậy làm cho rau ở việt nam đã và đang có d lợng thuốc bảo vệ
thực vật cao, dẫn đến mỗi năm đều có hàng trăm ngời chết vì ngộ độc thuốc bảo
vệ thực vật.
Do đó việc nghiên cứu xác định nhanh d lợng thuốc bảo vệ thực vật trong

rau quả là một việc làm cần thiết, nhằm đa ra những khuyến cáo kịp thời cho ngời
tiêu dùng. Hiện nay cũng có nhiều phơng pháp xác định d lợng thuốc bảo vệ thực
vật trong thực phẩm, tuy nhiên những phơng pháp này đều đòi hỏi thời gian phân
tích dài, tốn kinh phí, trải qua nhiều qui trình phức tạp. Cho nên nó không đáp
ứng đợc yêu cầu cơ bản là phân tích nhanh, trong bản đồ án này chúng tôi tập
chung vào việc nghiên cứu một phơng pháp mới đó là phơng pháp chiết dòng
ngng liên tục, áp dụng phơng pháp này vào việc tách chiết d lợng thuốc bảo vệ
thực vật trong rau, quả với hy vọng đây sẽ là một phơng pháp mới đáp ứng đợc
yêu cầu phân tích nhanh, đồng thời đạt đợc độ thu hồi cao.
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
5
Đồ án Tốt Nghiệp
CHƯƠNG I: Tổng Quan.
I.1. Giới thiệu chung về thuốc bảo vệ thực vật.
Thuốc bảo vệ thực vật dung trong nông nghiệp có rất nhiều loại thuộc nhiều
nhóm khác nhau nh các nhóm: clo hữu cơ, lân hữu cơ, cacbamát, nhóm thuốc
gốc thảo mộc pyrethroid..v..v.. Trong số này, hiện nay trong nghành nông nghiệp
nứơc ta chủ yếu dùng các nhóm chính là nhóm clo hữu cơ, lân hữu cơ, cacbamát,
nhóm thuốc gốc thảo mộc pyrethroid.
I.1.1. Nhóm clo hữu cơ.
Đại diện là: DDT, 666, Andrin, Dieldrin,
Đây là loại hoá chất bền vững trong môi trờng tự nhiên giống nh các kim
loại nặng. Thời gian bán phân huỷ phần lớn các hợp chất của chung trong môi tr-
ờng tự nhiên là 20 năm. Chúng ít tan trong nớc, tan nhiều trong các dung môi hữu
cơ. Trong điều kiện bình thờng, chúng ít bị phân giải nhng trong môi trờng kiềm
nhất là có thêm các kim loại nh: Fe, Hg, Cu chúng sẽ bị phân giải nhanh. Ngoài
ra, ánh sáng mặt trời, nhiệt độ cũng là tác nhân làm thuốc phân
giải. Đây là nhóm hoá chất đợc dùng đầu tiên trên thế giới vào các lĩnh vực y học,
nông nghiệp. Nhng với cơ chế độc là tích luỹ trong các mô mỡ của động vật nên
chúng dễ gây nhiễm độc mãn tính, còn gọi là nhiễm độc nghề nghiệp với các

