Issuu on Google+

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG - Bộ môn CNKT Hóa học-

Bài giảng PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI

Biên soạn: TS.GVC. HOÀNG THỊ HUỆ AN - Nha Trang, 2015-

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

PP HÓA HỌC

PP HÓA LÝ

(PP PT cổ điển)

(PP PT công cụ/ PP PT hiện đại)

PT THỂ TÍCH

PT KHỐI LƯỢNG

(PP CHUẨN ĐỘ) : PT QUANG :

PT ĐIỆN HÓA :

PT SẮC KÝ :

• Phức chất

• Phân tử

• Đo thế

• Sắc ký

• Kết tủa

• Nguyên tử

• Đo độ dẫn điện

• Điện di

• Oxy hóa-khử

• Hấp thụ

• Đo điện lượng

• Phát xạ

• Điện khối lượng

• Acid - baz

• Cực phổ/Volt-Amper

1


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ Nguyên tắc chung: dựa trên việc đo cường độ của đại lượng vật lý có liên quan đến nồng độ của cấu tử cần phân tích (cường độ màu, thế dung dịch,…)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ  Ưu, nhược điểm  Ưu: - Chính xác  độ tin cậy cao - Độ nhạy cao  lượng mẫu phân tích nhỏ  phân tích cấu tử vi lượng và vết - Độ chọn lọc cao  Phân tích được các mẫu có thành phần phức tạp - Nhanh (tự động hóa)  phân tích hàng loạt mẫu  Nhược : - Thiết bị đắt tiền - Người phân tích cần có trình độ chuyên môn cao  Khả năng ứng dụng: Ứng dụng rộng rãi trong phân tích cấu tử vi lượng hay cấu tử vết (phân tích thực phẩm, dược phẩm, môi trường, xét nghiệm y khoa, nghiên cứu khoa học,…)

2


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ  Phân loại các phương pháp phân tích công cụ :  Phương pháp phân tích quang học: dựa trên sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật chất (nguyên tử, phân tử). Hai dạng tương tác chính : hấp thụ và phát xạ  PP quang phổ hấp thụ (nguyên tử/phân tử)  PP quang phổ phát xạ (nguyên tử/phân tử)

E* + h

- h

E0 Sự phát xạ : E = E* -

E0 =

h

Sự hấp thụ : E = E* - E0 = h

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ  Phân loại các phương pháp phân tích công cụ :  Phương pháp phân tích điện hóa: ứng dụng các hiện tượng điện hóa (liên quan đến sự trao đổi ion, electron trên ranh giới điện cực – dung dịch).  Phương pháp sắc ký: là phương pháp tách hỗn hợp cấu tử phân tích dựa trên ái lực khác nhau của chúng với hai pha không trộn lẫn (pha tĩnh, pha động)

3


Phần 1

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis (PP trắc quang – so màu)

 Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng hấp thụ bức xạ UVVis của các phân tử

4


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Sự hấp thụ bức xạ UV-Vis của các phân tử

h = E = E* - E0

σ  σ*: < 190 nm (UV xa) π  π* ~ 200 nm n  σ*; n  π*: ~ 300 nm (UV gần) Các kiểu chuyển dời electron cơ bản trong phân tử hợp chất hữu cơ

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis  Quan hệ giữa sự hấp thụ bức xạ UV-Vis và màu sắc dung dịch

Màu sắc dãi bức xạ Vis

Bước sóng (nm)

Ánh

Tím

380 - 435

sáng

Xanh lơ

435 - 500

trắng

Lục lam

500 - 520

Lục

520 - 565

Vàng

565 - 590

Cam

590 - 625

Đỏ

625 - 740

5


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo quang UV-Vis l

a) Định luật Lambert – Beer :

I0 (λ)

Il = I0.10–

Il

.l.C

Các đại lượng hay sử dụng : • Độ truyền qua: T 

Dung dịch hấp thụ (nồng độ C)

