Các phương pháp phân tích hữu cơNguyễn Đức Huệ

®¹i häc quèc gia hµ néi
trêng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn

NguyÔn ®øc huÖ

C¸c ph¬ng ph¸p ph©n tÝch
h÷u c¬


hà nôị 2001

mở đầu
Phân tích hữu cơ là một phơng pháp của hoá học hữu cơ. Hiện nay hoá học hữu cơ
thuần khiết đợc chia làm hai lĩnh vực chủ yếu: lý thuyết hoá học hữu cơ và phơng pháp
nghiên cứu hoá học hữu cơ.
Phân tích hữu cơ đợc coi là một phơng pháp nghiên cứu của hoá học hữu cơ thì
không nên hiểu nó một cách đơn thuần là kỹ thuật phân tích mà phải coi nó nh là một
phơng tiện nghiên cứu giúp đi sâu tìm hiểu bản chất cấu tạo của các hợp chất hữu cơ, nắm
đợc những quy luật chi phối những đặc tính lý, hoá, sinh của chúng.
Phân tích hữu cơ bản thân nó lại đợc chia thành hai lĩnh vực khác nhau: phân tích
hữu cơ cơ bản và phân tích hữu cơ ứng dụng:
- Phân tích hữu cơ cơ bản có nhiệm vụ chủ yếu là xác định công thức cấu tạo của
một hợp chất hữu cơ.
- Phân tích hữu cơ ứng dụng rất rộng lớn gắn liền với nhiệm vụ của từng lĩnh vực
khoa học và sản xuất tơng ứng. Thí dụ: phân tích dầu mỏ, nhựa than đá, hợp chất cao
phân tử tự nhiên và tổng hợp, phân tích tinh dầu, phân tích các chất dinh dỡng (đạm, đờng, bột, ...); xác định kiểm tra sản xuất (xác đinh mức độ phản ứng, sản phẩm trung gian,
bán thành phẩm và thành phẩm); kiển tra phân tích các khí, nớc thải, độ tinh khiết của các
hoá chất, ... cũng nh điều tra thành phần, trữ lợng các nguồn tài nguyên và phân tích môi
trờng.
ở đây để giới hạn tính chất, yêu cầu của giáo trình và chuyên đề chúng ta chỉ tập
trung vào phân tích hữu cơ cơ bản với những nội dung sau đây:

- Chuẩn bị chất cho phân tích.
- Phơng pháp xác định công thức cấu tạo một hợp chất hữu cơ.
- Phân tích nguyên tố trong hợp chất hữu cơ.
- Phân tích nhóm chức hữu cơ.
- Phân tích một chất cha biết.
- Phân tích một hỗn hợp chất hữu cơ.
Tuy vậy, nắm chắc đợc các hiểu biết và nguyên tắc của phân tích hữu cơ cơ bản kết
hợp với sự vận dụng năng động sẽ là cơ sở cho phân tích hữu cơ ứng dụng để giải quyết
những vấn đề thực tế đặt ra.

6


Phân tích hữu cơ đã có mầm mống từ lâu đời. Tuy nhiên, chỉ từ khi hoá học hữu cơ
ra đời kéo theo sự phát triển của phân tích hữu cơ thì nó mới trở thành một môn khoa học
thực sự. Cách đây gần hai thế kỷ (đầu thế kỷ 19) những công trình phân tích định lợng có
tính chất khoa học các hợp chất hữu cơ lần đầu tiên đợc thực hiện bởi hai nhà bác học
Pháp Gay-Lussac (1778 - 1850) và Thenard (1777 - 1857). Các ông đã trộn lợng cân chất
phân tích với KClO3 và nớc, đóng viên, sấy khô và đốt trong ống đồng kín. Hỗn hợp khí
O2 + CO2 tạo ra khi đốt mẫu đợc thu vào trong chuông nhúng trong thuỷ ngân. Từ lợng
KClO3 đã lấy và lợng các khí thu đợc có thể tính đợc hàm lợng C, H trong chất khảo sát.
Phơng pháp còn rất thô sơ và không chính xác, chỉ có ý nghĩa lịch sử. Vào những năm
1814-1817 Bergielius (1779 - 1848) đã đề ra phơng pháp trọng lợng để xác định C, H.
Chất khảo sát đợc đốt với KClO3 + KCl (KCl có tác dụng làm giảm bớt sự mãnh liệt của
phản ứng), nớc sinh ra đợc hấp thu bằng CaCl2, còn CO2 đợc thu vào chuông thuỷ tinh có
một lọ nhỏ đựng KOH để hấp thu CO 2. Dựa vào gia trọng của ống CaCl2 và lọ chứa KOH
tính ra hàm lợng C, H trong chất khảo sát. Phơng pháp tơng đối hoàn thiện, chính xác và
có thể coi Bergielius là ngời sáng lập ra phơng pháp xác định C, H. Tiếp theo công trình
này là công trình của Liebig (học trò Gay-Lussac). Ông đã dùng chất oxi hoá là CuO và
dùng KOH dung dịch để hấp thu CO 2. Liebig cũng đã sáng chế một dụng cụ mới để xác

định C, H đợc chính xác hơn và rút ngắn thời gian phân tích. Sau Liebig, Dewnstedt đã
dùng chất oxi hoá là O2 khí và xúc tác Pt. Phơng pháp và dụng cụ của Dewnstedt cho
phép xác định đồng thời C, H, S và halogen.
Ngời đầu tiên xác định N là Dumas (1800 - 1884) vào năm 1831. Phơng pháp dựa
vào việc đốt chất với CuO trong bầu khí quyển CO 2 và dùng Cu kim loại để khử các nitơ
oxit tạo ra đến nitơ ngyên tố. Thu và đo thể tích nitơ nhận đợc có thể tính đợc hàm lợng
nitơ trong chất khảo sát. Kjekdahl (1849 - 1900) vào năm 1883 đã đề ra phơng pháp xác
định N amin bằng cách phân huỷ chất với H2SO4 đặc, N chuyển thành amoni sunfat và đới
tác dụng của kiềm NH3 giải phóng ra đợc chuẩn độ axit sẽ biết đợc lợng nitơ trong chất
khảo sát.
Carius vào những năm 60 của thế kỷ 19 đã tìm ra phơng pháp xác định các
halogen, S, P dựa vào sự ion hoá chúng dới tác dụng của HNO3 đặc dới áp suất cao. Các
ion vô cơ tạo thành (X-, SO4- -, PO4- - -) đợc xác định bằng các phơng pháp phân tích vô cơ
đã biết.
Lịch sử phát triển của phân tích định chức hữu cơ có chậm hơn. Sau khi tìm biết đợc thành phần nguyên tố và phân tử khối ta mới chỉ xây dựng đợc công thức phân tử, còn
công thức cấu tạo cha thể biết đợc. Chính vào thời điểm này việc phân tích các nhóm chức
và các liên kết trở nên bức bách, không thể thiếu đợc của phân tích hữu cơ. Tác giả đầu
tiên xác định nhóm OCH 3 là nhà bác học áo Zeisel (1854 - 1933) vào năm 1885 khi