triệu chứng về thần kinh là chủ yếu. Đây là nhóm hoá chất đáng lo ngại nhất hiện
nay, đã đợc nhà nớc khuyến cáo hạn chế và cấm sử dụng.
I.1.2. Nhóm phốt pho hữu cơ.
Đại diện là Wonfatox, Metafos, Bi-58, Diazinon, Matathion
Các chất cơ phốt pho đều dễ bay hơi là những chất độc đờng hô hấp. Chúng
dễ hoà tan trong các dung môi hữu cơ và dầu mỡ, dễ bị phân huỷ nên khó thu hồi
đợc chế phẩm ban đầu.
Thuốc đợc dùng để chống sâu bệnh cho thực vật, diệt cỏ, chống nấm, diệt
ruồi muỗi, bọ chét. Nhìn chung về mặt hoạt tính sinh học các hợp chất cơ phốt
pho là những chất rất độc, thờng gây độc cấp tính đối với ngời và động vật máu
nóng. Cơ chế độc của thuốc là ức chế hệ enzim chlinesteraza, chủ yếu là enzim
điều hoà sự phân huỷ AxetylCholin kích thích quá trình chuyển tín hiệu thần kinh
cho tế bào. Cơ chế này làm phá huỷ quá trình sống bình thờng của động vật, gây
ra các triệu chứng nhiễm độc kiểu nhiễm độc Muscarin và nhiễm độc Nicôtin.
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
6
Đồ án Tốt Nghiệp
I.1.3. Nhóm Carbamat.
Đại diện là Camerthin, Diamix, Actellic là các dẫn suất của các axit
carbamit, có độc tính cao đối với ngời và động vật. Nhng chúng là những hợp
chất rất kém bền trong môi trờng và khả năng tích luỹ trong cơ thể không cao
mặc dù cơ chế độc của chúng giống hợp chất phốt pho hữu cơ nên chúng đợc
dùng để thay thế cho các hợp chất thuộc hai nhóm trên.
I.1.4. Nhóm Pyrethroid.
Đại diện là Polytrin, Cidi, Sumicidin là các hợp chất thảo mộc, mặc dù cơ
chế độc của chúng giống với hợp chất Carbamat nhng chúng lại ít bền hơn và
không có khả năng tích luỹ trong cơ thể và trong môi trờng nên hiện nay có xu
thế đợc dùng để thay thế các hợp chất thuộc các nhóm trên.
Ngoài ra còn có các loai thuốc có gốc kim loại nặng Cu, Hg, As cũng là
những hoá chất cực kỳ độc hại đối với môi trờng và con ngời. Rất nhiều loại

thuốc thuộc các nhóm hoá chất này có khả năng gây độc theo nhiều con đờng nh
tiếp xúc, đờng ruột, xông hơi, nội hấp, thấm sâu nên dễ gây nhiễm độc thuốc và
nhiễm độc với hàm lợng lớn.
I.2. Tính chất hoá lý của một số loại thuốc điển hình thuộc
nhóm cơ-clo.
I.2.1. Polyclobiphenyl (PCBs).
Polyclobiphenyl là tên gọi hỗn hợp các cấu tử tạo thành do sự thay thế từ 1
đến 10 nguyên tử hydrô trong phân tử biphenyl bằng các nguyên tử clo.
Công thức tổng quát của PCBs là: C
12
H
n

10
Cl
n
.
Công thức cấu tạo chung:
PCBs có cấu tạo gồn hai vòng thơm, có đính một số nguyên tử clo. Các
nguyên tử clo thế vào các vị trí khác nhau tạo nên 209 đồng phân. Các cấu tử đợc
đánh số thứ tự từ 1 đén 209 theo danh pháp quốc tế. Tuỳ thuộc vào điều kiện phản
ứng mà mức độ clo hoá thay đổi từ 18,8% đến 71,3% (theo khối lợng). Thực tế,
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
7
Cl
x
Cl
y
Đồ án Tốt Nghiệp
trong sản phẩm thơng mại chỉ có 130 cấu tử trong tổng số 209 cấu tử, mức độ clo

hoá trung bình từ 21% đén 68%.
PCBs là chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt, chúng có tính chất
chung là:
+ Bền nhiệt
+ Không cháy nổ.
+ Cách nhiệt tốt.
+ ổn định về mặt hoá học ở điều kiện thờng: trơ với axit, bazơ và các tác
nhân hóa học khác.
+ Dễ tan trong các hợp chất hyđrôcacbon, mỡ và các hợp chất hữu cơ, ít tan
trong nớc.
Trên thực tế PCBs còn có nhiều tên gọi khác nhau, một số tên gọi phổ biến
là: Aroclo, Areclo, Asbestol, Biclor, Chlorindted Biphenyl
I.2.2 Diclo Diphenyl Triclotan (DDT).
Tên thông thờng: Diclo Diphenyl Triclotan.
DDT có công thức phân tử là
5914
ClHC
, khối lợng phân tử là M=345,5.
Công thức cấu tạo:
C
C
Cl
Cl
H
Cl
Cl
Cl
DDT là tinh thể trắng, có nhiệt độ nóng chảy 108,5-109
0
C, nhiết độ sôi là