I l và : I0

T% 

Il . 100 % I0

• Độ hấp thụ:

A   .l.C • Quan hệ giữa A và T : A = - lgT ;

T = 10–A

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis C = 1 đơn vị nồng độ ; l = 1 đơn vị chiều dài  A ≡    : hệ số hấp thụ [C]

[l]

[]

Tên gọi

mol/l

cm

l.mol–1.cm– 1

Hệ số hấp thụ mol

g/l

cm

l.g–1.cm–1

Hệ số hấp thụ riêng

Các yếu tố ảnh hưởng đến  : - Bản chất phân tử chất hấp thụ (cấu trúc electron phân tử) - Bước sóng của bức xạ bị hấp thụ (λ) : sự hấp thụ ánh sáng mang tính chọn lọc.  = f (λ) : phổ hấp thụ ánh sáng của phân tử chất hấp thụ - Bản chất dung môi - Nhiệt độ

6


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Các tính chất quan trọng của độ hấp thụ : • Quan hệ A – C tuyến tính

A   .l.C Với 1 dd chất hấp thụ và đo ở bước sóng λ cố định ( = const) : l = const  A ~ C Đo độ hấp thụ của dung dịch (A) nồng độ chất hấp thụ (C)

Quan hệ tuyến tính A – C là cơ sở lý thuyết của phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Các tính chất quan trọng của độ hấp thụ: • A = f (λ): Phổ hấp thụ UV-Vis đặc trưng cho cấu trúc phân tử chất hấp thụ  định tính (nhận biết / phân biệt các chất)

Lưu ý : Nên đo độ hấp thụ của dung dịch ở λ = λmax Mục đích : - Phép phân tích có độ nhạy cao: Amax - Sai số tương đối của phép đo A nhỏ nhất : Phổ hấp thụ UV-Vis:  = f (λ)

 A  S    min  A 

7


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Các tính chất quan trọng của độ hấp thụ:

• Độ hấp thụ có tính cộng tính :

A1 2... n  A1  A2  ...  An Hệ quả : DD = chất phân tích + dung môi + các chất còn lại = chất phân tích + DD nền 

ADD = Achất phân tích + ADD nền

 Trước khi đo độ hấp thụ của một dung dịch (ADD) thường dùng dd nền để hiệu chỉnh máy sao cho ADD nền = 0. Khi đó: ADD ≡ Achất phân tích  ADD  Cchất phần ti`ch

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Các lưu ý khi áp dụng phương pháp trắc quang – so màu: - Dùng bức xạ đơn sắc (đo ở λ ≈ λmax) - Dung dịch đo phải đồng nhất (trong suốt) - Cuvet phải sạch (tráng rửa, lau chùi bằng MeOH) - Chỉ định lượng trong khoảng tuyến tính A – C - Chọn bề dày cuvet và nồng độ dd sao cho : A = 0,2 ÷ 0,8 - Điều kiện tạo phức màu (CR, pH), điều kiện đo (t0C, thời gian đo, chất liệu và bề dày cuvet), thành phần nền (ion cản, ion trơ,…) của mẫu phân tích và mẫu chuẩn phải như nhau

8


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Thiết bị đo quang UV –Vis 

Phân loại thiết bị đo quang : 1/ Theo bản chất của bộ đơn sắc :  Photometer (quang kế) : dùng kính lọc màu  bức xạ kém đơn sắc  Spectrophotometer (quang phổ kế) : dùng lăng kính hay cách tử nhiễu xạ  bức xạ có độ đơn sắc cao (là loại máy thông dụng nhất hiện nay) 2/ Theo nguyên lý hoạt động (hay cấu tạo thiết bị)  Máy 1 chùm sáng (single beam)  Máy 2 chùm sáng (dual beam)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Sơ đồ máy đo quang 1 chùm sáng

