Nghiên cứu xác định đồng thời các chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong nước bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc(CE CD)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN THỊ TUYẾT NHUNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
ANKYL SUNFAT TRONG NƢỚC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN
SỬ DỤNG DETECTOR ĐỘ DẪN KHÔNG TIẾP XÚC (CE-C4D)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA H NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN THỊ TUYẾT NHUNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
ANKYL SUNFAT TRONG NƢỚC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO
QUẢN SỬ DỤNG DETECTOR ĐỘ DẪN KHÔNG TIẾP XÚC (CE-C4D)

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS. Nguyễn Thị Ánh Hƣờng
PGS. TS. Phạm Thị Ngọc Mai

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. Nguyễn Thị Ánh Hƣờng, PGS.TS. Phạm
Thị Ngọc Mai, đã giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn em trong quá trình nghiên cứu, tạo
mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tại bộ môn Hóa Phân Tích, Trƣờng
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt kiến thức để
em hoàn thành các môn học trong khóa học này.
Đặc biệt em rất cảm ơn NCS. Phạm Huy Đông và CN. Đặng Thị Huyền My
Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội đã hƣớng dẫn, giúp đỡ và phối
hợp với em trong quá trình nghiên cứu để em có kết quả nhƣ ngày hôm nay.
Em xin cảm ơn công ty 3Sanalysis (http: //www. 3sanalysis.vn/) đã cung cấp
thiết bị để em thực hiện nghiên cứu này.
Em xin cám ơn Ban lãnh đạo, các anh chị trong trung tâm Phân tích và Công
nghệ môi trƣờng, Viện Nghiên cứu Da Giày đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong suốt
thời gian học tập vừa qua.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, động viên giúp em
hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Học viên

Nguyễn Thị Tuyết Nhung


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt ....................................................... 2
1.1.1. Định nghĩa ................................................................................................... 2
1.1.2. Tính chất ...................................................................................................... 2
1.1.3. Phân loại ...................................................................................................... 3
1.1.4. Ứng dụng ..................................................................................................... 5
1.1.5. Ảnh hƣởng của CHĐBM trong môi trƣờng ................................................ 6
1.2. Giới thiệu về CHĐBM ankyl sunfat .................................................................. 7
1.3. Các phƣơng pháp phân tích CHĐBM ................................................................ 8
1.3.1. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ...................................... 8
1.3.2. Phƣơng pháp sắc ký ........................................................................................ 9
1.4. Các kỹ thuật làm giàu chất hoạt động bề mặt .................................................. 14
1.4.1. Chiết lỏng - lỏng ........................................................................................... 14
1.4.2. Chiết pha rắn (SPE) ...................................................................................... 14
1.4.3. Kỹ thuật làm giàu sử dụng vật liệu hấp phụ ................................................. 14
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 17
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ 17
2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 17
2.3. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị .................................................................................. 17
2.3.1. Hóa chất ........................................................................................................ 17
2.3.2. Dụng cụ ......................................................................................................... 18
2.3.3. Thiết bị .......................................................................................................... 18
2.3.4. Chuẩn bị các dung dịch hóa chất .................................................................. 19
2.4. Chuẩn bị quá trình hấp phụ ................................................................................. 19
2.4.1. Hoạt hóa -Al2O3 .......................................................................................... 19
2.4.2. Quy trình hấp phụ -Al2O3 ............................................................................ 19
2.4.3. Quy trình khảo sát hấp phụ động .................................................................. 20
2.5. Chuẩn bị mẫu ...................................................................................................... 20
2.5.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ............................................................................ 20

2.5.2. Xử lý mẫu ..................................................................................................... 20
2.6. Quy trình phân tích bằng LC-MS/MS................................................................. 20
2.6.1. Điều kiện LC................................................................................................. 21
2.6.2. Điều kiện MS ................................................................................................ 21
3.1. Khảo sát các điều kiện tối ƣu tách 4 chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trên CEC4D ............................................................................................................................. 23
3.1.1. Ảnh hƣởng của pH và thành phần đệm ........................................................ 23
3.1.2. Ảnh hƣởng của thế tách ................................................................................ 25
3.1.3. Ảnh hƣởng của thời gian bơm mẫu .............................................................. 26


3.1.4. Ảnh hƣởng chiều cao bơm mẫu .................................................................... 27
3.2. Xây dựng đƣờng chuẩn ....................................................................................... 28
3.3. Đánh giá phƣơng pháp ........................................................................................ 31
3.3.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp ...................... 31
3.3.2. Đánh giá độ lặp lại và thu hồi của phƣơng pháp .......................................... 31
3.4. Ảnh hƣởng cúa các ion trong nền mẫu ............................................................... 32
3.5. Nghiên cứu đồng thời quá trình hấp phụ và giải hấp của ankyl sunfat trên nhôm
oxit.............................................................................................................................. 34
3.5.1. Hấp phụ đồng thời các chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trên nhôm oxit 34
3.5.2. Giải hấp đồng thời các chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trên nhôm oxit 37
3.6. Khảo sát tối ƣu điều kiện hấp phụ động làm giàu chất hoạt động bề mặt ankyl
sunfat trên nhôm oxit ................................................................................................. 39
3.6.1. Khảo sát pH .................................................................................................. 40
3.6.2. Khảo sát nồng độ muối ................................................................................. 41
3.6.3. Khảo sát tốc độ nạp....................................................................................... 42
3.6.4. Khảo sát tốc độ rửa giải ................................................................................ 42
3.6.5. Khảo sát dung môi rửa giải ........................................................................... 43
3.6.6. Khảo sát tỉ lệ dung môi rửa giải.................................................................... 44
3.7. Xác định ankyl sunfat trong nƣớc thải sau quá trình làm giàu trên nhôm oxit .. 46
3.7.1. Xác định hiệu suất làm giàu ankyl sunfat trong nƣớc thải .......................... 46

3.7.2. Kết quả phân tích nồng độ chất hoạt động bề mặt trong mẫu nƣớc thải ...... 48
3.7.3. Phân tích đối chứng ...................................................................................... 51
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 54
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 58


KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt

Tên tiếng anh

Tên tiếng việt

His

Histidine
2 – Amino – 2 - (hydroxymethyl)
propan – 1,3 – diol

Histidin

Tris

Tristidin

C4D

Conductivity detection

Detector độ dẫn không tiếp xúc

CE

Capillary electrophoresis

Phƣơng pháp điện di mao quản

CHĐBM

Surfactant

Chất hoạt động bề mặt

H(%)

Recovery (%)