185-187
0
C. Tan ít trong nớc (khoảng 0.0001mg/l), tan tốt trong các dung môi
hữu cơ và trong dầu (ở 27
0
C độ tan của DDT trong cyclohexan 1000g/l, trong
dioxane 1000g/l, trongclorofom là 310g/l). Tan kém trong các dung môi là các
hyđrôcácbon mạch thẳng và vòng no.
DDT bền dới tác dụng của nhiệt độ, ở 100
0
C thì DDT vẫn không bị phân
huỷ. DDT tác dụng đợc với các chất có tính ôxy hoá mạnh và các chất kiềm.
DDT đợc sản xuất trong công nghiệp theo phản ứng sau:
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
8
Đồ án Tốt Nghiệp
+ cc
l
cho
+ h o
I.2.3. Aldrin.
Aldrin còn có tên gọi khác: 1,2,3,4,10,101,4,4a,8,8aHexhyđroendo-1,4
exo- 5,8Dimetanopaphthalen.
Aldrin có công thức phân tử là C
12
H
8
Cl
6
.

Khối lợng phân tử là M = 364,93.
Công thức cấu tạo:
Aldrin là tinh thể không màu đến màu đen xẫm, có mùi nhẹ, nóng chảy ở
nhiệt độ 104
0
C, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ, tan rất ít trong nớc
(0,003%).
Adrin là chất rắn không cháy, khi sôi bị phân huỷ và có áp suất hơi là
0,00008 mmHg. Aldrin phản ứng với các axit vô cơ đậm đặc, các kim loại hoạt
động mạnh, các chất ôxy hoá, phênol
I.2.4. Dieldrin.
Dieldrin còn có tên khác là: 1,2,3,4,10,10Hexaclo6,7epoxy
1,4,4a,5.6.7.8,8aoctahydro1,4endo 5,8 dimêtanonaphthalen.
Dieldrin có công thức phân tử là: C
12
H
8
OCl
6
.
Khối lợng phân tử M =380,93.
Công thức cấu tạo:
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
9
Đồ án Tốt Nghiệp
Cl
CCl
Cl
CH
2

Cl
Cl
O
Dieldrin là tinh thể không màu đến màu sáng, mùi nhẹ, không cháy, ít tan
trong nớc, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ. Dieldrin nóng chảy ở nhiệt độ
175176
0
C. Có áp suất hơi 0,4 mPa. Phản ứng với các chât oxy hoá mạnh, các
kim loại kiềm và phenol, Dieldrin bền trong các dung dịch axit, dung dịch kiềm.
I.2.5. Hexanclobenzen (HCB).
Hexaclobenzen còn có tên gọi khác là: Hexaclo1,3Cyclopentadien .
Công thức phân tử: C
6
Cl
6
Khối lợng phân tử: M = 284,8.
Công thức cấu tạo:
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
HCB ít tan trong nớc, tan tốt trong các dung môi hữu cơ, CCl
4
và ete. HCB
là chất lỏng không cháy, có tác dụng với ánh sáng, phản ứng chậm với nớc tạo
thành HCl. Do đó HCB có khả năng ăn mòn kim loại trong điều kiện ẩm. HCB
còn có khả năng tạo ra khí nổ trong điều kiện kín và ẩm.
I.3. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp chiết.

