CHUẨN BỊ CHẤT CHO PHÂN TÍCH

CHƯƠNG I:
CHUẨN BỊ CHẤT CHO PHÂN TÍCH
Để tiến hành nghiên cứu các tính chất (vật lí, hóa học, sinh học), đặc biệt 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 đường tổng
hợp thường người ta không có ngay những hợp chất hữu cơ tinh khiết, mà chỉ có được hỗn hợp
chất.

Phân lập, tách các chất tinh khiết hoặc loại bỏ tạp chất để thu được chất tinh khiết.


- Chất đồng nhất: là chất có điểm chảy không đổi đối với chất rắn, hoặc điểm sôi không đổi đối
với chất lỏng dưới điều kiện như nhau.
VD: dung dịch muối ăn NaCl đồng nhất
- Chất tinh khiết: là chất đồng nhất, được cấu thành nên chỉ từ một loại phân tử.

- Độ tinh khiết: khi chất được làm sạch đến một mức độ ý nghĩa nào đó gọi là độ tinh khiết.


CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT

- Chiết là phương pháp dùng dung môi (đơn hay hỗn hợp) để tách lấy một hay một nhóm các chất từ hỗn hợp cần
nghiên cứu.
- Thường gặp: chiết hoạt hóa chất từ dung dịch nước vào dung môi hữu cơ.
- Mục đích: định tính, định lượng, xác định cấu trúc.
- Phân loại:  Chiết lỏng - lỏng
 Chiết lỏng - rắn
 Chiết pha rắn

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT
 

-

Hệ số phân bố:

K=

Với CB, CA là nồng độ của chất S trong pha A và B ở TTCB.
 Là hằng số ở nhiệt độ xác định.
 Đặc trưng cho một chất tan và một cặp dung môi xác định A và B.
 Phụ thuộc: nhiệt độ, áp suất, tính chất của chất tan và
dung môi.
 K càng lớn, quá trình chiết càng hiệu quả.


1. Chiết lỏng - lỏng

Tỉ lệ V của mẫu và dung môi

- Độ làm giàu chất và hiệu quả

Hệ số phân bố

Thay đổi pH mẫu

- Quá trình chiết

Khử muối

Không liên tục (Phân đoạn)
Liên tục

Sử dụng ion


1. Chiết lỏng - lỏng

a. Chiết đoạn

-

Cách thực hiện: Lắc mẫu với dung môi trong phễu chiết.

-

Trường hợp sử dụng: Hệ số phân bố lớn, có thể bỏ qua mất mát của chất nào đó.

- Sơ đồ:

Mẫu nước
Vnc, mnc
Dung môi chiết
Vch, mch

 Các phương trình mô tả quá trình chiết phân đoạn:
 

- Hệ số phân bố:

1. Chiết lỏng - lỏng

- Khối lượng chất ban đầu trong mẫu nước:
mch + mnc = mnc,0 (mnc,0)
- Độ thu hồi:
 

 

(Với V=là tỉ số thể tích)

- Chiết lặp đoạn của cùng một mẫu với n thể tích bằng nhau (=Vch):

 


1. Chiết lỏng - lỏng
b. Chiết liên tục
- Trường hợp sử dụng: Hệ số phân bố nhỏ, không thể bỏ qua sự mất mát chất (chiết phân tích).
- Quá trình chiết liên tục: Dùng dung môi chiết chiết liên tục dòng mẫu trong các thiết bị riêng.
- Sơ đồ:


1. Chiết lỏng - lỏng
 Các phương trình mô tả quá trình chiết liên tục:
 

- Cân bằng khối lượng trong buồng chiết, tách:

*
*
Fnc.Ccn=Fch.C ch+Fnc.C nc (1)
- Hằng số phân bố lỏng - lỏng:

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

- Từ (1)(2)(3), lượng chất được chiết:


1. Chiết lỏng - lỏng

 

- Quá trình này kéo dài cho đến khi mẫu được chuyển toàn bộ vào buồng chiết, nên khi t= thì quá trình chiết
dừng.
- Độ thu hồi:

- Độ làm giàu:
E=


1. Chiết lỏng - lỏng

c. Chiết lỏng - lỏng trên cột
- Dùng để phân tích các chất ưa dầu trong các mẫu phức tạp như dịch cơ thể, các mẫu môi trường,...(do các bất
lợi: hình thành nhũ tương, sự tách pha kém, tiêu tốn dung môi và thời gian).
- Nguyên tắc:
 Cột (polietilen hoặc thủy tinh) nhồi đất chịu lửa có lỗ rộng, trơ, làm việc được ở pH từ 1-13.
 Mẫu nước chứa chất phân tích được đưa vào cột → tự phân bố trên bề mặt chất nhồi (pha tĩnh).

 Rửa giải bằng các dung môi hữu cơ không trộn lẫn nước.
 Chất ưa dầu đi vào pha hữu cơ và tách ra khỏi cột → bốc hơi dung môi để tiến hành phân tích tiếp.