Hiệu suất thu hồi

LOD

Limit of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Quantitation Limit

Giới hạn định lƣợng

LC

Liquid chromatography

Sắc kí lỏng

LC-MS/MS

Liquid chromatography tandem
mass spectrometry

Sắc kí lỏng khối phổ hai lần

S/N

Signal/ Noise

Tỷ lệ tín hiệu chia cho nhiễu

SD

Standard deviation

Độ lệch chuẩn

SPE

Solid phase extraction

Chiết pha rắn

RSD

Relative standard deviation

Độ lệch chuẩn tƣơng đối


DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1. Cấu tạo phân tử chất hoạt động bề mặt ... Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 2. Cấu tạo mixen .......................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 3. Mô tả thiết bị điện di mao quản ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 1. Hình ảnh thiết bị CE-C4D sử dụng trong nghiên cứuError! Bookmark not
defined.
Hình 3. 1. Khảo sát pH đệm Arginin/Axit Acetic .... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 2. Khảo sát pH đệm Tris/Axit acetic ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 3. Khảo sát thành phần đệm Tris/His .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 4. Khảo sát ảnh hƣởng của thế tách ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 5. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian bơm mẫuError! Bookmark not defined.
Hình 3. 6. Khảo sát ảnh hƣởng chiều cao bơm mẫu Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 7. Đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ C14Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 8. Đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ C12Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 9. Đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ C10Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 10. Đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ C8Error!

Bookmark not defined.
Hình 3. 11. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion trong nền mẫu ... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3. 12. Khảo sát quá trình hấp phụ tại pH=3 ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 13. Khảo sát quá trình hấp phụ tại pH=4 ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 14. Khảo sát quá trình giải hấp tại pH=3 ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 15. Khảo sát quá trình giải hấp tại pH=4 ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 16. Khảo sát pH hấp phụ động .................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 17. Khảo sát nồng độ muối .......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 18. Khảo sát tốc độ nạp ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 19. Khảo sát tốc độ rửa giải ......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 20. Khảo sát dung môi rửa giải ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 21. Khảo sát tỉ lệ dung môi rửa giải ............ Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 22. Điện di đồ mẫu M10 .............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 23. Điện di đồ mẫu M11 .............................. Error! Bookmark not defined.


Hình 3. 24. Biểu đồ tƣơng quan kết quả phân tích bằng LC-MS/MS và CE-C4DError!
Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Một số chất hoạt động bề mặt phổ biến hiện nay .. Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1. 2. Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt...... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1. 3. Độc tính của chất hoạt động bề mặt với sinh vật ... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1. 4. Đặc điểm của bốn chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat.Error! Bookmark
not defined.
Bảng 1. 5. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định CHĐBM bằng UV-Vis......... Error!
Bookmark not defined.

Bảng 1. 6. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định CHĐBM bằng sắc ký lỏng .... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1. 7. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định CHĐBM bằng phƣơng pháp CEError!
Bookmark not defined.
Bảng 1. 8. Tóm tắt một số nghiên cứu về kỹ thuật làm giàu chất hoạt động bề mặt
.................................................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 2. 1. Điều kiện gradient cho hệ thống LC ....... Error! Bookmark not defined.
Bảng 2. 2. Điều kiện phân mảnh MS/MS ................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 1. Điều kiện tối ƣu xác định đồng thời 4 ankyl sunfat bằng CE-C4D . Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp .......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 3. Độ lặp lại và độ thu hồi của phƣơng phápError! Bookmark not defined.
Bảng 3. 4. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion trong nền mẫu .... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3. 5. Khảo sát quá trình hấp phụ tại pH=3 ...... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 6. Khảo sát quá trình hấp phụ tại pH=4 ...... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 7. Khảo sát quá trình giải hấp tại pH=3 ...... Error! Bookmark not defined.


Bảng 3. 8. Khảo sát quá trình giải hấp tại pH=4 ...... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 9. Khảo sát pH hấp phụ động ...................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 10. Khảo sát nồng độ muối ......................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 11. Khảo sát tốc độ nạp ............................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 12. Khảo sát tốc độ rửa giải ........................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 13. Khảo sát dung môi rửa giải ................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 14. Khảo sát tỉ lệ dung môi rửa giải ............ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 15. Điều kiện tối ƣu quá trình hấp phụ động làm giàu CHĐBM ......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 16. Hiệu suất làm giàu ankyl sunfat 10 lần . Error! Bookmark not defined.

Bảng 3. 17. Hiệu suất làm giàu ankyl sunfat 25 lần . Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 18. Hiệu suất làm giàu ankyl sunfat 50 lần . Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 19. Kết quả phân tích CHĐBM ankyl sunfat trong mẫu nƣớc thải ..... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 20. Độ thu hồi các ankyl sunfat trong mẫu nƣớc thải Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3. 21. Kết quả phân tích ankylsunfat trong nƣớc bằng CE và LC-MS/MSError!
Bookmark not defined.


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) với những đặc tính
đặc biệt có khả năng tạo bọt, ổn định huyền phù, tạo nhũ tƣơng,… đƣợc sử dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp (dệt nhuộm, khai thác dầu, mỹ phẩm,…), ngành nông
nghiệp (tạo nhũ tƣơng, chất bảo vệ thực vật,…) và trong các sản phẩm gia đình, chất tẩy
rửa tổng hợp. Các chất hoạt động bề mặt nếu không đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi
trƣờng có thể dẫn đến hậu quả ngộ độc sinh vật, ô nhiễm nguồn nƣớc và gây kích ứng da,
thậm chí dẫn đến ung thƣ. Trong số nhiều loại chất hoạt động bề mặt, nhóm ankyl sunfat
bao gồm: natri octyl sunfat (C8), natri decyl sunfat (C10), natri dodecyl sunfat (C12),
natri tetradecyl sunfat (C14) đƣợc sử dụng rộng rãi do có độ bền cao và khả năng hoạt
động bề mặt tốt. Tuy nhiên, hàm lƣợng CHĐBM trong nƣớc ở mức nồng độ siêu vết (cỡ
ppb) nên sử dụng các phƣơng pháp phân tích thông thƣờng không thể phát hiện hay định
lƣợng trực tiếp. Vì vậy làm giàu CHĐBM trƣớc khi phân tích là rất cần thiết. Trong số
các phƣơng pháp làm giàu, hấp phụ trên vật liệu rắn là một hƣớng nghiên cứu tƣơng đối
mới và phù hợp áp dụng cho các CHĐBM.
Phân tích các chất hoạt động bề mặt trong các mẫu môi trƣờng đã đƣợc thực hiện
bằng một số phƣơng pháp nhƣ phổ hấp thụ phân tử UV-Vis, sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng
ghép khối phổ (LC-MS), điện di mao quản (CE). Trong đó, CE là một phƣơng pháp hiệu
quả với thời gian phân tích ngắn, hiệu quả tách cao, chi phí thấp, sử dụng ít hóa chất, phù
hợp với hóa học xanh. Detector độ dẫn không tiếp xúc (C4D) đƣợc giới thiệu vào năm