Sơ đồ máy đo quang 2 chùm sáng

9


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Sơ đồ cấu tạo máy đo quang 1 chùm sáng

Visible Photometer GENESYS 20 (Thermo, USA)

Spectrophotometer DR 4000 (Hache, Đức)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Evolution 160 (Thermo, USA)

Cary 50 (Varian, USA)

10


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Các bộ phận cơ bản trong máy đo 1 chùm sáng: - Nguồn bức xạ:  Đèn W (380 – 1000 nm = Vis + IR gần)  Đèn D (180 – 375 nm = UV gần)  Đèn Xe (260 – 600 nm : UV gần + Vis)  Đèn Xe hiện đại: 190 – 1100 nm - Bộ đơn sắc: kính lọc màu / lăng kính / cách tử nhiễu xạ - Cuvet: thủy tinh (G) hay polymer : đo vùng Vis thạch anh (Q)

: đo vùng UV

- Tế bào quang điện - Bộ khuếch đại tín hiệu - Bộ ghi nhận tín hiệu

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Đèn W

Đèn D

Các loại cuvet

11


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

CACH TỬ NHIỄU XẠ

TẾ BÀO QUANG ĐIỆN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Cách đo độ hấp thụ trên máy đo quang 1 chùm sáng :  Mở máy  Chọn đèn đo  Chọn bước sóng  Đợi 15 – 30 phút (tùy loại máy) cường độ ổn định  Đưa cuvet chứa dung dịch nền vào ngăn chứa cuvet điều chỉnh máy A = 0  Đưa cuvet chứa dung dịch mẫu vào đo :   Ađọc = A chất HT

12


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Các cách định lượng: dựa trên đl Lambert-Beer a) Phương pháp trực tiếp: 

Nguyên tắc: Tính trực tiếp từ công thức : C

x

Ax  .l

( : tra cứu tài liệu ; l : bề dày cuvet) 

Ưu điểm: đơn giản

Nhược điểm: có thể không đúng (do  không phù hợp với điều kiện đo)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis b) Phương pháp so sánh:  Nguyên tắc: Dung dịch chuẩn (C0)  A0 ; Dung dịch phân tích (Cx)  Ax Tạo phức màu, đo quang các dung dịch trên (cùng điều kiện) A C x  x  C0 A0 (C0, Cx : nồng độ X trong các dd đo quang)  Ưu điểm: đơn giản  Nhược điểm: có thể không đúng do - Có sự sai lệch so với định luật Lambert – Beer  nên pha dung dịch chuẩn có C0 ≈ Cx - Có sự khác biệt nhiều về thành phần nền của mẫu chuẩn và mẫu phân tích

13


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

c) Phương pháp đường chuẩn: Dung dịch phân tích : CX Pha dãy chuẩn (5 – 8 mẫu chuẩn) : C1, C2 , …, Cn (dãy chuẩn phải nằm trong vùng tuyến tính A – C) Tạo phức màu và đo độ hấp thụ trong cùng điều kiện : (A1, A2, …, An) và Ax Dựng đường chuẩn (pp bình phương tối thiểu): A = a.C + b

C

x

Ax  b a

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Vx ml (Cx)

- Lấy Vx ml dd phân tích vào 2 bình định mức -Thêm Vs ml dung dịch chuẩn (nồng độ C0) - Tạo màu, định mức lên Vt ml. Đo A.