I.3.1. Khái niệm.
I.3.1.1. Chiết lỏng-lỏng
Chiết lỏng-lỏng là một quá trình tách một chất hoặc một vài chất từ pha
lỏng này sang pha lỏng khác không trộn lẫn với pha lỏng ban đầu. quá trình này
bao gồm việc thêm vào pha lỏng ban đầu một pha lỏng khác không trộn lẫn, sau
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
10
Đồ án Tốt Nghiệp
đó trong hệ xảy ra sự chuyển hoá giữa hai pha cho đến khi hệ đạt đến trạng thái
cân bằng. Qúa trình chuyển chất từ pha này sang pha kia đợc gọi là quá trình
phân bố. Cân bằng đạt đợc gọi là cân bằng phân bố hay cân bằng chiết.
Ngời ta thờng tiến hành chiết các chất từ pha nớc lên pha hữu cơ hoặc từ pha
hữu cơ này sang pha hữu cơ khác.
Cơ sở vật lý của phơng pháp chiết lỏng-lỏng là định luật phân bố Nenxơ:
ở mỗi áp suất và nhiệt độ nhất định, tỷ lệ nồng độ của một chất hoà tan
trong chất lỏng A và B không tan vào nhau là một giá trị không đổi khi đạt đợc
trạng thái cân bằng. Giá trị đó đợc gọi là hằng số phân bố K
Định luật Nenxơ chỉ đúng cho trờng hợp nồng độ nhỏ và chất hoà tan có
trạng thái nh nhau trong cả hai chất lỏng Avà B. Theo định luật trên, để chiết một
chất có hiệu quả thì chất đó phải hoà tan trong dung môi chiết tốt hơn rất nhiều
so với môi trờng mà nó đang tồn tại. Nghĩa là hằng số phân bố đối với dung môi
chiết phải lớn.
I.3.1.2. Chiết rắn-lỏng.
Chiết rắn-lỏng là một quá trình hoà tan chọn lọc một hoặc một số các cấu
tử của chất rắn bằng một dung môi lỏng. Các quá trình chiết rắn-lỏng thờng kèm
theo các quá trình lọc bốc hơi, kết tinh .
Bất kỳ một quá trình chiết rắn-lỏng nào cũng bao gồm các giai đoạn sau:
1. Giai đoạn dung môi xâm nhập vào trong pha rắn.
2. Giai đoạn hoà tan cấu tử phân bố vào dung môi diễn ra ở trong pha rắn.
3. Giai đoạn dung dịch chuyển từ trong pha rắn ra bề mặt phân chia pha.

4. Giai đoạn dung dịch khuếch tán vào khối chất lỏng.
Tốc độ của quá trình chiết rắn-lỏng phụ thuộc rất lớn vào hình dạng kích
thớc thành phần hoá học của chất rắn, vào cấu trúc bên trong của chất rắn cũng
nh hình dạng kích thớc của lỗ mao quản.
Trong một số trờng hợp quá trình hoà tan là do phản ứng dị thể xảy ra trên
bề mặt phân chia pha, không chỉ đối với chất rắn hoà tan mà với cả chất rắn
không hoà tan. Các phản ứng này có thể tạo ra các bọt khí làm giảm bề mặt tiếp
xúc pha giữa pha rắn và pha lỏng làm giảm tốc độ của quá trình chiết.
I.3.2. Một số khái niệm khác trong quá trình chiết.
I.3.2.1. Chất chiết (dung môi chiết).
Chất chiết là dung môi hữu cơ có chứa hoặc không chứa các cấu tử khác
dùng để chiết các cấu tử cần chiết ra khỏi pha ban đầu.
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
11
Đồ án Tốt Nghiệp
I.3.2.2. Chất pha loãng.
Là dung môi hữu cơ trơ đợc thêm vào dung môi chiết để làm tốt những tính
chất vật lý (nh tỷ khối, độ nhớt) của dung môi chiết.
Nh vậy pha hữu cơ dùng để chiết có thể chỉ là một chất lỏng nguyên chất
nhng cũng có thể là một dung dịch chứa vài cấu tử khác đóng vai trò thuốc thử
hoặc chất pha loãng.
I.3.2.3. Hằng số phân bố (K).
Hệ số phân bố của quá trình chiết một chất (hoặc một tiểu phân) có giá trị
bằng tỷ số giữa nồng độ của các chất (hoặc tiểu phân đó) ở tất cả các dạng hoá
học trong phần chiết trên nồng độ tổng cộng của nó ở tất cả các dạng hoá học có
trong pha nớc (hoặc pha hữu cơ ban đầu).
K=
B
i
A