1998 nhƣ là một detector vạn năng cho CE và rất hữu ích để xác định nhiều chất mang
điện. Tuy nhiên, xác định các CHĐBM ankyl sunfat mang điện âm bằng phƣơng pháp
CE-C4D sau khi làm giàu bằng hấp phụ hầu nhƣ chƣa đƣợc nghiên cứu ở trong và ngoài
nƣớc.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu xác định đồng thời bốn chất hoạt động bề mặt ankyl
sunfat bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc
CE-C4D” đƣợc lựa chọn với mục tiêu nghiên cứu và phát triển quy trình phân tích chất
hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong mẫu môi trƣờng.

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt
1.1.1. Định nghĩa
Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là một chất hữu cơ có tác dụng làm giảm sức căng
bề mặt của chất lỏng. Phân tử của CHĐBM bao gồm: một đầu ƣa nƣớc và một đuôi kị
nƣớc (Hình 1.1).
Đầu ƣa nƣớc là các nhóm chức chứa oxi (-COOH, -OH), chứa nitơ (nitro, amin,
amit, imit…), các nhóm chứa lƣu huỳnh (sunphat, sunphonat), photpho (photphat,
cacboxylat)… đƣợc gọi là hidrophin.
Đuôi kị nƣớc có thể là parafin, isoparafin, benzen, ankylbenzen, naphtalen, vòng
ngƣng tụ hidrocacbon có mạch nhánh đƣợc gọi là lipophin hay hiđrophop.
Khi các phân tử CHĐBM nằm ở bề mặt tiếp xúc của pha khí- nƣớc và dầu-nƣớc,
đầu ƣa nƣớc hƣớng về pha nƣớc, đuôi kị nƣớc hƣớng về pha khí và pha dầu. Do có cả
nhóm ƣa nƣớc và nhóm kị nƣớc nên CHĐBM tan tốt cả trong nƣớc và dung môi hữu cơ
[4].

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chất hoạt động bề mặt
1.1.2. Tính chất

a) Sự tạo thành mixen
Trong dung dịch, ở nồng độ nhỏ, các phân tử chất hoạt động bề mặt hoà tan riêng
biệt. Khi nồng độ chất họat động bề mặt tăng lên một giá trị nhất định (nồng độ mixen tới
hạn - CMC), các phân tử hòa tan riêng biệt liên kết với nhau tạo thành các mixen (Hình
1.2). Các mixen làm cho CHĐBM có khả năng co cụm các phân tử chất trong dung dịch.
Các mixen có dạng hình cầu, hình trụ hay màng, trong đó các phân tử chất hoạt
động bề mặt liên kết với nhau bằng đầu hydrocacbon và hƣớng nhóm phân cực ra dung
dịch nƣớc. Ở các nồng độ cao hơn, các mixen có kích thƣớc tăng lên và các gốc
hydrocacbon song song với nhau hình thành các mixen tấm.

2


Mixen có thể đƣợc tạo thành không chỉ trong các dung dịch nƣớc mà còn ở dung
dịch xà phòng trong dung môi. Khi đó các phân tử xà phòng trong mixen sẽ hƣớng các
nhóm phân cực vào phía trong mixen còn phần kỵ nƣớc sẽ quay ra ngoài [4].

Hình 1.2. Cấu tạo mixen
b) Các tính chất cơ bản
-Tính thấm ƣớt: tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nƣớc một
cách dễ dàng.
-Khả năng tạo bọt: Bọt đƣợc hình thành do sự phân tán khí trong môi trƣờng
lỏng. Hiện tƣợng này làm cho bề mặt dung dịch tăng lên.
-Khả năng hòa tan: Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố: Bản chất và vị trí của
nhóm ƣa nƣớc, chiều dài của mạch hydrocacbon, nhiệt độ, bản chất của ion kim loại.
-Khả năng hoạt động bề mặt: Nƣớc có sức căng bề mặt lớn. Khi hòa tan CHĐBM
vào nƣớc, sức căng bề mặt của nƣớc giảm. Một lớp hấp thụ định hƣớng hình thành trên
bề mặt nhóm ƣa nƣớc hƣớng vào nƣớc, nhóm kị nƣớc hƣớng ra ngoài. Nhờ có lớp hấp thụ
đó mà sức căng bề mặt của nƣớc giảm vì bề mặt nƣớc – không khí đƣợc thay bằng các
pha kị nƣớc.

-Khả năng nhũ hóa: Nhũ tƣơng là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu đƣợc
hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa. CHĐBM thƣờng đƣợc dùng làm chất ổn
định nhũ tƣơng. Tác dụng của chúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hƣớng dầu –
nƣớc, sau đó làm cho hệ nhũ tƣơng dễ dàng ổn định [4].
1.1.3. Phân loại
Chất hoạt động bề mặt có thể phân loại theo cách sử dụng, nhƣng mỗi chất có nhiều
ứng dụng khác nhau. Cách phân loại phổ biến là dựa trên sự phân ly của chúng trong
nƣớc. Theo cách này, có 4 loại chất hoạt động bề mặt là: chất hoạt động bề mặt anion,
chất hoạt động bề mặt cation, chất hoạt động bề mặt không ion và chất hoạt động bề mặt
lƣỡng tính [4].
a) CHĐBM anion
3


Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nƣớc phân ly ra anion, là mạch
hidrocacbon dài, chiếm phần lớn kích thƣớc phân tử, và ion thứ hai không có tính hoạt
động bề mặt.
CHĐBM anion có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác, có vai
trò tẩy rửa chính khi phối liệu, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhƣng kém bền, bị thụ
động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nƣớc cứng và nƣớc cứng tạm thời. CHĐBM
anion rất đa dạng, đƣợc sử dụng từ lâu trong việc tẩy rửa.
CHĐBM anion chia làm hai loại chính:
-CHĐBM anion có nguồn gốc thiên nhiên: là sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa
của các este axit béo với glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao su, mỡ
heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi...).
-CHĐBM anion có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa
các dẫn xuất ankyl, aryl, ankylbenzen sunfonic.
b) CHĐBM cation
Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nƣớc phân ly ra cation, là mạch
hydrocacbon dài chiếm phần lớn kích thƣớc toàn bộ phân tử, và ion thứ hai không có tính

hoạt động bề mặt, có khả năng hoạt động bề mặt không cao.
CHĐBM cation có nhóm ƣa nƣớc là ion dƣơng, thông thƣờng là các dẫn xuất của
muối amin bậc bốn của clo. Các CHĐBM cation êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng để
tạo bọt, tạo nhũ tốt, có khả năng phân giải sinh học kém. Tƣơng lai trên thị trƣờng sẽ có
các cation dạng nhóm chức este dễ phân giải sinh học hơn cho môi trƣờng, và giảm khả
năng gây dị ứng khi sử dụng. CHĐBM cation chủ yếu làm triệt tiêu tĩnh điện cho tóc, vải
sợi... nên lƣợng dùng rất ít.
c) CHĐBM không ion
Chất hoạt động bề mặt khi hòa tan vào trong nƣớc không phân ly thành ion.
CHĐBM không ion có khả năng hoạt động bề mặt không cao, êm dịu với da, lấy dầu ít,
làm bền bọt, tạo nhũ tốt, có khả năng phân giải sinh học, ít chịu ảnh hƣởng của nƣớc cứng
và pH của môi trƣờng, tuy nhiên có khả năng tạo phức với một số ion kim loại nặng trong
nƣớc....
Hiện nay để tổng hợp CHĐBM không ion, phƣơng pháp đƣợc dùng phổ biến nhất là
quá trình etoxy hóa từ ancol béo với oxit etylen. Hoặc từ tổng hợp ancol: bằng cách cho
olefin-1 phản ứng với H2SO4, rồi thủy phân (thu đƣợc ancol bậc 2).
d) CHĐBM lƣỡng tính

4


Những CHĐBM mà tùy theo môi trƣờng là axit hay bazơ mà có hoạt tính cation hay
anion, hay nói cách khác là CHĐBM có các nhóm lƣỡng cực vừa tích điện âm vừa tích
điện dƣơng (amin, este). Có khả năng hoạt động bề mặt không cao, Ở pH thấp chúng là
chất hoạt động bề mặt cation và là anion ở pH cao. Có khả năng phân hủy sinh học.
Lƣợng dùng khoảng 0,2% -1% trong các sản phẩm tẩy rửa.Trong nhóm các chất hoạt
động bề mặt lƣỡng tính, hiện nay các dẫn xuất từ betain đƣợc sử dụng rộng rãi nhất [4].
Một số CHĐBM phổ biến hiện nay đƣợc thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Một số chất hoạt động bề mặt phổ biến hiện nay
Chất hoạt động bề mặt

Ankyl benzen sunfonic axit mạch thẳng
Natri dodecyl sunfat
Ankyl sunfat
Natri lauryl sunfat
Ankyl ethoxysunphat
Hợp chất Quaternary amoni
Benzalkon clorua
Cetylpyridin bromua
Cetylpyridin clorua
Hexadecyl trimetyl amoni bromua
Amin oxit
Ankyl phenol ethoxylat
Ancol ethoxylat
Fatty Axit ethoxylat

Viết tắt
LAS
SDS
AS
SLS
AES
QAC
BAC
CPB
CPC
HDTMA
AO
APE
AE
FAE

Nhóm CHĐBM

Anion

Cation
Lƣỡng tính
Không ion

1.1.4. Ứng dụng
Các CHĐBM có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp, nông
nghiệp, xây dựng. Một số ứng dụng phổ biến đƣợc liệt kê trong Bảng 1.2 [31].
Bảng 1.2. Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt
Lĩnh vực
Sản phẩm chăm sóc cá nhân
Công nghiệp, xây dựng
Luyện thép, chế tạo máy
Nông nghiệp
Chế biến, phụ gia thực phẩm
Dƣợc phẩm, sinh học
Dầu mỏ
Sơn và cao su
Dệt, nhuộm, da

Chức năng
Tẩy rửa, nhũ hóa, bôi trơn, chống tĩnh điện
Tẩy rửa, tạo bọt, nhũ hóa, phụ gia chống tĩnh điện
Tẩy rửa, nhũ hóa, bôi trơn, nhũ hóa, màng mỏng
Nhũ hóa, thấm ƣớt, phun mù
Nhũ hóa và bền hóa, tẩy rửa, thấm ƣớt, tạo bọt

Thấm ƣớt, khử bọt, chống khuẩn, tạo màng sinh học
Nhũ hóa, tẩy rửa, thu hồi dầu trầm tích
Nhũ hóa, ổn định và phân tán pigment
Tẩy giặt, thấm ƣớt, nhũ hóa
5


1.1.5. Ảnh hƣởng của CHĐBM trong môi trƣờng
Hiện nay, các CHĐBM đƣợc đƣa vào hệ thống xử lý nƣớc thải hoặc thải trực tiếp
vào nguồn nƣớc mặt, sau đó chúng phân tán vào các môi trƣờng khác nhau nhƣ đất, nƣớc
hoặc trầm tích. Cơ chế tác động của các CHĐBM dựa trên đầu tích điện. Tuy nhiên, các
đầu tích điện này có thể kết hợp với các phân tử protein làm ảnh hƣởng đến sự hoạt động
của các enzym, do đó sẽ phá hủy cấu trúc, chức năng sinh học của tế bào. Mức độ độc hại
lớn nhất là nhóm CHĐBM cation, thấp nhất là nhóm không ion, nhóm anion là nhóm nằm
ở giữa.
a) Ảnh hƣởng tới thực vật thủy sinh
Các CHĐBM có trong nƣớc làm ngộ độc cấp tính đối với thủy sinh. Chúng làm tăng
tính thẩm thấu qua màng tế bào đẫn đến vật liệu exosomes và cấu trúc tế bào dần tan rã.
Các enzym và chất diệp lục giảm. Theo thời gian, nồng độ các CHĐBM trong nƣớc sẽ
tăng lên, tác động xấu đến sự phát triển tảo và vi sinh vật dƣới nƣớc, làm mất cân bằng hệ
sinh thái môi trƣờng nƣớc.
b) Ảnh hƣởng tới động vật thủy sinh
Động vật thủy sinh bị ảnh hƣởng trực tiếp đến da và nguồn thức ăn. Thông qua
đƣờng ăn, các CHĐBM tác động trực tiếp đến mang, máu, gan, túi mật, thận, tuyến tụy
tạo ra hiệu ứng ngộ độc động vật thủy sinh. Cá là động vật dễ bị ảnh hƣởng nhất do bị ảnh
hƣởng qua mang. Nếu cá bị nhiễm độc thì con ngƣời sẽ bị nhiễm độc khi ăn cá.
c) Ảnh hƣởng tới môi trƣờng nƣớc
Nƣớc thải chứa CHĐBM thải vào môi trƣờng có thể gây ra các vấn đề ô nhiễm
nƣớc. Khi mà nồng độ của CHĐBM đạt đến 0,1mg /L, nƣớc có thể xuất hiện bọt liên tục.
Nhiều bong bóng khó tan tạo thành lớp xốp cách điện. Lớp cách điện làm suy yếu sự trao