VS ml (C0)

C x 

V s .C 0 Vt

C

 x ( dd đo quang )

C x ( dd

phântích

)

Ax  C x A0  Ax

C x ( đo ) .V t Vx

14


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

d) Phương pháp thêm:  Phương pháp thêm chuẩn: Dung dịch mẫu (chứa cấu tử phân tích X) : CX Dung dịch chuẩn thêm được pha chế bằng cách thêm một lượng chính xác cấu tử X (∆Cx) vào dung dịch phân tích : C0 = Cx + ∆Cx Tạo phức màu, đo độ hấp thụ 2 dung dịch trong cùng điều kiện  AX ; A0 Ax = lCx

Cx 

A0 = lC0 = l (Cx + Cx)

Ax  Cx A0  Ax

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Phương pháp đường chuẩn thêm Dung dịch phân tích (nồng độ CX) Pha n mẫu chuẩn thêm (n = 5 – 8) :

A = a. ∆C + b

A

Ci = Cx + ∆Ci Tạo phức màu, đo A (cùng điều kiện) : A1, A2, …, An Dựng đường chuẩn thêm : A = a. ∆C + b 

Cx = b/a

Ưu điểm của phương pháp thêm : Loại trừ sự khác biệt về thành phần nền của dung dịch mẫu và dung dịch chuẩn 

0

∆C

chính xác hơn pp so sánh và pp đường chuẩn

15


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Vx ml (CX) c) Phương pháp thêm chuẩn Nồng độ thêm vào bình thứ i Mẫu

Ci 

Dãy chuẩn

V i .C 0 Vt

Vi ml (C0) Đo A : A , (A A , …, A ) x 1, 2 n Dựng đường chuẩn thêm : A = a.∆C + b Nồng độ X trong dd đo : Thêm chuẩn

b a Nồng độ X trong dd phân tích C x ( đo ) .V t C x ( ddphântích )  Vx C x ( đo ) 

Tạo màu, định mức (Vt ml). Đo A

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

e) Phân tích hỗn hợp nhiều cấu tử: Hỗn hợp chứa 2 cấu tử : M (λmax = λ1) ; N (λmax = λ2) Đo A lần lượt ở λ1 và λ2 :

A 1   ( M1 ) .C ( M )   ( 1N ) .C ( N ) A 2   ( M2 ) .C ( M )   ( N2 ) .C ( N ) Các hệ số

 ( M1 ) ,  ( 1N ) ,  ( M2 ) ,  ( N2 )

được xác định nhờ các dung dịch Phổ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp 2 cấu tử

chuẩn của M và N (II). Giải hệ phương trình trên  CM ; CN

16


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

f) Chuẩn độ trắc quang: Phản ứng chuẩn độ : A+TP A = A.l.CA + T.l.CT + P.l.CP  ĐTĐ ứng với điểm gãy của đường chuẩn độ

Thể tích dung dịch chuẩn (VT) Các đường chuẩn độ trắc quang điển hình

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Ví dụ về quá trình xác định hàm lượng Cu trong quặng bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Néocuproine

17


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

 Ứng dụng và giới hạn định lượng của phương pháp trắc quang –so màu :  Ứng dụng: rộng rãi trong phân tích - Cho phép định lượng hầu hết ion vô cơ và một số hợp chất hữu cơ với sai số khoảng 1- 5% - Độ nhạy: khá cao (cỡ ppm) - Chọn lọc (chọn thuốc thử tạo phức, hay chọn bước sóng thích hợp để đo độ hấp thụ) - Thao tác đơn giản, nhanh chóng; thiết bị tương đối rẻ tiền  Khả năng ứng dụng: phân tích cấu tử vi lượng -Cấu tử đa lượng : pha loãng mẫu; - Cấu tử vết : làm giàu mẫu

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Bài tập 1. Để xác định hàm lượng Fe trong một mẫu nước thải công nghiệp, người ta lấy 10 ml nước thải, đem khử hoàn toàn Fe3+ trong mẫu về dạng Fe2+, sau đó tạo phức với o-phenanthroline rồi định mức lên 50 ml. Độ hấp thụ của dung dịch đo ở 510 nm (với cuvet 1 cm) là 0,269. Tính hàm lượng Fe trong mẫu nước thải theo ppm, biết rằng kết quả dựng đường chuẩn Fe2+ bằng phương pháp này như sau: CFe (ppm)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