7


nghiên cứu cấu tạo của các ancaloit, dựa vào sự phân hủy hợp chất chứa nhóm OCH 3 với
HI tạo ra CH3I và xác định nó dới dạng AgI nhờ dòng CO2 đuổi CH3I vào dung dịch
AgNO3.
Hbl (1853 - 1932) ngời đầu tiên đã xác định nối đôi trong các olefin dựa vào sự
cộng hợp của ICl (tạo ra từ dung dịch rợu của HgCl + I2 ICl + HgClI) vào nối đôi. Lợng ICl d sau đó đợc xác định bằng phơng pháp tiosunfat.
xét về mặt quy mô phân tích các phơng pháp phân tích hữu cơ ban đầu thờng đòi
hỏi những lợng cân khá lớn khoảng từ 1 - 5gam, vừa tốn hoá chất vừa đòi hỏi nhiều thời
gian, hơn nữa độ chính xác kém. Sự kiện này kéo dài hàng trăm năm mãi cho đến đầu thế

kỷ XX mới xuất hiện các phơng pháp vi lợng cho phép rút nhỏ lợng cân đi hàng nghìn
lần. Nhà bác học áo Pregl (1869 - 1930) sáng chế đợc cân vi phân tích và lần đầu tiên đã
dùng lợng cân nhỏ từ 2 - 4mg để xác định C, H (1912 - 1916) và ông đã thu đợc kết quả
rất chính xác 0,3 %. Phơng pháp vi phân tích của Pregl ra đời có một ý nghĩa lịch sử lớn
lao trong phân tích hữu cơ, nó đã cho phép thực hiện hàng loạt những công trình nghiên
cứu xuất sắc, đặc biệt là trong lĩnh vực các hợp chất tự nhiên (ở đây nhiều khi từ hàng tấn
nguyên liệu ngời ta chỉ điều chế đợc một vài chục miligam chất nghiên cứu) và ông đã
xứng đáng để nhận giải thởng Nobel vào năm 1923. Khuynh hớng rút nhỏ lợng cân chất
phân tích còn đợc tiếp tục cho đến ngày nay. Các danh từ chỉ quy mô lợng cân chất phân
tích nh phân tích lợng lớn (từ 100 - 200mg đến 1 - 2g), phân tích bán vi lợng (từ 10 15mg đến 100mg), phân tích vi lợng (từ 1 - 10mg), phân tích bán siêu vi lợng (từ 20 30àg đến 1mg), phân tích siêu vi lợng (từ 1àg đến 10 - 20àg),và dới nữa 1ng, 1pg thậm
chí 1fg (10-15g) đợc gọi chung là phân tích lợng vết, đã lần lợt xuất hiện.
Ngày nay việc định lợng các nguyên tố và nhóm chức hữu cơ đã ở mức độ hoàn
thiện cao với nhiều những cải tiến và phơng pháp mới đợc tìm ra, đặc biệt là sự ứng dụng
những phơng pháp vật lý, hoá lý vào phân tích hữu cơ cho khả năng nhận đợc những kết
quả trong những thời gian ngắn hơn cũng nh chính xác hơn và mở ra nhiều khả năng cho
tự động hoá các quá trình kỹ thuật phân tích mà chúng ta sẽ xét đến trong giáo trình này.

Chơng 1
8


Chuẩn bị chất cho phân tích
Nh chúng ta biết để tiến hành nghiên cứu các tính chất (lý học, hoá học, sinh học),
nhất là khảo sát cấu trúc phân tử cần phải có chất tinh khiết. Từ các nguồn thiên nhiên
(động vật, thực vật, khoáng vật) hoặc bằng con đờng tổng hợp thờng ta không có ngay
những hợp chất hữu cơ tinh khiết, mà trớc hết chỉ nhận đợc những hỗn hợp chất. Do đó,
chúng ta cần phải có các phơng pháp để phân lập chúng ra khỏi đối tợng khảo sát, tách
chúng thành những chất riêng biệt tinh khiết hoặc tinh chế loại bỏ tạp chất lẫn theo để thu
đợc chất tinh khiết. Những phơng pháp đó sẽ đợc trình bày lần lợt dới đây.
Để hiểu rõ thế nào là chất tinh khiết ta cần phải phân biệt hai khái niệm tính đồng

nhất và chất tinh khiết, chúng có liên quan mật thiết với nhau. Nh chúng ta biết, tiêu
chuẩn để đánh giá độ sạch của chất rắn là dựa vào điểm chảy không đổi, hoặc chất lỏng
dựa vào điểm sôi không đổi dới những điều kiện nh nhau. Tuy nhiên ta gặp không ít các
trờng hợp hai chất rắn khác nhau tạo đợc tinh thể hỗn hợp có điểm chảy rõ ràng, không
đổi khi kết tinh lại, hoặc hai chất lỏng khác nhau tạo đợc hỗn hợp đẳng phí có điểm sôi
không đổi dù cất lại. Nh vậy hai chất rắn hoặc hai chất lỏng này không thể coi là chất
đồng nhất và do đó liên quan tới chất tinh khiết. Do vậy, chất tinh khiết phải là chất đồng
nhất, hay nói cách khác: chất tinh khiết là chất đợc cấu thành nên chỉ từ một loại phân tử.
Điều đó thờng không thể thực hiện đợc và chất chỉ đợc làm sạch đến một mức độ có ý
nghĩa nhờ các biện pháp này hay kia mà ta gọi là độ tinh khiết.
Trong thực hành hoá hữu cơ việc chọn một phơng pháp tách nào đó là tuỳ thuộc
vào các tính chất hoá học và vật lý của sản phẩm (chất phân tích). Một hớng dẫn chung,
có ích đợc giới thiệu ở đây là dựa vào trạng thái vật lý ở nhiệt độ môi trờng của mẫu phân
tích. Đó là các hệ thống một pha (hoặc rắn hoặc lỏng, khí thờng ít gặp) hoặc hai pha
(rắn/lỏng hoặc lỏng/lỏng).
- Trong trờng hợp hệ một pha rắn:
Nếu sản phẩm (chất phân tích) trung tính, không tan trong nớc, ta sử dụng rửa nớc
để loại các tạp chất tan nh muối vô cơ. Trờng hợp các tạp chất rắn không tan, mẫu có thể
đợc chiết bằng dung môi thích hợp, lọc, và dịch chiết đợc đem rửa nớc (hoặc rửa bằng
dung dịch axit loãng hoặc kiềm loãng để loại các tạp chất bazơ hoặc axit), làm khô, đuổi
dung môi để thu sản phẩm. Chiết liên tục chất rắn (thí dụ, trong máy Soclet) là cần thiết
nếu chất phân tích chỉ tan nhẹ trong những dung môi hữu cơ thuận tiện dùng.
Nếu mẫu rắn chứa chất phân tích ở dạng muối tan trong nớc (thí dụ muối kim loại
kiềm của phenol, muối của amin) thì ta axit hoá hoặc kiềm hoá dung dịch nớc để giải

9


phóng hợp chất axit hoặc hợp chất bazơ ra ở dạng tự do và thu hồi chúng bằng lọc hoặc
chiết dung môi thích hợp.

- Trong trờng hợp hệ một pha lỏng (chất phân tích lỏng hoặc rắn tan trong dung
môi).
Bằng cách cất phân đoạn trực tiếp có thể tách đợc sản phẩm (chất phân tích) nếu
nó là lỏng, hoặc cô đặc hoặc làm lạnh sản phẩm nếu nó là rắn. Tuy nhiên, phơng pháp
thích hợp hơn cả, dù sản phẩm là lỏng hoặc là rắn, là phơng pháp chiết axit bazơ. Phơng pháp chiết axit bazơ có thể đợc thực hiện trực tiếp nếu sản phẩm ở trong dung dịch
mà dung môi không trộn lẫn với nớc. Khi này ta cần biết bản chất axit bazơ và tính tan
trong nớc của sản phẩm (chất phân tích) để đảm bảo chắc chắn là phân đoạn tơng ứng nào
cần giữ lại để thu hồi sản phẩm. Trong trờng hợp sản phẩm ở trong dung dịch mà dung
môi trộn lẫn đợc với nớc thì cần phải cất loại hết hoặc gần hết dung môi và hoà tan lại sản
phẩm vào một lợng d dung môi không trộn lẫn trớc khi tiến hành chiết. Việc loại dung
môi các phân đoạn nhận đợc bằng phơng pháp chiết này tốt nhất đợc thực hiện trong máy
cất quay.
- Trờng hợp hệ hai pha rắn/lỏng:
Trong trờng hợp này ta cần biết sản phẩm quan tâm nằm trong pha nào. Nếu là pha
rắn, ta làm lạnh và lọc thu sản phẩm. Dịch lọc đem cô hoặc bằng các phơng pháp chiết để
đợc hiệu suất sản phẩm cao. Nếu sản phẩm quan tâm nằm trong pha lỏng thì sau khi lọc
pha rắn, dịch lọc đợc đem xử lí nh hệ một pha lỏng ở trên. Sự lọc trực tiếp cũng có thể khi
pha rắn là những tạp chất không mong muốn và dịch lọc đợc đem xử lí để thu sản phẩm.
Trờng hợp sản phẩm thu đợc bằng kết tinh có lẫn các tạp chất rắn thì hỗn hợp đợc đun
nóng cho chảy ra và lọc nóng.
- Trờng hợp hệ hai pha lỏng:
Đó là trờng hợp của hai pha lỏng không trộn lẫn vào nhau, ta dễ dàng tách riêng và
xử lí nh là hệ một pha lỏng ở trên để thu sản phẩm.
Tất cả các phơng pháp tách sơ bộ này cho ta các sản phẩm rắn hoặc lỏng hiếm khi
có độ tinh khiết cao. Sự tinh chế chúng thờng thực hiện bằng kết tinh lại hoặc thăng hoa
nếu là chất rắn, hoặc bằng cất phân đoạn dới áp suất thờng hoặc áp suất thấp nếu là chất
lỏng hoặc chất rắn có điểm chảy thấp và dới chân không cao (chng cất phân tử) đối với
những chất lỏng sôi cao. Nếu các phơng pháp làm sạch này không cho đợc sản phẩm có
độ tinh khiết đủ thì phải dùng đến các phơng pháp sắc ký điều chế.
Sự đánh giá cuối cùng độ tinh khiết của chất đã biết dựa vào việc đo các hằng số