đổi giữa nƣớc và khí quyển, dẫn đến giảm oxy hòa tan. Một số lƣợng lớn các vi sinh vật
chết do giảm oxy trong máu, dẫn đến sự suy giảm chất lƣợng nƣớc.
d) Ảnh hƣởng tới con ngƣời
Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt trên cơ thể con ngƣời đƣợc chia thành các tác
động trên da và vào cơ thể. Với mức độ sử dụng lâu dài các chất tẩy rửa, gây ra kích ứng
da và dẫn đến tổn hại về da. Sau khi các phân tử CHĐBM vào cơ thể con ngƣời, chúng
làm tổn hại hoạt động của enzim và do đó làm gián đoạn chức năng sinh lý bình thƣờng
của cơ thể. CHĐBM có thể tích tụ trong cơ thể con ngƣời, gây ra các triệu chứng mãn
tính, ung thƣ [24].
Hầu hết các chất hoạt động bề mặt đều dễ phân hủy sinh học và lƣợng của chúng
giảm đi rất nhiều khi đƣợc xử lý thứ cấp trong các nhà máy xử lý nƣớc thải. Nên mối
6


quan tâm hiện nay là các nguồn nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý hoặc công nghệ xử lý còn lạc
hậu. Theo QCVN 08:2015 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt [1], giới
hạn của chất hoạt động bề mặt trong nƣớc mặt phải <0,5 mg/l. Bảng 1.3 cho thấy mức
giới hạn hàm lƣợng của CHĐBM đối với các thực vật thủy sinh [24].
Bảng 1.3. Độc tính của chất hoạt động bề mặt với sinh vật

Vi khuẩn

Cá
Cầu gai
Lƣỡng cƣ

Hàm lƣợng
(mg/l)
2,6
109,7

2,4
0,2
5,1
40,2
10,8
4,4
3,2
6,8

CHĐBM

Sinh vật
Vibrio fischeri
Vibrio fischeri
Phosphobacterium phosphoreum
Microcystisaeruginosa
Carassiusauratus
Gammbusiaaffinis
Salmogairdneri
Pimephalespromelas
Paracentrotuslividus
Xenopuslaevis

SDS
LAS
AO
AE
LAS
SDS
AES

AE
SDS
AES

1.2. Giới thiệu về CHĐBM ankyl sunfat
Các ankyl sunfat hay ancol sunfat là các este hữu cơ của axit sunfuric tạo ra bởi sự
sunfat hóa của một chuỗi fatty ancol thay đổi theo số lƣợng cacbon trong chuỗi
hydrocacbon đó. Các tính chất của ankyl sunfat thay đổi theo sự phân bố chiều dài chuỗi
ankyl. Gốc ancol có thể là tự nhiên (mạch thẳng) hoặc chứa gốc oxo tổng hợp (một số
phân nhánh) [3].
Bảng 1.4. Đặc điểm của bốn chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat

Tên

Natri
tetradecyl
sunfat

Kí hiệu

CTCT

Khối
lƣợng mol
(g/mol)

Nồng độ
mixen tới
hạn
(mol/l)

316,43

1,30.10-1

288,38

3,32.10-2

CH3(CH2)13OSO3Na
C14

CH3(CH2)11OSO3Na
Natri dodecyl
sunfat

C12

7


Tên

Kí hiệu

CTCT

Khối
lƣợng mol
(g/mol)

Nồng độ
mixen tới
hạn
(mol/l)

260,32

8,39.10-3

232,27

2,05.10-3

CH3(CH2)9OSO3Na
Natri decyl
sunfat

C10

CH3(CH2)7OSO3Na
Natri octyl
sunfat

C8

1.3. Các phƣơng pháp phân tích CHĐBM
Các CHĐBM trong các mẫu môi trƣờng đƣợc phân tích bằng cách sử dụng các
phƣơng pháp phân tích công cụ. Cho đến nay, phƣơng pháp đo quang phổ và đo thế đã
đƣợc tối ƣu hóa để xác định tổng hàm lƣợng CHĐBM ion và không ion. Và các kỹ thuật

sắc ký (sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng hiệu năng cao) kết hợp với các loại detector khác
nhau đƣợc ƣu tiên để phân tách và xác định từng loại hợp chất riêng lẻ từ hỗn hợp chất
hoạt động bề mặt.
1.3.1. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Phƣơng pháp UV-Vis thƣờng đƣợc sử dụng để xác định tổng các CHĐBM ion và
không ion, thích hợp để phân tích hàng ngày. Mặc dù độ chính xác thấp hơn các phƣơng
pháp sắc kí (HPLC, GC…) do dễ bị ảnh hƣởng bởi nền mẫu, phƣơng pháp vẫn thƣờng
đƣợc dùng để xác định các CHĐBM trong mẫu môi trƣờng. Một số nghiên cứu xác định
chất hoạt động bề mặt bằng phƣơng pháp UV-Vis đƣợc trình bày trong bảng 1.5.
Bảng 1.5. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định CHĐBM bằng phương pháp UV-Vis
Tác giả
K.M.Sachin
và cộng sự
[21]

CHĐBM

Mẫu

Tác nhân

Dodecyl trimetyl
amoni bromua, và
natri dodecyl

LOD (μg/mL)

Tạo cặp ion với metylen
Nƣớc

da cam và metylen xanh,
rồi chiết bằng clorofom

sunfat
8

8,65


Tursunjan và

Dodecyl

cộng sự [32]

benzen sulfonat

A.M. Attaran
và cộng sự
[2]

Natri dodecyl
sunfat

Tạo cặp ion với metylen
Nƣớc

xanh, rồi chiết bằng

16,3

clorofom
Tạo cặp ion với oNƣớc

Tolidine xanh và chiết

1,08

trong benzen

1.3.2. Phƣơng pháp sắc ký
1.3.2.1. Phƣơng pháp sắc ký lỏng
Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là phƣơng pháp phổ biến nhất để phân tích chất
hoạt động bề mặt do khả năng phân tách hiệu quả các chất có khối lƣợng phân tử lớn hay
nhỏ, không cần dẫn xuất hóa và có thể tách các chất ion và không ion. Nhiều tác giả đã sử
dụng phƣơng pháp này kết hợp với nhiều loại detector khác nhau để xác định các chất
hoạt động bề mặt. Detector khối phổ (MS) là một công cụ rất ƣu việt để xác định chất
hoạt động bề mặt. Chế độ ion hóa phun điện tử là một kỹ thuật hữu ích cho MS để xác
định chất hoạt động bề mặt. Hoạt động ở chế độ ion âm với anion và ion dƣơng với chất
không ion và cation [6]. Một số tóm tắt nghiên cứu đƣợc trình bày trong bảng 1.6.