1. Chiết lỏng - lỏng

d. Chiết đối dòng (chiết phân đoạn)

-

Tách được các chất có hệ số phân bố bằng nhau.

-

Nhược điểm: thiết bị chuyên dụng đắt tiền, không tách được hỗn hợp phức tạp.
 Ít sử dụng.


2. Chiết lỏng - rắn

- Được dùng để tách các chất phân tích ra khỏi mẫu rắn (thực vật, đất,...) bằng dung môi thích hợp (từ kém phân
cực đến phân cực)
a. Chiết đoạn (đơn hoặc lặp)
- Hiệu quả thấp hơn chiết liên tục.
- Cách tiến hành: Mẫu rắn được ngâm vào dung môi (có thể khuấy, lắc) → dịch chiết được tách ra → gạn, lọc
hoặc ly tâm.
cặn đem chiết thêm một vài lần với dung môi mới.
→ các dịch chiết được gộp lại và cho bay hơi.
b. Chiết liên tục
- Được thực hiện trong một thiết bị riêng (thường là bộ chiết Soxhlet)

Ống ngưng hơi C

Nút mài 3
Nút mài 2
Chú ý: bột cây không cao hơn mức này

Túi vải chứa bột cây

Ống B
Ống thông nhau E
Viên bi thủy tinh

Nút mài 1
Dung môi

Bếp đun

Bình cầu


3. Chiết pha rắn

a. Cơ sở lý thuyết
Chiết pha rắn là quá trình chiết gồm một pha rắn và một pha lỏng.
Các cấu tử cần quan tâm và chất cản trở nằm trong pha lỏng → cho chảy qua cột nhồi chất hấp lưu: cấu tử quan tâm
được lưu lại, chất cản trở được thải loại ra khỏi cột → rửa giải chất cần quan tâm bằng dung môi thích hợp, hoặc
ngược lại.
Nguyên tắc: tương tự sắc ký lỏng.

3. Chiết pha rắn
b. Chất hấp lưu
- Thường là silicagel biến tính, silicagel không biến tính, nhôm oxit, các polime,... và được chia thành:
 Pha tĩnh ngược (octadexyl, octyl, butyl, phenyl,...): không phân cực, giữ lại các chất phân tích không phân
cực → chiết các chất không phân cực và phân cực vừa từ các mẫu nước.
 Pha tĩnh thường (amino, diol,...): phân cực, giữ các chất phân cực → chiết các chât phân cực vừa và phân
cực từ các mẫu không nước.
 Chất hấp phụ (cũng thuộc loại pha tĩnh thường ví dụ như than, polime): chiết các chất phân tích phân cực
từ các mẫu không phân cực.
 Nhựa trao đổi ion (amin bậc 4, amin, axit cacboxylic,...): tách các chất phân tích ion từ các mẫu phân cực
và không phân cực)


3. Chiết pha rắn

c. Dung môi rửa giải
- Nguyên tắc: dung môi rửa giải phải làm yếu đi liên kết giữa chất phân tích và chất hấp lưu; sự phân bố của chất
phân tích trong khắp dung môi rửa giải được xảy ra.
 Đối với sắc ký pha ngược:
- Dãy dung môi rửa giải có độ phân cực giảm dần.
- Dung môi hoạt hóa cột: metanol hoặc axetonitrin, sau đó là nước hoặc nước có đệm hoặc dung dịch hữu cơ có
cùng pH với mẫu.
- Dung môi rửa chất cản trở: sử dụng dung dịch hoạt hóa cột sau cùng.
- Dung môi pha mẫu: cần tạo cho môi trường mẫu càng phân cực càng tốt.


3. Chiết pha rắn

 Đối với sắc ký pha thường:
- Dãy dung môi rửa giải: có độ phân cực tăng dần.
- Dung môi hoạt hóa cột: dung môi không phân cực, thường là dung môi của mẫu.
- Dung môi rửa chất cản trở: sử dụng dung dịch hoạt hóa cột sau cùng hoặc dung dịch hoạt hóa cột có chứa 5-25%
dung môi phân cực hơn.
- Dung môi pha mẫu: cần tạo cho môi trường mẫu càng không phân cực càng tốt.


3. Chiết pha rắn

 Đối với sắc ký trao đổi ion:
- Dãy dung môi rửa giải: lựa chọn dựa vào sự biến đổi pH hoặc lực ion của đệm: rửa giải các chất phân tích đầu
bằng đệm mạnh hơn đệm rửa các chất cản trở, rửa giải các chất phân tích khác bằng các đệm mạnh hơn liên tiếp.
+ Anion hoặc cation: sử dụng các axit loãng (HCl, CH3COOH, H3PO4) hoặc các bazơ loãng (NH4OH, NaOH);
dùng riêng hoặc với dung dịch đệm, hỗn hợp các dung môi trộn lẫn với nước.
+ Hợp chất axit, muối anion: điều chỉnh pH thấp hơn 1-2 đơn vị so với pH của chất phân tích.
+ Hợp chất bazơ, muối cation: điều chỉnh pH cao hơn 1-2 đơn vị so với pH của chất phân tích.
+ Cacbohidrat: sử dụng nước để rửa giải.