vật lý và đem so sánh với các dữ kiện có trong tài liệu. Trong trờng hợp chất mới thì độ

10


sạch phải đợc đánh giá và xác định cấu trúc bằng các phơng pháp sắc ký và phổ thích
hợp.

1.1. Các phơng pháp tách và làm sạch chất
1.1.1. Chiết
1.1.1.1. chiết lỏng lỏng
Chiết lỏng lỏng là một kỹ thuật tách đơn giản nhất và trung thực nhất. Nó thờng
đợc sử dụng để làm sạch hoặc để tách một cấu tử riêng hoặc một loại các cấu tử khỏi mẫu
mẹ. Mẫu rắn hoặc lỏng đợc chiết bằng dung môi hữu cơ thích hợp. đối với các mẫu nớc
dung môi chiết phải không tan trong nớc. Độ phân cực của dung môi nằm trong một
khoảng rộng từ các ankan nh pentan, hexan hoặc xiclohexan đến nitrobenzen và nbutanol, cũng nh các dung môi cơ clo (đặc biệt là điclometan, clorofom) là một thuận lợi
cho việc tách. Sự lựa chọn dung môi chiết phụ thuộc vào tính tan của chất phân tích ở
trong dung môi đó và vào sự dễ dàng tách đợc chất cần tách ra khỏi mẫu.
Sự làm giàu chất và hiệu quả của phơng pháp chiết phụ thuộc vào tỉ số thể tích của
mẫu và của dung môi chiết và vào hệ số phân bố. Tỉ lệ thể tích mẫu/dung môi không thể
lấy quá rộng vì nó có ảnh hởng đến độ chính xác khi định lợng. Hệ số phân bố có thể đợc
cải thiện nhờ thay đổi pH mẫu, khử muối hoặc sử dụng ion đối v.v...
Có hai quá trình chiết lỏng lỏng khác nhau: chiết không liên tục (chiết đoạn) và
chiết liên tục.
a- Chiết đoạn:
Chiết đoạn đợc thực hiện bằng cách lắc mẫu
cùng với dung môi chiết trong phễu chiết và đợc sử
dụng trong những trờng hợp có hệ số phân bố lớn và có
thể bỏ qua sự mất mát chất nào đó.

MẫU NƯớC
Vnc, mnc

Chất phân tích phân bố giữa hai pha lỏng theo
hệ số phân bố (xem sơ đồ hình 1.1):

Dung môi chiết
Vch, mch

K=

C ch m ch Vnc
=
ì
C nc m nc Vch

(1.1)

Một phơng trình cơ bản khác là cân bằng khối
trớc và sau chiết:

m ch + m nc = m nc,o

(1.2)

11

Hình 1.1- Sơ đồ biểu diễn chiết
lỏng lỏng đoạn (chiết đơn)

(mnc, o = lợng chất ban đầu có trong mẫu nớc)

Kết hợp các phơng trình (1.1) và (1.2) cho ta phơng trình biểu thị độ thu hồi đối
với quá trình chiết lỏng lỏng đoạn (đơn):

R ch,l l =
(V =

m ch
K
V
=
= 1
m nc,o K + V
K+ V

Vnc
v ch

(1.3)

là tỉ số thể tích)

Đối với sự chiết đoạn lặp của cùng một mẫu với n thể tích bằng nhau (= V ch) của
dung môi chiết ta có độ thu hồi là:
V
R ch = 1
K + V

n

(1.4)

Sự chiết đoạn lặp cho độ thu hồi cao hơn (đại lợng trong dấu ngoặc vuông luôn nhỏ
hơn 1, n càng lớn thì Rch càng tiến gần đến 1), tuy độ làm giàu giảm.
Từ (1.3) và (1.4) ta cũng có thể suy ra chiết gộp dung môi một lần cho hiệu suất
chiết thấp hơn so với chia nhỏ lợng
dung môi đó ra chiết làm nhiều lần.
Thí dụ: ta lấy K = 3, V = 1 (thể tích
mẫu nớc và dung môi chiết bằng
nhau) theo (1.3) chiết đoạn đơn ta
đợc Rch = 0,75 (75%), nếu ta chia
nhỏ lợng dung môi làm 3 lần chiết
(V = 1/3, n = 3) theo (1.4) chiết
đoạn lặp ta đợc Rch = 0,984 (98,4
%).
b- Chiết liên tục
Quá trình chiết liên tục đợc
áp dụng cho những trờng hợp có hệ
Hình1.2- Sơ đồ biểu diễn chiết liên tục sử dụng
thiết bị chiết lỏng lỏng lôi cuốn hơi nước
số phân bố nhỏ, buộc phải chiết
cải tiến (hình 1.3 A)
đoạn lặp nhiều lần, nên tốt hơn là ta
tiến hành chiết liên tục, cũng nh đối
với những trờng hợp không thể bỏ qua đợc sự mất mát chất (chiết phân tích).

12

Trong quá trình chiết liên tục dòng dung môi chiết chiết liên tục dòng mẫu (xem
sơ đồ hình 1.2) trong các thiết bị riêng (hình 1.3):

A'

H

b

a

H

A

B
K

E

C

E

D

B

a: Dung môi cất từ bình cầu (lắp ở dư

ới) và ngưng trong ống sinh hàn hồi lưu (lắp ở
phía trên) rơi xuống phễu có đầu hở ở dưới
thắt lại đi vào dung dịch nước (mẫu) chứa
trong ống đựng, sau đó nổi lên bề mặt và
quay lại bình cất qua lỗ nhỏ ở gần miệng ống
đựng, trong quá trình đi qua của dung môi
một phần chất tan được chiết khỏi mẫu.
b: Dung môi ngưng từ ống sinh hàn
hồi lưu nhỏ giọt xuống phễu rồi đi qua dung
dịch và thoát ra ở lỗ nhỏ bên đáy ống đựng
gắn đoạn ống ngắn quay lại bình cất dung
môi.

K

F

F

C

A

D

B

A: Dung dịch mẫu nước được đưa vào từ
đỉnh ống sịnh hàn từ bình chứa A có khoá vặn để
điều chỉnh cấp từng lượng nhỏ mẫu. Hơi dung môi

được cấp từ bình cất B theo ống F đi vào ống sinh
hàn. Dung dịch mẫu sau chiết thải ra theo ống E.
Chất được chiết nằm lại bầu chứa C.
B: Trong thiết bị này hơi nước ngưng
mang chất phân tích được chiết bằng dung môi
ngưng trong phần K của ống làm lạnh. Chất được
chiết nằm trong bầu chứa C. Trường hợp dùng
dung môi nhẹ hơn nước ta đổi vị trí bình chứa
mẫu A cho bình chứa dung môi B (thời gian chiết
thường phải kéo dài).