Bảng 1.6. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định CHĐBM bằng phương pháp sắc ký lỏng

Tác giả

S. H. Im
và cộng sự
[35]

CHĐBM

Mẫu

Natri lauret sunfat ;
Cocamidopropyl
betain;
Cocomonoetanolamit;
ankyltrimetylamoni
Dầu
clorua;
gội
Diankyldimethylamoni
clorua;
Stearylamidopropyldi
metyl amin

Điều kiện phân tích

Cột
YMC-Pack
C8
(150mm× 4.6 mm, 3µm).
- Pha động acetonitril,
trifluoroacetic
axit
và
tetrahydrofuran.
- Detector tán xạ ánh sáng.

9

LOD
(µg/mL)

2,5-30,0


Tác giả

Xiadong
và cộng sự
[37]

CHĐBM
Lauryldimetylbenzyl
amoni clorua;
dimetylbenzyl amoni
clorua;
decyl sunfat;
dodecyl sunfat

Pablo
Ankylbenzen sunfonat
Mart´ın và
Ankyl ethoxysunfat
cộng sự
Ankyl sunfat
[28]

Mẫu

Điều kiện phân tích

Nƣớc

Cột
Acclaim
Polar
Advantage II.
- Pha động: Acetonitril và
đệm borat (pH 8,3).
- Detector độ dẫn điện.

Nƣớc

- Mẫu đƣợc chiết pha rắn qua
cột C18.
- LC/MS với nguồn ion hóa
phun điện tử, chế độ ion âm.
- Cột C18 (250 mm× 2mm×
3µm).
- Pha động ACN:H2O (80:20)
và axit acetic 5mM và
triethylamine 5mM trong
nƣớc.

LOD
(µg/mL)

0,02

10-45.10-5

1.3.2.2. Phƣơng pháp sắc ký khí
Các CHĐBM ankyl sunfat và sunfat hóa hầu hết là anion khó bay hơi. Sự kết hợp
của GC với khối phổ (MS) là kỹ thuật thích hợp để phân tích các CHĐBM, sau khi dẫn
xuất hóa. Phƣơng pháp GC đã đƣợc phát triển để xác định natri dodecyl sunfat (SDS)
trong mẫu sinh học của Ham Sigrist [19]. Phƣơng pháp này rất nhạy, chính xác và không
bị ảnh hƣởng bởi sự hiện diện của protein. Phƣơng pháp phụ thuộc vào sự hình thành của
1-dodecanol và sunfat vô cơ bằng cách thủy phân axit dodecyl sunfat (HCl 4M, 2 giờ và
100°C). Các ete chiết 1-dodecanol đƣợc phân tích qua GC. Hiệu quả của việc chiết ete
đƣợc kiểm tra bằng cách đo hàm lƣợng 1-dodecanol của dịch chiết ete thứ nhất, thứ hai và
thứ ba. Dịch chiết đầu tiên và thứ hai của 1-dodecanol giải phóng chứa 92 và 4%, tƣơng
ứng. 1-dodecanol không phát hiện trong lần chiết thứ ba. Độ thu hồi của SDS tìm thấy là
cao hơn 99%.
1.3.3. Phƣơng pháp điện di mao quản
Điện di mao quản là phƣơng pháp tách và phân tích các chất dựa trên cơ sở sự di
chuyển khác nhau của các ion mang điện tích trong dung dịch điện ly dƣới tác dụng của
điện trƣờng sinh ra từ nguồn thế cao (hàng chục kV) áp vào 2 đầu mao quản.
10


Thời gian di chuyển của các ion dùng để định tính các ion trong quá trình phân tích
bằng điện di mao quản. Việc phân tích định lƣợng dựa trên tín hiệu diện tích pic thu đƣợc
sau quá trình điện di của các ion tƣơng ứng có trong mẫu phân tích [3].
1.3.3.1. Mô tả một hệ CE cơ bản
Một hệ thiết bị CE cơ bản (hình 1.4) bao gồm các bộ phận sau:
Mao quản tách: thƣờng làm bằng vật liệu silic (gọi là mao quản silica, là loại mao
quản phổ biến nhất), teflon, PEEK, với đƣờng kính ngoài (OD) 365 μm, đƣờng kính trong
(ID) từ 10 đến 150 μm (phổ biến nhất là 50 μm). Tổng chiều dài mao quản có thể từ 10

đến 100 cm (thƣờng là 60 cm). Chiều dài hiệu dụng (là chiều dài tính từ đầu bơm mẫu của
mao quản đến vị trí đặt detector) thƣờng dao động từ 25 – 50 cm đối với mao quản dài 60
cm. Trong quá trình điện di, mao quản đƣợc nạp đầy dung dịch đệm điện di.
Dung dịch đệm điện di: dùng để tạo môi trƣờng cho quá trình điện di xảy ra khi áp
thế cao vào hai đầu mao quản. Trong quá trình điện di, hai đầu mao quản đƣợc đƣợc đặt
trong hai bình chứa dung dịch đệm điện di. Hai lọ đựng dung dịch đệm tại hai đầu mao
quản phải để ở độ cao ngang bằng nhau.
Nguồn điện thế cao: thƣờng dao động từ 5 đến 30 kV, dùng để áp vào hai đầu mao
quản nhằm sinh ra điện trƣờng lớn cho quá trình điện di xảy ra. Để phân tích các cation
thì cực áp cực dƣơng vào đầu bơm mẫu của mao quản và ngƣợc lại để phân tích các anion
thì áp cực âm vào đầu bơm mẫu của mao quản.
Detector: bộ phận phát hiện và ghi nhận tín hiệu của chất phân tích sau quá trình
phân tách điện di mao quản, do đó thƣờng đƣợc đặt ở phần cuối (gần cuối hoặc cuối) của
mao quản tuỳ theo kỹ thuật phát hiện. Các kỹ thuật phát hiện thông dụng trong phƣơng
pháp CE bao gồm: hấp thụ phân tử (UV-Vis), huỳnh quang phân tử, phát xạ hoặc hấp thụ
nguyên tử, khối phổ, đo dòng, đo thế và đo độ dẫn.
Bộ phận điều khiển: thƣờng là máy tính sử dụng phần mềm chuyên dụng phù hợp, để
ghi nhận, hiển thị và xử lý kết quả phân tích. Hiện nay, bộ phận này còn có thể thực hiện
chức năng điều khiển tự động hoá quá trình phân tích từ khâu bơm mẫu đến khi cho kết
quả cuối cùng của quá trình phân tích điện di mao quản [5].