3. Chiết pha rắn

 Đối với sắc ký trao đổi ion:
- Dung môi hoạt hóa cột: nước không ion hoặc đệm yếu:
+ Các anion hoặc cation: dùng dung dịch có cùng pH, lực ion và lượng dung môi hữu cơ khi điều chỉnh mẫu
phân tích.
+ Cacbonhidrat: axetonitrin.
- Dung môi rửa chất cản trở: sử dụng dung dịch hoạt hóa cột sau cùng hoặc dung dịch yếu hơn hoặc mạnh hơn chút
ít.
- Dung môi pha mẫu: cần tạo cho môi trường mẫu càng không phân cực càng tốt.

2.Các phương pháp làm sạch chất phân tích:
2.2. Phương pháp sắc kí:
a) Nguyên tắc:
Trong số các phương pháp tách và làm sạch chất, phương pháp hiện nay có thể coi là hiệu lực hơn cả.
Nó cho phép tách được những hỗn hợp phức tạp gồm hàng chục, thậm chí hàng trăm cấu tử.
Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tích trên hai pha luôn tiếp
xúc và không hoà lẫn vào nhau: một pha thường đứng yên có khả năng hấp thụ chất phân tích gọi là pha
tĩnh, một pha di chuyển qua pha tĩnh gọi lạ pha động; do các cấu tử chất phân tích có ái lực khác nhau với
pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau.


2.Các phương pháp làm sạch chất phân tích:
2.2. Phương pháp sắc kí:
a) Nguyên tắc:
Các phương pháp sắc kí được sử dụng để tách và làm sạch chất cũng như để kiểm tra độ tinh khiết của
chất.
Phân loại:
- Dựa vào cách lưu giữ pha tĩnh:
+ Sắc kí cột: Pha tĩnh được lưu giữ trong ống nhỏ, pha động đi qua pha tĩnh nhờ áp suất hoặc trọng
lực.
+ Sắc kí lớp mỏng: Pha tĩnh được cố định trên một mặt phẳng (giấy, bản mỏng), pha động di chuyển
qua mặt đó nhờ mao dẫn hoặc tác động của trọng lực.


2.Các phương pháp làm sạch chất phân tích:
2.2. Phương pháp sắc kí:
a) Nguyên tắc:
Ví dụ 1: Tách carotene trong mẫu rau quả bằng sắc kí bản mỏng:

Lấy 10g mẫu đã nghiền nhỏ vào bình chiết, thêm 25g Na 2SO4 khan, 40mL THF, lắc chiết 10 phút, lọc
lấy dung dich THF, cất quay chân không còn bã, hòa tan bã này trong 5mL n-Hexan. Lấy dung dịch mẫu
này chạy sắc kí lớp mỏng trên bản silica.


2.Các phương pháp làm sạch chất phân tích:
2.2. Phương pháp sắc kí:
a) Nguyên tắc:
- Dựa vào cơ chế tách:
+ Sắc ký hấp phụ: pha tĩnh thường là chất rắn có khả năng hấp phụ (lực tĩnh điện), pha động có thể là
chất lỏng (sắc kí lỏng – rắn) hoặc khí (sắc kí khí – rắn). Sự tách ở đây phụ thuộc vào sự hấp phụ chọn lọc
của các cấu tử của hỗn hợp trên bề mặt chất rắn
+ Sắc ký phân bố: Pha tĩnh là màng mỏng chất lỏng được gắn trên bề mặt của chất mang rắn trơ, chất
lỏng này không tan được với pha động, pha động có thể là chất lỏng (sắc kí phân bó lỏng – lỏng) hoặc chất
khí (sắc kí phân bố khí lỏng). Sự tách ở đây phụ thuộc chủ yếu vào sự phân bố của chất giữa hai pha.


2.Các phương pháp làm sạch chất phân tích:
2.2. Phương pháp sắc kí:
a) Nguyên tắc:
- Dựa vào cơ chế tách:
+ Sắc ký trao đổi ion: pha tĩnh là nhựa trao đổi ion (đó là các chất hữu cơ cao phân tử có chứa những
nhóm chức chứa các ion có khả năng trao đổi với các ion của hỗn hợp mẫu). Chất có khả năng trao đổi
anion cation gọi là cationit, còn chất có khả năng trao đổi anion gọi là anionit. Lực tĩnh điện giữ vai trò chủ
yếu trong quá trình tách (phụ thuộc nhiều vào điện tích của ion chất phân tích, pH của dung dịch và bán
kýnh hidrat hoá của các ion chất phân tích ).
Ví dụ2: phản ứng trao đổi ion giữa cationit axit mạnh và Ca
+
= (R-SO )Ca + 2H
3

2+

có thể viết như sau: 2R-SO H + Ca
3

2+