Hình 1.3:
a- Bộ chiết liên tục chất từ dung dịch nước bằng dung môi nhẹ hơn nước.
b- Bộ chiết liên tục chất từ dung dịch nước bằng dung môi nặng hơn nước.
A- Bộ chiết liên tục cải tiến từ bộ chiết lỏng lỏng lôi cuốn hơi nước.
B- Bộ chiết lỏng lỏng lôi cuốn hơi nước.
Để đơn giản hoá cho việc xử lí toán học, sự chiết đợc giả thiết là một quá trình ở
trạng thái tĩnh, nồng độ ở trong mẫu (= Cnc) đi vào buồng chiết là không đổi và nồng độ
trong dung môi chiết (Chch) đi vào buồng ngng là không đáng kể (có thể xem Chch = 0).

13


Quá trình chiết lỏng lỏng liên tục có thể đợc mô tả bằng những phơng trình cơ
bản sau:
- Cân bằng khối trong buồng chiết/tách:

Fnc C nc = Fch C *ch + Fnc C *nc

(1.5)

- Hằng số phân bố lỏng lỏng:

K=

C *ch
C*nc

(1.6)

- Cân bằng khối trong bình hứng dung môi chiết chảy ra:

dC ch
F
= ch C *ch
dt
Vch

(1.7)

với giả thiết là cân bằng nhiệt động, sự trộn đều trong toàn bộ các pha, các l u lợng dòng
và các thể tích không đổi.
Kết hợp các phơng trình (1.5) và (1.6) ta có biểu thức để tính C *ch. Sau khi thay nó
vào (1.7) và lấy tích phân, lợng chất đợc chiết có thể đợc biểu thị bằng các phơng trình
sau:

C ch Vch = Fch C nc
(F =

KF

t
K+F

(1.8)

Fnc
là tỉ số lu lợng dòng)
Fch

Quá trình này kéo dài cho đến khi mẫu đợc chuyển toàn bộ vào buồng chiết, nên ở
thời gian:

t=

Vnc,o

(1.9)

Fnc

thì quá trình chiết dừng.
Độ thu hồi (đợc xác định nh là tỉ số của lợng cấu tử ở trong dịch chiết sau khi đã
hoàn thành sự chiết và lợng có lúc đầu ở trong mẫu nớc) sẽ nhận đợc sau khi kết hợp các
phơng trình (1.8) và (1.9):

R ch =

C ch Vch
K
=

C nc Vnc,o K + F

(1.10)

Từ đây ta thấy giá trị độ thu hồi lí thuyết đợc xác định bởi hằng số phân bố K và tỉ
số lu lợng dòng F. Trong trờng hợp chiết lỏng lỏng thông thờng ta cũng có quan hệ tơng tự này (phơng trình 1.3). Rõ ràng các giá trị độ thu hồi bằng nhau sẽ nhận đợc đối với

14


cả hai kĩ thuật, nếu nh tỉ số lu lợng dòng F của chiết liên tục bằng tỉ số thể tích V của
chiết lỏng lỏng đoạn.
Quan hệ giữa độ thu hồi và
100
tỉ số lu lợng dòng theo phơng
trình (1.10) đợc biểu thị bằng đồ
K:
thị nh trên hình 1.4 đối với các giá Rch (%)
10
trị hằng số phân bố K khác nhau
5
cho ta thấy: ở tỉ lệ dòng thấp,
50
nghĩa là lu lợng dòng của mẫu nớc
thấp hoặc lu lợng dòng của dung
1
môi chiết cao, thì độ thu hồi cao
sẽ nhận đợc, ngay cả đối với chất
0.5
phân cực. Nh vậy, do thời gian

2
3
1
F
của quá trình tỉ lệ nghịch với lu lHình 1.4- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ thu
ợng dòng nớc (phơng trình 1.9),
hồi theo chiết liên tục vào tỉ số lưu lượng dòng
nên thời gian của quá trình cần
đối với các giá trị hằng số phân bố khác nhau.
phải dài. ở tỉ lệ dòng cao, độ thu
hồi cao sẽ nhận đợc trong một
thời gian ngắn đối với các chất không phân cực, do chúng có các hệ số phân bố tơng đối
lớn.
Các đờng cong trên hình 1.4 có thể áp dụng cho chiết lỏng lỏng đoạn đơn sau
khi thay F bằng V do độ thu hồi của cả hai kĩ thuật là nh nhau.
Tuy nhiên, các nồng độ trong cả hai dịch chiết thu đợc khác nhau nên không liên
quan đến độ làm giàu. Theo định nghĩa, độ làm giàu đợc biểu thị bằng phơng trình:

E=

Cch
= VR ch
C nc, o

(1.11)

nghĩa là độ làm giàu và độ thu hồi tơng quan với nhau thông qua tỉ số thể tích. Tỉ số thể
tích thờng là cao hơn trong trờng hợp chiết liên tục (tỉ số thể tích 25 100 và cao hơn).
Do đó độ làm giàu cao của dịch chiết có thể dễ dàng nhận đợc trong trờng hợp chiết liên
tục.

c- Chiết lỏng lỏng trên cột
Một phơng pháp chiết lỏng lỏng khác đợc sử dụng gần đây là chiết lỏng lỏng
trên cột, cũng dựa vào định luật phân bố của chất tan giữa hai pha không trộn lẫn vào

15


nhau (gần với sắc kí phân bố lỏng lỏng trên cột). Trong phân tích các chất a dầu (kị nớc) ở trong các mẫu phức tạp nh các dịch cơ thể, các mẫu môi trờng, phân tích tồn lợng
việc chuẩn bị mẫu bằng phơng pháp chiết thông thờng (dùng phễu chiết) thờng gặp những
điều bất lợi: sự hình thành nhũ, sự tách pha tồi, tiêu tốn nhiều dung môi và thời gian. Phơng pháp chiết lỏng lỏng trên cột trong trờng hợp ở đây tỏ ra hiệu quả hơn, tránh đợc
những điều bất lợi đã nêu, không cần làm khô dung dịch thu đợc và độ thu hồi cao.
Nguyên tắc làm việc của phơng pháp chiết lỏng lỏng trên cột (hiện trên thị trờng có bán sẵn các cột nhồi có thể tích từ 1 - 20 mL) nh sau:
Cột (polietilen hoặc thuỷ tinh) đợc nhồi đất chịu lửa có lỗ rộng (thể tích lỗ cao), trơ
hoá học, làm việc đợc trong khoảng pH 1 - 13 (thí dụ nh Kizengua). Mẫu nớc chứa chất
phân tích khi đa vào cột tự nó sẽ đợc phân bố trong dạng phim mỏng trên bề mặt chất
nhồi và đóng vai trò nh một pha tĩnh. Sau đó sự rửa giải xảy ra khi sử dụng những dung
môi hữu cơ không trộn lẫn với nớc nh đietyl ete, etyl axetat hoặc các dung môi
hiđrocacbon clo hoá. Tất cả các chất a dầu sẽ đợc chiết từ pha nớc vào pha hữu cơ. Trong
quá trình này pha nớc nằm lại trên pha tĩnh. Dịch rửa giải thu đợc không bị nhũ hoá và có
thể đem bốc hơi dung môi để tiến hành phân tích tiếp mà không cần làm khô.
d- Chiết đối dòng (chiết phân đoạn)
Chiết phân đoạn cho phép tách các chất có hệ số phân bố gần nhau, tuy nhiên hiện
nay ít dùng vì đòi hỏi thiết bị chuyên dùng đắt tiền và không cho phép tách những hỗn
hợp phức tạp.
1.1.1.2. Chiết lỏng - rắn
Chiết lỏng rắn đợc áp dụng để tách các chất phân tích ra khỏi mẫu vật rắn (thực
vật, đất, các mẫu sinh học, v.v...) bằng dung môi thích hợp. Chất phân tích trong mẫu vật
rắn thờng nằm ở thành nang nhỏ hoặc phân tán trong chất rắn, vì vậy cần nghiền nhỏ để
tăng bề mặt tiếp xúc giữa dung môi và chất phân tích. Tuỳ thuộc vào tính phân cực của

chất cần tách ta lựa chọn dung môi chiết, bắt đầu từ những dung môi hiđrocacbon nhẹ đối
với những chất ít phân cực đến những dung môi phân cực hơn nh đietyl ete, axeton, etanol
kể cả nớc đối với những chất phân cực. Quá trình chiết lỏng rắn có thể tiến hành theo
phơng pháp chiết đoạn hoặc chiết liên tục tuỳ theo yêu cầu của việc chiết (chiết điều chế
hoặc chiết phân tích).
a- chiết đoạn (đơn hoặc lặp):