i
C
C

( )
1
Trong đó:
C
A
i
: Tổng nồng độ của cấu tử phân bố trong chất lỏng A.
C
B
i
: Tổng nồng độ của cấu tử phân bố trong chất lỏng B.
Hằng số phân bố là một đại lợng quan trong nhất, đặc trng cho khả năng
chiết của dung môi đối với một chất phân tán đã cho ở nhiệt độ xác định. Hăng số
phân bố càng lớn thì ở điều kiện cân bằng, các chất chuyển vào dung môi chiết cơ
càng nhiều.
Bằng phơng pháp phân tích hoá học ngời ta có thể xác định đợc nồng độ
tổng cộng của tiểu phân cần chiết trong các pha và do đó có thể xác định đợc hệ
số phân bố. Một chất có hệ số phân bố càng lớn thì chất đó càng đợc chiết dễ lên
pha hữu cơ.
I.3.2.4. Độ thu hồi (phần trăm chiết).
Để đánh giá đợc hiệu quả của quá trình chiết một chất (hoặc một tiểu phân),
ngời ta còn hay sử dụng đại lợng: độ thu hồi (R), R có giá trị bằng tỷ số giữa lợng
tổng cộng của các chất (hoặc tiểu phân) ở phần chiết đợc so với lợng tổng cộng
của chất đó ở cả hai pha. Giá trị của R không chỉ phụ thuộc vào hệ số phân bố K
mà còn phụ thuộc cả vào thể tích pha nớc và pha hữu cơ .
I.4. Một số phơng pháp chiết.

I.4.1. Phơng pháp chiết gián đoạn.
Đây là phơng pháp chiết đơn giản nhất, theo phơng pháp này thì mẫu và
dung môi chiêt đợc cho đồng thời vào phễu chiết, sau đó tiến hành lắc đều. Quá
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
12
Đồ án Tốt Nghiệp
trình lắc trộn nhằm mục đích làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha, Điều đó
không chỉ làm tăng tốc độ chiết mà còn làm cho trạng thái cân bằng nhanh đợc
thiết lập.
Hình 1: Mô hình của phơng pháp chiết gián đoạn.
Hằng số phân bố đợc xác định theo công thức:
K=
W
E
C
C
(2)
Phơng trình bảo toàn khối lợng trớc và sau khi chiết:
Tổng lợng cấu tử phân bố trong mẫu ban đầu băng tổng lợng cấu tử phân bố
trong pha nớc và pha dung môi sau quá trình chiết.
m
OW ,
= m
E
+ m
W
(3)
Phơng trình tính độ thu hồi đạt đợc sau quá trình chiết:
Độ thu hồi đợc đo bằng tỷ số giữa lợng cấu tử phân bố có trong dung môi
sau quá trình chiết và lợng cấu tử phân bố ban đầu có trong thể tích của mẫu.

R =
WE
E
OW
E
mm
m
m
m
+
=
,
(4)
Mà ta có:
m
E
= C
E
.V
E
(5)
m
W
= C
W
.V
W
(6)
Thay (5) và (6) vào (4) ta đợc:
R =

WWEE
EE
VCVC
VC
..
.
+
(7)
Chia cả tử và mẫu cho C
W
. V
E
ta đợc:
R =
E
W
E
W
W
E
W
E
V
V
K
K
V
V
C
C

C
C
+
=
+
(8)
Đặt V =
E
W
V
V
tỷ lệ thể tích.
R =
VK
K
+
=
VK
V
+

1
(9)
Đây chính là công thức biểu diễn mối quan hệ giữa độ thu hồi R và hằng số
phân bố K.
Khi thể tích của pha nớc và của dung môi bằng nhau (V=1) thì ta có:
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
13
C V
Dịch chiết