11


Hình 1.3. Mô tả thiết bị điện di mao quản
1.3.3.2. Các kỹ thuật tách trong điện di mao quản
Một hệ thống CE có thể đƣợc vận hành trong một số chế độ khác nhau. Các chế độ
này cung cấp nhà phân tích các cách để tiếp cận một vấn đề phân tích. Sự lựa chọn của
chế độsẽ dựa trên vấn đề phân tích đang xem xét. Phần này sẽ mô tả các chế độ chính của
tách điện di mao quản hiện đang sử dụng và cung cấp một số ứng dụng cho mỗi [3]. Một

số kỹ thuật CE là:
 Điện di mao quản vùng (CZE)
 Điện di mao quản gel (CGE)
 Sắc ký điện đi điện động học Micellar (MEKC)
 Điện sắc ký mao quản (CEC)
 Điện di mao quản hội tụ đẳng điện (CIEF)
 Điện di mao quản đẳng tốc (CITP)
1.3.3.3. Tổng quan phƣơng pháp điện di mao quản xác định chất hoạt động bề mặt
trong nƣớc thải
Phƣơng pháp điện di mao quản (CE) thƣờng sử dụng đệm có chứa một dung môi
hữu cơ nhƣ acetonitril để ngăn chặn sự hình thành mixen. Các các mixen có độ linh động
điện di khác với các phân tử CHĐBM. Sự có mặt các mixen gây ra hiện tƣợng kéo đuôi
của các pic chất. Dung dịch hữu cơ cũng giảm thiểu sự hấp phụ của chất hoạt động bề mặt
vào thành mao quản.
Một số nghiên cứu phát hiện đồng thời CHĐBM cation và anion bằng CE. Những
nghiên cứu nhƣ vậy đòi hỏi điều kiện các cation phân tách ra và các anionic đƣợc rửa giải
trong thời gian hợp lý. Các CHĐBM anion và cation thƣờng không cùng có mặt trong

12


dung dịch, nên việc xác định đồng thời CHĐBM anion và cation không đƣợc thảo luận
trong nghiên cứu này.
Độ linh động điện di của ankyl sunfat giảm khi tăng chiều dài chuỗi ankyl. Do đó,
chúng có thể dễ dàng tách ra theo chiều dài chuỗi ankyl. Hầu hết các nhà nghiên cứu đã
sử dụng các điều kiện catốt, rửa giải theo thứ tự giảm chiều dài chuỗi ankyl. Thứ tự đƣợc
đảo ngƣợc nếu phân cực thay đổi và xảy ra gần anot. Cách này thƣờng sử dụng các hệ
dung môi hữu cơ và phù hợp để phân tích CHĐBM chuỗi dài (độ linh động thấp). Độ
phân giải của các chất đồng phân có thể đƣợc phân tích,tùy thuộc vào hệ thống đệm đƣợc
chọn [31]. Một số nghiên cứu xác định chất hoạt động bề mặt bằng phƣơng pháp điện di

mao quản đƣợc tóm tắt trong bảng 1.7.

Bảng 1.7. Tóm tắt một số nghiên cứu xác định CHĐBM bằng phương pháp CE

Tác giả

CHĐBM

Mẫu

Chất tẩy

(pH=1,8-2,2)

-N-oxit

rửa và

+50%(v:v) acetonitrile

Ankyl betaine

dầu gội

+ benzyltrimetyl

Koike và Ankyl amidopropylamin

[23]

Ankylamidopropylbetain
S. Chen

Benzenesunfonat

và D.J.

2,4-dimetylbenzen-

LOD
(µg/mL)

Đệm axit photphoric

Ankyldimetylami N-oxit

cộng sự

Dung dịch đệm

10-50

amoniclorua 5mM
Nƣớc

Pietr [34] sunfonat mạch thẳng

Axit acetic 10 mM và

9,4.10-3

dipentylamin 20 mM

1,4.10-2

Nhóm N-benzyl-N-alkyl
-N,N-dimetylamoni
E. Piera

clorua

và cộng

C12-benzyl

sự [17]

C14-benzyl

Nƣớc

C16-benzyl
C18-benzyl
13

Đệm

NaH2PO4.2H2O

0,05M, pH 4,5

10,1 - 82,3


Tác giả

CHĐBM

Mẫu

Alkylbenzylamoni

Nƣớc

sự [18]
Martíne
và cộng
sự [20]

LOD
(µg/mL)

Đệm Phosphat 20mM,

H. Katja
và cộng

Dung dịch đệm

pH 4,4 +40% (v/v)

1,9

acetonitril
Nhóm Alkylbenzen
sulfonat mạch thẳng

Nƣớc

Axit acetic 10 mM và
dipentylamin 20 mM

2,4-3,5

1.4. Các kỹ thuật làm giàu chất hoạt động bề mặt
1.4.1. Chiết lỏng- lỏng
Chiết lỏng lỏng là kỹ thuật chiết dựa trên sự phân bố khác nhau của chất tan vào 2
pha không trộn lẫn, từ đó tách chiết chất phân tích ra khỏi nền hoặc tách các tạp chất ra
khỏi chất phân tích [6]. Kỹ thuật chiết lỏng-lỏng thƣờng đƣợc dùng để xác định các chất
hoạt động bề mặt anion, bằng cách chiết tạo cặp ion chất hoạt động bề mặt anion- thuốc
nhuộm cation metylen xanh và phân tích bằng phƣơng pháp UV-Vis.
1.4.2. Chiết pha rắn (SPE)
Chiết pha rắn là quá trình phân bố các chất tan giữa pha lỏng và rắn. Trong đó, chất
tan ban đầu ở trong pha lỏng (nƣớc hoặc dung môi hữu cơ) và chất để hấp thụ chất tan ở
dạng rắn (dạng hạt, nhỏ và xốp) gọi là pha rắn. Khi cho pha lỏng đi qua cột chiết, pha rắn
tƣơng tác với chất phân tích và giữ lại một nhóm (hoặc một số nhóm) của chất phân tích ở
trên pha rắn, các chất còn lại đi ra khỏi cột cùng với dung môi hòa tan mẫu.
Quá trình rửa giải chất phân tích đƣợc thực hiện bằng dung môi thích hợp. Thông thƣờng,
thể tích dung dịch rửa giải nhỏ hơn nhiều lần so với dung dịch mẫu ban đầu nên chất phân
tích đã đƣợc làm giàu nhiều lần [6]. Một số nghiên cứu kỹ thuật làm giàu chất hoạt động