16


Quá trình chiết đoạn có hiệu quả thấp hơn so với quá trình chiết liên tục. Trong
quá trình này mẫu rắn đợc ngâm vào dung môi trong cối nghiền, trong bình tam giác hoặc
trong cốc trong một thời gian (có thể khuấy, lắc), sau đó dịch chiết đợc tách ra bằng lắng
gạn hoặc lọc hoặc quay li tâm. Cặn còn lại đợc chiết tiếp một hai lần nữa bằng dung môi
mới. Các dịch chiết đợc gộp lại (cần
thiết thì làm khô) và cho bay hơi (thờng
dới áp suất giảm) để thu sản phẩm và
xử lí tiếp.
b- chiết liên tục
Quá trình chiết liên tục đợc thực
hiện trong một thiết bị riêng, tốt nhất là
sử dụng bộ chiết Soclet cải tiến (xem
hình 1.5). Trong đó phần thân máy
chứa ống giấy đựng mẫu đợc cải tiến
(hình 1.5 b) để hơi nóng dung môi bốc
lên bao quanh đợc ống đựng mẫu, nhờ
đó chất đợc chiết bằng dung môi nóng,
không phải bằng dung môi ngng lạnh.
1.1.1.3. Chiết pha rắn
a- Cơ sở lí thuyết:

Chiết pha rắn là quá trình chiết
Hình 1.5- Bộ chiết Soclet
bao gồm một pha rắn và một pha lỏng.
Các cấu tử cần quan tâm và các chất
cản trở nằm trong pha lỏng. Khi cho chảy qua cột nhồi chất hấp lu chuyên dụng, trong trờng hợp lí tởng (chiết chọn lọc), các cấu tử cần quan tâm đợc lu giữ lại trên chất hấp lu,
còn các chất cản trở không bị lu giữ đợc thải loại ra khỏi cột theo dòng chảy, sau đó chất
cần quan tâm đợc rửa giải ra khỏi cột nhờ dung môi thích hợp, hoặc ngợc lại các chất cản
trở đợc lu giữ trên chất hấp lu, còn các cấu tử cần quan tâm không bị lu giữ chảy ra khỏi
cột. Trong đa số các trờng hợp thờng các cấu tử cần quan tâm và các chất cản trở cùng bị
lu giữ trên chất hấp lu. Khi đó cần rửa chọn lọc bằng những dung môi (dung dịch) đủ
mạnh để loại các chất cản trở, nhng lại đủ yếu để các cấu tử cần quan tâm nằm lại sau,
hoặc rửa giải chọn lọc chất cần quan tâm trong dung môi và để lại các chất cản trở bị lu
giữ mạnh trên chất hấp lu.

17


Chiết pha rắn làm việc dựa trên nguyên tắc của sắc kí lỏng. Nhờ những tơng tác
mạnh nhng bất thuận nghịch giữa chất phân tích và bề mặt của pha tĩnh (chất hấp l u), nh
tơng tác kị nớc (lực Van-der-Waals), phân cực (cầu hidro, lực lỡng cực) hoặc trao đổi ion,
còn sự tơng tác giữa pha tĩnh và các chất cản trở trong mẫu có thể không xảy ra hoặc xảy
ra ở mức độ khác với chất cần quan tâm do sự khác nhau trong tính chất hoá học và vật lí
giữa chất phân tích và các chất cản trở, mà chúng đợc lu giữ ở những phạm vi khác nhau.
Điều này cũng có thể đạt đợc nhờ thay đổi pH hoặc lực ion của dung dịch mẫu. Dới các
điều kiện nh vậy, chất phân tích đợc lu giữ, làm giàu nh một giải hẹp trên pha tĩnh và đợc
rửa giải chọn lọc ra khỏi cột sau đó nhờ dung môi thích hợp.
b- Chất hấp lu
Các chất hấp lu dùng trong kĩ thuật chiết pha rắn là Silicagen biến tính, Silicagen
không biến tính (Silicagen thờng) nhôm oxit, các polime v.v... và đợc chia thành pha tĩnh
ngợc và pha tĩnh thờng, chất hấp phụ (cũng đợc xếp vào loại pha tĩnh thờng) và nhựa trao

đổi ion (các chất hấp lu đợc chỉ ra trên bảng 1.1).
Bảng 1.1- Các chất hấp lu dùng trong kĩ thuật chiết pha rắn
Pha

Chất hấp lu

Kí hiệu

Cấu trúc

Octadexyl

C18, RP-18, LC-18

-Si(CH3)2C18H37, -SiC18H37

Octyl

C8, RP-8, LC-8

-Si(CH3)2C8H17

Butyl

C4, RP-4, LC-4

-Si(CH3)2C4H9

Etyl

C2, RP-2, LC-2

-SiC2H5

Phenyl

LC-Ph

-SiC6H5

Xiclohexyl

LC-Cyclo

-SiC6H11

Xiano

CN, LC-CN

-Si(CH3)2(CH2)3CN

Amino

NH2, LC-NH2

-Si(CH2)3NH2

Diol

Diol, LC-Diol

-Si(CH2)3OCH2CHOHCH2OH

Silicagen

Si, LC-Si

-SiOH

Florisil

Florisil, LC-Florisil

MgSiO3

Nhôm oxit

Alumina A, LC-Alumina A

Al2O3 (axit)

Phụ

Alumina B, LC-Alumina B

Al2O3 (bazơ)

(Thờng)

Alumina N, LC-Alumina N

Al2O3 (trung tính)

Ngợc
(Số 1)

Thờng
(Số 2)

Hấp

18


Than

ENVI-Carb

Graphit (than không xốp)

Polime

EN, ENVI-Chrom P

Nhựa đồng trùng hợp
Stiren-divinylbenzen

Amin bậc bốn

N+, LC-SAC, Accell Plus QMA -C(O)NH(CH2)3N(CH3)3+Cl-

đổi

Amin

LC-NH2

Ion

Axit sunfonic

LC-SCX

(R, Ar)-SO3-Na+

Axit
cacboxylic

LC-WCX, Accell Plus CM

(R)-COO-Na+

Trao

(Số 3)

Các chất hấp lu pha ngợc là pha tĩnh không phân cực, khi cho mẫu phân tích phân
cực chảy qua sẽ giữ lại các chất phân tích không phân cực và cho các chất phân tích phân
cực chảy qua cột. Nhờ vậy, các chất hấp lu pha ngợc đợc dùng để chiết các chất phân tích

không phân cực và phân cực vừa từ các mẫu nớc.
Các chất hấp lu pha thờng (silicagen không biến tính) là pha tĩnh phâncực, khi cho
mẫu phân tích không phân cực chảy qua sẽ giữ lại các chất phân tích phân cực và cho các
chất phân tích không phân cực chảy qua cột. Nhờ vậy các chất hấp lu pha thờng đợc dùng
để chiết các chất phân tích phân cực vừa và phân cực từ các mẫu không nớc.
Các chất hấp lu là những chất hấp phụ nhờ sự có mặt các nhóm chức trên chính
chất hấp phụ nên đợc sử dụng trong những điều kiện nh các chất hấp lu pha thờng và cho
phép chiết các chất phân tích phân cực từ các mẫu không phân cực.
Các chất hấp lu là nhựa trao đổi ion đợc sử dụng hoặc là hệ pha thờng hoặc là hệ
pha ngợc (trộn lẫn), các chất phân tích là ion tích điện ngợc dấu với ion trên nhựa trao đổi
đợc giữ lại trong cột. Các dung môi hữu cơ hoặc dung dịch chứa các ion đối có ái lực ion
mạnh hơn đợc sử dụng để rửa giải chất phân tích quan tâm ra khỏi cột. Các chất hấp lu
nhựa trao đổi ion cho phép tách các chất phân tích ion từ các mẫu nớc và không nớc (phân
cực và không phân cực).
Cũng cần nói thêm về chất hấp lu ion cặp đôi. Đó là pha tĩnh không phân cực. Mẫu
phân tích phân cực chứa các chất phân tích ion hoá đợc, khi thêm ion đối vào dung dịch
mẫu sẽ tạo ra ion cặp đôi với ion phân tích và chất phân tích bây giờ trở thành trung hoà
điện tích (không phân cực) đợc giữ lại trên chất hấp lu theo cơ chế pha ngợc.
c- Dung môi rửa giải
Việc lựa chọn dung môi rửa giải chất phân tích đóng một vai trò quan trọng, dựa
trên nguyên tắc dung môi rửa giải phải làm yếu phản ứng giữa chất phân tích và chất hấp
lu và sự phân bố của chất phân tích trong khắp dung môi rửa giải đợc xảy ra. Để lựa chọn