C V
Đồ án Tốt Nghiệp
R =
1
+
K
K
(10)
Hay :
K =
R
R

1
(11)
Thông thờng thì phơng pháp chiết đợc xem nh là định lợng khi độ thu hồi
đạt đợc từ 9999,9%; nghĩa là chỉ còn một lợng nhỏ chất cần chiết trong pha n-
ớc. Tuy nhiên trong thực tế thờng không hiếm những trờng hợp độ thu hồi R chỉ
đạt đợc 90% thậm chí còn nhỏ hơn rất nhiều sau một lần chiết. Vì vậy ngời ta th-
ờng không sử dụng phơng pháp chiết gián đoạn, với một lần chiết trong phân tích
định lợng. Để giải quyết đợc vấn đề này ngời ta thờng tiến hành chiết nhiều lần.
Khi thực hiện chiết nhiều lần ta sẽ nhận đợc giá trị độ thu hồi cao hơn nhiều so
với một lần chiết.
Khi đó độ thu hồi sau n lần chiết đợc xác định theo công thức:
n
n
VK
V
R

+
=
1
(12)
Ta nhận thấy rằng tỷ số
VK
V
+
< 1, do đó nếu số lần chiết n càng lớn thì độ
thu hồi R càng lớn.
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
14
Đồ án Tốt Nghiệp
I.4.2. Phơng pháp chiết lỏnglỏng liên tục.
I.4.2.1. Mô hình của phơng pháp chiết lỏnglỏng liên tục.
Hình 2: Mô hình phơng pháp chiết lỏnglỏng liên tục.
Theo phơng pháp này dung môi đợc đun bay hơi đi vào ống ngng hơi K
1
.
Tại đây hơi dung môi đợc ngng tụ lại và hoà trộn với một dòng nớc từ ngăn chứa
mẫu đi vào, tạo thành một dòng chất lỏng chảy xuống ngăn phân tách pha. Đồng
thời với quá trình này là sự di chuyển cấu tử phân bố từ pha nớc vào dung môi
chiết. Sau khi đã có sự phân tách hai pha, dung môi chiết lại đợc hồi lu trở lại
bình chứa dung môi. Tại đây nó lại tiếp túc đợc bay hơi lên ống ngng hơi K
1

. Quá
trình diễn ra liên tục nh vậy cho đến khi lợng mẫu trong bình chứa đã đợc định
mức hoàn toàn vào ống ngng hơi K
1
.
I.4.2.2. Phơng trình cân bằng vật liệu.
1.Phơng trình cân bằng vật liệu cho ống ngng hơi (bộ phận chiết).
Tổng lợng cấu tử phân bố đi vào ống ngng hơi K
1
là:
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
15

V,C
V
W,0
C
W
F
W
C
W
K
1

F
C
F
W
C

F
E
C
Đồ án Tốt Nghiệp
V
E
V
EWW
FCFC ..
+
Tổng lợng cấu tử phân bố đi ra khỏi ống ngng hơi K
1
là:
EEWW
FCFC ..
**
+
Thực chất của quá trình chiết xảy ra trong ống ngng hơi K
1
chỉ là sự di
chuyển của cấu tử phân bố từ pha nớc vào dung môi chiết, không có sự mất mát
ra ngoài, do đó tổng lợng cấu tử phân bố đi vào và đi ra khỏi ngăn chiết là không
đổi. Vậy ta có:
V
E
V
EWW
FCFC ..
+
=

EEWW
FCFC ..
**
+
(13)
Đây chính là phơng trình cân bằng vật liệu cho ống ngng hơi K
1
.
Trong trờng hợp nhiệt độ sôi của cấu tử phân bố cao hơn nhiều so với nhịêt
độ sôi của dung môi, khi đó ta có thể coi nồng độ cấu tử phân bố trong hơi dung
môi chiết là không đáng kể (C
0

V
E
).
Khi đó phơng trình cân bằng vật liệu trở thành:
WW
FC .
=
EEWW
FCFC ..
**
+
(14)
2. Phơng trình cân bằng vật liệu của bình chứa dung dịch chiết.

Ta nhận thấy rằng nồng độ C
E
trong bình chứa mẫu biến đổi theo thời gian.