bề mặt bằng SPE đƣợc tóm tắt trong bảng 1.8.
1.4.3. Kỹ thuật làm giàu sử dụng vật liệu hấp phụ
1.4.3.1. Hấp phụ
Hấp phụ là quá trình xảy ra khi một hay nhiều chất tồn tại trên bề mặt tiếp xúc giữa
hai pha (rắn-khí; rắn-lỏng; lỏng-khí). Chất hấp phụ là chất trên bề mặt của nó có sự hấp
phụ xảy ra, thƣờng là các vật liệu xốp, chất khí, hoặc chất tan trong dung dịch. Chất bị
hấp phụ là chất tụ tập trên bề mặt phân chia pha.

14


Trong quá trình hấp phụ, năng lƣợng tự do của bề mặt giảm ΔG <0. Đồng thời do
các tiểu phân của các chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ đƣợc sắp xếp theo trật tự
nên độ phân tán của hệ giảm ΔS<0. Do đó từ công thức Gibbs ΔG= ΔH-TΔS<0, nên
ΔH<0, quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.
Hấp phụ vật lý: Các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không hình thành
các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngƣng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề
mặt bằng lực liên kết phân tử yếu (lực vander walls) và liên kết hiđro. Sự hấp phụ vật lý
luôn là quá trình thuận nghịch, nhiệt hấp phụ không lớn.
Hấp phụ hóa học: Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất
hóa học, liên kết với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề
mặt pha hấp phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thƣờng (liên
kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận
nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol.
Hấp phụ thƣờng đƣợc thực hiện trong điều kiện đẳng nhiệt và đƣợc mô tả thông qua
các đƣờng đẳng nhiệt, lƣợng hấp phụ trên chất hấp phụ nhƣ là một hàm áp suất (nếu là
khí) hoặc nồng độ (nếu chất lỏng) ở nhiệt độ không đổi. Lƣợng chất bị hấp phụ đƣợc tính
toán dựa trên khối lƣợng chất hấp phụ, để từ đó so sánh khả năng hấp phụ các vật liệu
khác nhau [27].
1.4.3.2. Các loại vật liệu hấp phụ

Vật liệu hấp phụ là các chất có khả năng chống mài mòn, ổn định nhiệt và đƣờng
kính lỗ rỗng nhỏ, dẫn đến diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn và khả năng hấp phụ cao hơn.
Hầu hết các chất hấp phụ công nghiệp thuộc một trong ba loại:
• Các hợp chất chứa oxy - Thƣờng là ƣa nƣớc và phân cực gồm các vật liệu nhƣ silicagel,
nhôm oxit và zeolit.
• Các hợp chất của cacbon - Thƣờng kỵ nƣớc và không phân cực gồm các vật liệu nhƣ
than hoạt tính và than chì.
• Các hợp chất polyme - Là các nhóm chức phân cực hoặc không phân cực trong nền
polyme xốp.
Nhôm oxit là chất hấp phụ phổ biến thƣờng sử dụng để hấp phụ các chất hoạt động
bề mặt anion. Trong số các loại nhôm oxit, vật liệu γ-Al2O3 có diện tích bề mặt lớn và
tƣơng đối ổn định trong phạm vi nhiệt độ của các phản ứng xúc tác và quá trình hấp phụ.
Vật liệu γ-Al2O3 đƣợc sử dụng nhiều trong hấp phụ công nghiệp, do chi phí thấp và dặc
tính kết cấu của nó. Vật liệu γ-Al2O3 có tính chất hóa học liên quan chặt chẽ với các nhóm
hydroxyl (OH), sự cùng tồn tại của các nhóm OH và vị trí phối trí không bão hòa theo
15


thuyết Lewis trên bề mặt giúp hỗ trợ phân tử có 2 nhóm chức khác nhau. Tuy nhiên, khi
hiện tƣợng hấp phụ xảy ra trên bề mặt nhôm oxit, các chất phản ứng dễ dàng khuếch tán
các qua các lỗ xốp kích thƣớc khác nhau đƣợc kết nối với nhau. Để kiểm soát sự vận
chuyển chất qua các lỗ xốp sử dụng chất phụ gia hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, bọt, nhũ
tƣơng hoặc các phƣơng pháp khác nhƣ xử lý thủy nhiệt hay công nghệ nano [25]. Một số
nghiên cứu kỹ thuật làm giàu chất hoạt động bề mặt bằng phƣơng pháp dùng vật liệu hấp
phụ đƣợc tóm tắt trong bảng 1.8.
Bảng 1.8. Tóm tắt một số nghiên cứu về kỹ thuật làm giàu chất hoạt động bề mặt
Tác giả
Tursunjan và cộng
sự [32]
Pablo Mart´ın và

cộng sự [28]

CHĐBM

Mẫu

Kỹ thuật làm giàu

Natri dodecyl sunfat

Nƣớc

Chiết lỏng-lỏng

Nƣớc và trầm

Chiết pha rắn cột

tích

C18

Nƣớc

Hấp phụ lên Al2O3

Ankylbenzen sunfonat
Ankyl ethoxysunfat
Ankyl sunfat

N.T.M. Thu và

Natri dodecyl sunfat

cộng sự [27]

Natri tetradecyl sunfat

Mai Furukawa và
cộng sự [26]

Natri dodecyl sunfat

Nƣớc

Ankylbenzen sulfonat

Nƣớc

P.Guo và cộng sự
[29]

Hấp phụ lên cacbon
hoạt tính
Chiết pha rắn cột
C18

Có nhiều kỹ thuật làm giàu chất hoạt động bề mặt trong nƣớc, trong đó hấp phụ
CHĐBM lên vật liệu γ-Al2O3 có nhiều ƣu điểm nhƣ diện tích bề mặt hấp phụ lớn, tƣơng
đối ổn định nhiệt độ trong quá trình hấp phụ và giá thành thấp. Vì vậy, kỹ thuật làm giàu

bằng cách hấp phụ lên CHĐBM trên vật liệu γ-Al2O3 đƣợc lựa chọn trong nghiên cứu
này.

16