19


đợc một dung môi nh thế cần phải biết đầy đủ cả về chất phân tích và những thông tin liên
quan đến cấu trúc, tính tan, độ phân cực và các tính chất phân bố.
Các dung môi rửa cột (hoạt hoá các phối tử), rửa các chất cản trở và pha mẫu phân
tích cũng có ý nghĩa nhất định.

- Đối với sắc kí pha ngợc (LC-18, LC-8, LC-2, LC-Ph, LC-NC) ứng dụng để chiết
các chất không phân cực đến phân cực vừa, nguyên tắc chung lựa chọn dung môi rửa giải
là sử dụng dãy dung môi có độ phân cực giảm dần (xem bảng 1.2): các cấu tử quan tâm bị
lu giữ yếu rửa giải bằng dung môi ítChất
phân cực, các cấu tử quan tâm bị lu giữ chặt rửa giải
bằng dung môi ít phân cực hơn liên tiếp. Việc rửa giải các cấu tử quan tâm đối với sắc kí
pha ngợc có thể dựa vào tính tan của
Tanchúng.
trong
nước?
(Tiêu chuẩn để xét tính tan: hoà 10mg chất vào 1mL dung môi, lắc 1phút, nếu tan
hoàn toàn đợc xem là TAN, nếu không tan hoàn toàn đợc xem là không. Trờng hợp lợng vết không cần xét tính tan, sự chiết dựa vào tính phân cực).
Không

TAN

Tan trong
metanol?

Tan trong
metanol?

Không

1-A
2-F
3-I

TAN

3-I

Tan trong
diclometan?

Không

Không

TAN

Tan trong
diclometan?

Tan trong
diclometan?

TAN

Không

Tan trong
hexan?

1-A
2-F
3-I

Không

TAN

1-B

1-C

TAN

Không

TAN

1-A
2-F
3-I

Tan trong
hexan?

Tan trong
hexan?
Không
1-D 20
2-G
3-I

TAN

Không

TAN

1-E

1-D
2-H
3-I

1-E
3-I


Chú thích: Số 1 là pha ngợc, số 2 là pha thờng, số 3 là trao đổi ion.
1-A: Dung môi rửa giải metanol, axetonitrin, diety ete, tetrahidrofuran hoặc dung
môi tơng tự, dùng riêng hoặc kết hợp hoặc hỗn hợp với axit loãng, bazơ loãng hoặc đệm.
1-B: Dung môi rửa giải diclometan, tetrahidrofuran hoặc dung môi tơng tự.
1-C: Dung môi rửa giải diclometan, tetrahidrofuran hoặc dung môi tơng tự, hexan.

21


1-D: Dung môi rửa giải metanol, axetonitrin, dietyl ete, tetrahidrofuran,
diclometan v.v..., dùng riêng hoặc kết hợp hoặc hỗn hợp với axit loãng, bazơ loãng hoặc
đệm.
1-E: Dung môi rửa giải hexan, diclometan, metanol, axetonitrin, dietyl ete,
tetrahidrofuran, v.v..., dùng riêng hoặc kết hợp.
Dung môi hoạt hoá cột: trờng hợp phân tích mẫu nớc, mẫu dung môi hữu cơ trộn
lẫn với nớc hoặc mẫu nớc/dung môi hữu cơ ngời ta hoạt hoá cột bằng metanol hoặc
axetonitrin, sau đó bằng nớc hoặc nớc có đệm hoặc dung môi hữu cơ có cùng pH của
mẫu. Trờng hợp mẫu trong diclometan, hexan sử dụng metanol hoặc hỗn hợp metanol

(hoặc axetonitrin) với nớc (lợng dung môi hữu cơ chiếm lớn hơn 50%).
Dung môi rửa chất cản trở: Nói chung trong tất cả các trờng hợp sử dụng dung
dịch hoạt hoá cột sau cùng để rửa chất cản trở. Trong các trờng hợp cụ thể còn có thể
dùng các dung dịch rửa sau:
1-A: Hỗn hợp dung môi trộn lẫn với nớc, với axit loãng, với bazơ loãng hoặc đệm,
hoặc diclometan, hoặc hexan.
1-B: Metanol, axetonitrin, hoặc hexan, hoặc hỗn hợp của các dung môi này với lợng nhỏ diclometan, hoặc hỗn hợp của metanol hoặc axetonitrin với nớc, với axit loãng,
với bazơ loãng hoặc đệm.
1-C: Metanol, axetonitrin hoặc hỗn hợp của những dung môi này với lợng nhỏ
diclometan, hoặc hỗn hợp của metanol hoặc axetonitrin với nớc, với axit loãng, với bazơ
loãng hoặc đệm.
1D: Nớc, axit loãng, bazơ loãng, hỗn hợp nớc/dung môi hữu cơ hoặc
hexan/diclometan, hexan.
1E: Các hỗn hợp nớc/dung môi hữu cơ (hàm lợng nớc cao nh có thể).
Dung môi pha mẫu: Do dặc điểm các chất hấp lu không phân cực hấp phụ từ
dung môi phân cực (đặc biệt là nớc và rợu) tốt hơn là từ dung môi không phân cực, do đó
cần phải tạo cho môi trờng mẫu càng phân cực càng tốt, nh có thể đợc. Nói chung trong
tất cả các trờng hợp (1-A đến 1-E):
Nếu chất tan trong dung môi hữu cơ trộn lẫn với nớc hoặc hỗn hợp dung môi/ nớc
thì cần thêm nớc, axit loãng, bazơ loãng để làm giảm hàm lợng dung môi hữu cơ nh có
thể đợc (10-50%), nhng tránh để chất quan tâm kết tủa. Nếu chất là lợng vết trong dung
môi trộn lẫn với nớc hoặc hỗn hợp dung môi/nớc thì thêm muối, axit loãng hoặc bazơ
loãng để tăng cờng cho sự chiết.
Trờng hợp chất tan trong dung môi không trộn lẫn với nớc việc chuẩn bị mẫu đợc
tiến hành nh sau:

22


1-B: Chất tan trong diclometan hoặc dung môi có độ phân cực tơng tự: thêm

metanol hoặc axetonitrin để tăng độ phân cực, hoặc hoà loãng với hexan.
1-C: Trờng hợp chất tan trong hexan: bốc hơi dung môi đến khô, hoà tan vào
diclometan, pha loãng với metanol hoặc axetonitrin để tăng độ phân cực. Trờng hợp chất
tan trong diclometan: thêm metanol hoặc axetonitrin để tăng độ phân cực.
1-D: Trờng hợp chất tan trong diclometan: bốc hơi đến khô, hoà tan trong metanol
và tiến hành tiếp nh trờng hợp chất tan trong dung môi trộn lẫn với nớc.
1-E: Trờng hợp chất tan trong dung môi không phân cực (hexan, diclometan), bốc
hơi đến khô, hoà tan trong metanol và tiến hành tiếp nh trờng hợp chất tan trong dung môi
trộn lẫn với nớc.
- Đối với sắc kí pha thờng (LC-CN, LC-NH2, LC-Diol, LC-Si, LC-Florisil, LCAlumina A, B, N) ứng dụng để chiết các chất phân cực vừa đến phân cực, nguyên tắc
chung lựa chọn dung môi rửa giải là sử dụng dãy các dung môi có độ phân cực tăng dần
(xem bảng 1.2): cấu tử quan tâm thứ nhất bị lu giữ yếu rửa giải bằng dung môi phân cực,
các cấu tử còn lại rửa giải bằng các dung môi phân cực tăng lên. Việc rửa giải các cấu tử
quan tâm đối với sắc kí pha thờng cũng có thể dựa vào tính tan của chúng (xem sơ đồ
khảo sát tính tan):
2F: Dung môi rửa giải metanol hoặc axetonitrin, hỗn hợp của metanol hoặc
axetonitrin với dung môi ít phân cực (thí dụ diclometan).
2G: Dung môi rửa giải diclometan, metanol, dietyl ete, tetrahidrofuran hoặc dung
môi tơng tự, hỗn hợp của các dung môi này.
2H: Dung môi rửa giải metanol hoặc axetonitrin, diclometan, tetrahidrofuran hoặc
dung môi tơng tự, hỗn hợp của các dung môi này.
Dung môi hoạt hoá cột: nói chung sử dụng dung môi không phân cực, thờng là
dung môi của mẫu để hoạt hoá cột. Cụ thể đối với các trờng hợp nh sau:
2F: Diclometan, hỗn hợp diclometan với metanol hoặc axetonitrin hoặc những
dung môi không phân cực khác trộn lẫn đợc với dung dịch mẫu.
2G: Nói chung là dung môi không phân cực có khả năng trộn lẫn với dung dịch
mẫu.
2H: Hexan hoặc hỗn hợp của hexan với dung môi trộn lẫn đợc với nó có độ phân
cực lớn hơn (thí dụ diclometan).
Dung môi rửa chất cản trở: nói chung dùng dung dịch hoạt hoá cột sau cùng

hoặc dung dịch hoạt hoá cột có chứa 5-25% dung môi phân cực hơn trộn lẫn đợc để rửa

23


chất cản trở. Cũng có thể sử dụng dung môi không phân cực (thí dụ, hexan), dùng riêng
hoặc hỗn hợp với dung môi rửa khác (thí dụ, diclometan).
Dung môi pha mẫu: do đặc điểm các chất hấp lu phân cực hấp phụ từ dung môi
không phân cực tốt hơn là từ dung môi phân cực, do đó cần tạo cho môi tr ờng mẫu càng
không phân cực càng tốt, nh có thể đợc. Nói chung ngời ta pha loãng dung dịch mẫu bằng
dung môi trộn lẫn đợc có độ phân cực thấp (thí dụ: chất tan trong metanol pha loãng mẫu
bằng diclometan, chất tan trong diclometan pha loãng mẫu bằng hexan) hoặc có thể bốc
hơi dung môi phân cực đến khô (metanol) rồi hoà tan lại trong diclometan và hoà loãng
tiếp bằng hexan. Lu ý trong mọi trờng hợp hoà loãng bằng dung môi ít phân cực không đợc để chất cần quan tâm kết tủa.
- Đối với sắc kí trao đổi ion (LC-NH2, LC-SAX, LC-WCX, LC-SCX) ứng dụng để
chiết các chất phân tích ion:
LC-NH2: cacbonhidrat, các anion yếu.
LC-SAX: các anion mạnh, axit hữu cơ.
LC-WCX: các cation yếu.
LC-SCX: các cation mạnh, các bazơ hữu cơ.
LC-CN: cacbonhidrat, các cation.
Chẳng hạn, chiết pha rắn bằng trao đổi ion các axit và bazơ hữu cơ. Các axit và
bazơ liên hợp có thể làm tăng tính tan của các axit và bazơ trong nớc. Nhờ đó có thể sử
dụng các chất nhồi trao đổi ion để chiết các hợp chất này:
O
R C OH

O
+

axit hữu cơ
(không tan trong nước)

R NH2

+

C O-Na+

NaOH

R

(loãng)

bazơ liên hợp
(tan trong nước)

HCl

R NH3+Cl-

bazơ hữu cơ
(không tan trong nước)

+

H 2O

axit liên hợp

(tan trong nước)

OOCtâm tạo
R liên kết điệnChất
ở giai đoạn đầu, chất phân tích quan
hoáphân
với bềtích
mặt chất nhồi
(axit cacboxylic phân li, pH bazơ)
+
(chất phân
Bề tích
mặt tích điện thayNthế ion đối tích điện cùng dấu trên chất nhồi).
-

ởLC
giai SAX
đoan tiếp theo,Clchất phân tích đợc rửa giải khỏi cột nhờ thêm ion đối cạnh
Ion đối rửa giải
-3
4 giải hoặc điều chỉnh pH của dung dịch rửa
tranh điện tích cùng dấu vào dung dịchPO
rửa
(phốt phát)
giải để thay đổi điện tích hoặc trên ion phân tích hoặc trên bề mặt chất nhồi. Thí dụ:
NH3
Bề mặt
LC SCX

SO3Na+

+

R

Chất phân tích
(amin proton hoá, pH axit)

24
NH4+

Ion đối rửa giải
(amoni)


Nguyên tắc chung lựa chọn dung dịch rửa giải là dựa vào sự biến đổi pH hoặc lực
ion của đệm: rửa giải chất phân tích đầu bằng đệm mạnh hơn đệm rửa các chất cản trở
(thay đổi pH hoặc lực ion), rửa giải những chất phân tích khác bằng các đệm mạnh hơn
liên tiếp. Cụ thể đối với trờng hợp 3-I (xem sơ đồ khảo sát tính tan).
+ Đối với các anion hoặc cation: sử dụng các axit loãng (HCl, axetic hoặc H 3PO4)
hoặc các bazơ loãng (NH4OH hoặc NaOH), dùng riêng hoặc hỗn hợp với đệm (photphat,
axetat hoặc cacbonat) hoặc hỗn hợp với các dung môi trộn lẫn với nớc (metanol,
axetonitrin v.v...). Những dung dịch rửa giải điển hình là 0,1M K 2HPO4; 0,1N HCl; axit
axetic 1%; 1N NH4OH; 0,1N NaOH và các hỗn hợp của những dung dịch này với metanol
hoặc axetonitrin, đợc điều chỉnh để có pH thích hợp.
+ Đối với các hợp chất axit hoặc các muối anion: điều chỉnh pH của dung dịch rửa
giải đến pH 1-2 đơn vị thấp hơn pKa của chất phân tích.
+ Đối với các hợp chất bazơ hoặc các muối cation: điều chỉnh pH của dung dịch
rửa giải đến pH 1-2 đơn vị cao hơn pKa của chất phân tích.
+ Đối với cacbonhidrat: sử dụng nớc để rửa giải.