Nguyên nhân của sự thay đổi này là do lợng cấu tử phân bố đi vào và đi ra khỏi
bình chứa là khác nhau.
Giả sử sau một khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt nồng độ của cấu tử phân bố
trong bình chứa tăng lên một lợng là dC
E
.
Trong khoảng thời gian dt đó lợng cấu tử phân bố đi vào bình chứa là: F
E
.C
*
E
.dt.
Lợng cấu tử phân bố đi ra khỏi bình chứa là: F
V
E
.C
V
E
.dt.
Nh vậy ta có:
V
E
.dC
E
= F
E
.C
*
E
.dt + F

V
E
.C
V
E
.dt
Hay:
V
E
E
V
E
E
E
EE
C
V
F
C
V
F
dt
dC
+=
*
.
(15).
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
16

F
E
C F C
Đồ án Tốt Nghiệp
Trờng hợp nồng độ cấu tử phân bố trong dòng hơi dung môi là không kể,
phơng trình sẽ trở thành:
..
*
E
E
EE
C
V
F
dt
dC
=
(16)
Đây chính là phơng trình cân bằng vật liệu cho bình chứa dung dịch chiết.
Trong quá trình chiết lỏnglỏng liên tục hằng số phân bố đợc xác định
theo công thức:
K =
*
*
W
E
C
C
(17)
3. Độ thu hồi của phơng pháp chiết lỏng-lỏng liên tục.

Để xác định đợc độ thu hồi của phơng pháp ta cần giải phơng trình vi phân
(16). Kết hợp với các phơng trình (14) và (17).
Chia cả hai vế của phơng trình (14) cho F
W
.C
*
W
ta đợc:
1
.
.
.
.
*
*
*
+=
WW
EE
WW
WW
CF
CF
CF
CF
(18)
Hay:
1
.
.

*
*
*
+=
WW
EE
W
W
CF
CF
C
C
(19)
Thế phơng trình (17) vào ta đợc:
1
*
+=
F
K
C
C
W
W
(20)
Suy ra:
FK
FC
C
W
W

+
=
.
*
(21)
Với F =
E
W
F
F
: tỷ lệ dòng.
Mặt khác từ phơng trình (17) ta có:
**
.
WE
CKC
=
(22).
Thế vào phơng trình vi phân (16) ta đợc:
*
..
W
E
EE
CK
V
F
dt
dC
=

(23)
Thế phơng trình (21) vào phơng trình (23) ta đợc:
FK
FC
K
V
F
dt
dC
W
E
EE
+
=
.
..
(24)
Lấy tích phân hai vế phơng trình (24).
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
17
Đồ án Tốt Nghiệp

+
=
t
W
E
E
C
E

dt
FK
FC
K
V
F
dC
E
00
.
..
Vậy:
t
FK
FC
K
V
F
C
W
E
E
E
.
.
..
+
=
(25)
Đây chính là phơng trình biểu diễn sự thay đổi nồng độ của cấu tử phân bố

trong dung dịch chiết theo thời gian.
Quá trình chiết lỏnglỏng liên tục kết thúc khi lơng mẫu trong bộ phận
chứa mẫu đợc định mức hoàn toàn vào bình chiết. Do đó thời gian cần thiết cho
quá trình chiết lỏnglỏng liên tục là:
W
OW
F
V
t
,
=
(26)
Nh vậy ta có thể xác định đợc nồng độ của cấu tử phân bố trong dung dịch
chiết khi kết thúc quá trình chiết.
W
OW
W
E
E
E
F
V
FK
FC
K
V
F
C
,
.

.
..
+
=
(27)
Vậy ta có lợng cấu tử phân bố đã đợc chiết là:
FK
VC
KVCm
OWW
EEE
+
==
,
.
..
(28)
Lợng cấu tử phân bố trong mẫu ban đầu là:
OWWW
VCm
,
.
=
(29)
Từ đây ta có thể xác định đợc độ thu hồi của phơng pháp.
FK
K
m
m
R

W
E
+
==
(30)
Phơng trình (30) cho chúng ta biết, hằng số phân bố phụ thuộc rất lớn vào tỷ
lệ dòng và vào hằng số phân bố.
I.4.3. Phơng pháp chiết lỏng ngng hơi.
I.4.3.1. Mô hình của phơng pháp chiết lỏng ngng hơi.
Nguyễn Hữu Phong_Lớp: QTTB_K44
18