Để hoạt hoá cột nói chung ngời ta dùng nớc không ion hoặc đệm yếu. Cụ thể từng
trờng hợp nh sau:
+ Các anion hoặc cation: sử dụng dung dịch có cùng pH, lực ion và lợng dung môi
hữu cơ nh khi điều chỉnh mẫu phân tích.
+ Cacbonhidrat: sử dụng axetonitrin.
Để rửa các chất cản trở dùng dung dịch hoạt hoá cột sau cùng hoặc dung dịch yếu
hơn chút ít hoặc mạnh hơn chút ít.
Để chuẩn bị mẫu phân tích tiến hành điều chỉnh nh sau:

25


+ Đối với các hợp chất axit hoặc muối anion: điều chỉnh pH của dung dịch mẫu
đến pH 1-2 đơn vị cao hơn pKa của các chất phân tích (trung hoà đến kiềm nhẹ). Sử dụng
NH4OH hoặc NaOH loãng.
+ Đối với các hợp chất bazơ hoặc muối cation (bao gồm các kim loại); điều chỉnh
pH của dung dịch mẫu đến pH 1-2 đơn vị thấp hơn pKa của các chất phân tích (trung hoà
đến axit nhẹ). Sử dụng axit axetic hoặc H3PO4 hoặc HCl loãng.
+ Đối với cacbonhidrat trong dung dịch nớc: pha loãng dung dịch mẫu bằng
axetonitrin tới tỉ lệ 1:9.
Bảng 1.2- Đặc tính của dung môi đợc sử dụng trong chiết pha rắn
Dung môi

Độ phân cực

Tính trộn lẫn với nớc

Hexan

0, 0

Không

Xiclohexan

0, 0

Không

n-Decan

0, 3

Không

Octan

0, 4

Không

Butyl ete

1, 7

Không

Trietylamin

1, 8

Có

i-Propyl ete

2, 2

Không

Toluen

2, 3

Không

p-Xilen

2, 4

Không

Benzen

3, 0

Không

Benzyl ete

3, 3

Không

Diclometan

3, 4

Không

Clorofom

3, 4

Không

Dicloetan

3, 7

Không

i-Butanol

3, 9

Không

Tetrahidrofuran

4, 2

Có

Etyl axetat

4, 3

ít

1-Propanol

4, 3

Có

2-Propanol

4, 3

Có

Metyl axetat

4, 4

ít

Metyl etyl xeton

4, 5

Có

Xiclohexanon

4, 5

Không

Nitrobenzen

4, 5

Không

26


Benzonitrin

4, 6

Không

p-Dioxan

4, 8

Có

Etanol

5, 2

Có

Piridin

5, 3

Có

Nitroetan

5, 3

Có

Axeton

5, 4

Có

Benzyl ancol

5, 5

Có

Metoxietanol

5, 7

Có

Axetonitrin

6, 2

Có

Axit axetic

6, 2

Có

Dimetylfomamit

6, 4

Có

Dimetylsunfoxit

6, 5

Có

Metanol

6, 6

Có

Fomamit

7, 3

Có

Nớc

9, 0

d. ứng dụng chiết pha rắn
Một số ứng dụng chiết pha rắn các loại hợp chất khác nhau đợc dẫn ra trong bảng
dới đây:

Bảng 1.3- ứng dụng chiết pha rắn các loại hợp chất hữu cơ, cation và anion
Hợp chất

Pha rắn

Hợp chất

Pha rắn

Hidrocacbon

1

Nucleotit

3

Ancol

2

Steroit

1, 2

Andehit

2

Tinh dầu

1

Xeton

2

Vitamin tan trong dầu

1

Axit hữu cơ

2, 3

Vitamin tan trong nớc

1, 3

Amin

2

Kháng sinh

1, 3

27


Axit amin

3

Bacbiturat

1

Hợp chất nitro

2, 3

Benzodiazepin

1

Hợp chất thơm

1

Caphein

1

Phenol

1, 2, 3

Catecholamin

3

Hidrat cacbon

3

Parabenz

1

Thuốc trừ cỏ

1, 2, 3

Phtalat este

1

Thuốc trừ sâu

1, 2, 3

Theophilin

1

Thuốc trừ nấm

1

Chất hoạt động bề mặt

1, 3

Thuốc chữa bệnh

1, 2, 3

Đờng

3

Thuốc chống giảm sút

2, 3

Aflatoxin

1, 2

Thuốc nhuộm

1, 2, 3

Anion

3

Axit nucleic

3

Cation

3

Nucleozit

3

Các kim loại

3

Chú thích: Số 1 là pha ngợc, số 2 là pha thờng, số 3 là trao đổi ion.
Kĩ thuật chiết pha rắn đợc ứng dung cho
việc chuẩn bị mẫu với ba mục tiêu sau:
Làm sạch mẫu: Khi này ống pha rắn đợc
xem nh là một ống lọc hoá học, nó lu giữ cấu
tử cần quan tâm còn tất cả các cấu tử khác đợc
rửa giải ra, hoặc các cấu tử cản trở đợc giữ lại
còn cấu tử quan tâm đợc rửa giải ra.
Làm giàu mẫu: Khi này ống pha rắn đợc
sử dụng để tập trung chất phân tích từ những
dung dịch rất loãng (lợng vết). Sự làm giàu lợng
vết đặc biệt có lợi khi nồng độ chất phân tích
nằm dới giới hạn xác định của phơng pháp.
Phân đoạn các cấu tử: Khi này ngời ta sử
dụng kĩ thuật chơng trình từng bớc các dung
môi rửa giải có lực khác nhau để rửa giải các
hợp chất có độ phân cực khác nhau ra thành các
phân đoạn. Sự phân đoạn có lợi khi ta muốn
phân tích những cấu tử khác nhau của cùng một
mẫu (phân tích hỗn hợp chất).

Hình 1.6- ống chiết pha rắn
1- Vỏ ống bằng polipropilen
2- Vật liệu nhồi
3- Tấm thuỷ tinh xốp 20 àm

28
Hình 1.7- Thiết bị chiết pha rắn


Hiện nay trên thị trờng đã có bán sẵn những ống pha rắn có dạng khác nhau (thờng
có dạng nh một sơ ranh tiêm) đợc nhồi các chất hấp lu khác nhau có kích thớc lỗ, kích thớc hạt và các tính chất xác định tiện cho việc sử dụng. Các ống pha rắn bán sẵn có hai qui
mô khác nhau:
- Quy mô phân tích: là những ống có thể tích nhỏ: từ 1cc đến 30 - 40cc với lợng
chất nhồi từ 50mg đến 10g. Các ống này dợc chế tạo từ chất dẻo polipropylen hoặc thuỷ
tinh chịu áp (hình1.6).
- Quy mô điều chế: là những ống có thể tích lớn (thờng chế tạo từ thép không rỉ).
ở qui mô điều chế trong phòng thí nghiệm và bán sản xuất (ống có đờng kính 25mm,
50mm và 100mm có thể nhồi từ vài chục đến vài trăm gam chất hấp lu). ở qui mô sản
xuất (đờng kính ống có thể đạt tới 200, 300, 450mm, nhồi từ vài kilogam đến hàng chục
kilogam chất hấp lu) (hình 1.7).
Thao tác sử dụng ống chiết pha rắn khá đơn giản thờng gồm các bớc sau:
- Lựa chọn ống chiết pha rắn thích hợp (dựa vào thể tích mẫu nhiều ít, mức độ tạp
chất, tính phức tạp của mẫu, lợng các hợp chất quan tâm, lực dung môi của mẫu).
- Hoạt hoá cột.
- Đa mẫu vào cột.
- Rửa cột để loại các chất cản trở (hoặc rửa giải cấu tử cần quan tâm nếu nh các
chất cản trở lu giữ mạnh hơn nằm lại trên cột).
- Rửa giải các cấu tử quan tâm nếu chúng bị lu giữ mạnh hơn các chất cản trở đã đợc rửa ra ở bớc trên.
Trờng hợp lí tởng ống pha rắn chỉ lu giữ chất quan tâm hoặc chỉ lu giữ các chất cản
trở thì hai bớc sau sẽ đơn giản hoá hơn.
Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của phơng pháp phân tích: cho dòng chẩy qua cột chậm
hay nhanh ngời ta sử dụng các kĩ thuật phụ trợ (cho dòng chảy chậm: để chảy tự nhiên
hoặc vặn núm điều chỉnh đậy trên nắp ống nối với piston, cho dòng chảy nhanh: nén
piston hoặc dùng khí nén nitơ, không khí, hoặc hút chân không, quay li tâm).
Nói chung kĩ thuật chiết pha rắn có nhiều u điểm so với những phơng pháp tách và

làm sạch mẫu khác: cho phép chuẩn bị mẫu nhanh (trong ít phút), độ thu hồi cao, không
có sự hình thành nhũ nh chiết lỏng - lỏng, tiết kiệm dung môi và có khả năng tự động hoá
cả quá trình hoặc ghép nối trực tiếp với các thiết bị phân tích nh HPLC.
e- Một số kỹ thuật mới trong chiết pha rắn
1- Vi chiết pha rắn

29