A

0,000

0,180

0,359

0,549

0,725

18


Giải : Đường chuẩn Fe

Bảng số liệu

0.800

 Phương trình đường chuẩn :

0.600

A

A = 0,1819C – 0,0012

0.400 0.200

Nồng độ Fe trong dd đo quang :

C Fe(dd đo)

y = 0.1819x - 0.0012 R2 = 0.9999

A  0,0012 0,269  0,0012  đo  0,1819 0,1819

0.000 0.00

2.00

4.00

6.00 Fe (ppm)

≈ 1,49 ppm Hàm lượng Fe trong mẫu nước thải phân tích :

C Fe ( ddpt )

1,48.50  7,45 ppm 10

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis

Bài tập 2 Lấy 5,00 ml một mẫu nước biển cho tạo phức với Dithizone. Phức Pb(II)-Dithizonat tạo thành được chiết sang dung môi CCl4 và định mức lên 25,00 ml cho giá trị độ hấp thụ (��o ở 520 nm ; cuvet 1 cm) là 0,193. Mặt khác, nếu thêm 1,00 ml dung dịch chuẩn Pb2+ có nồng độ 1560 ppb vào 5,00 ml mẫu nước biển phân tích, sau đó cũng tạo phức màu, chiết và định mức lên 25,00 ml như trên thì độ hấp thụ của dung dịch thu được là 0,419. Tính ppb Pb2+ trong mẫu nước biển đã cho.

19


Giải : Đây là pp thêm  Dùng công thức :

Cx 

Nồng độ thêm :

C x 

Ax  Cx A0  Ax

1 . 1560  62 , 4 ppb 25

Nồng độ Pb2+ trong mẫu đo :

Cx 

Ax 0,193  C x  .62,4  53,29 ppb A0  Ax 0,419  0,193

Nồng độ Pb2+ trong mẫu nước biển :

C ( pt ) 

53 , 29 .25  266 , 45 ppb 5

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS: Atomic Absorption Spectrophotometry)

20


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ  Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng hấp thụ bức xạ của nguyên tử  Định tính: dựa vào tần số bức xạ bị hấp thụ  Định lượng: dựa vào quan hệ giữa cường độ hấp thụ (A) và nồng độ nguyên tử trong mẫu đo (C): A = - lg (I / I0) = k.a.Cb I0, Il : cường độ tia tới và tia ló k : hệ số hấp thụ (phụ thuộc bản chất nguyên tử hấp thụ) a : hằng số (phụ thuộc cấu tạo thiết bị, điều kiện đo) b : hệ số (phụ thuộc nồng độ nguyên tử hấp thụ) C nhỏ  b = 1 ; C lớn 0 < b < 1

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Sự hấp thụ và phổ hấp thụ nguyên tử

21


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Ảnh hưởng của nồng độ đến độ hấp thụ trong phương pháp phân tích phổ AAS

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Sơ đồ cấu tạo thiết bị AAS

Hệ thống AAS

22


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Nguồn phát xạ (Light Source) * Đèn cathode rỗng (HCL: Hollow Cathode Lamp):

- catod rỗng (bằng kim loại cần đo hay hợp kim của nó) - anod (dây W hay Ni) - Ne, Ar, N2 (5 – 15 mmHg) * Đèn phóng điện không điện cực (EDL) * Đèn phổ phát xạ liên tục (CS): đèn Xenon

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

 Đèn cathod rỗng (HDL: Hollow Cathode Lamb)

Phổ phát xạ của đèn HCL của Cu ở 324,8 nm

23


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ - Đèn phóng điện không điện cực (EDL: Electrodless Discharge Lamp) - Đèn phát xạ liên tục (CS: Continous Source)

Đèn EDL (Electrodless Discharge Lamp)

Đèn CS (phát xạ liên tục)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Bộ điều biến (modulator; chopper): Công dụng: loại trừ nhiễu nền

Tín hiệu điều chỉnh = Tín hiệu 2 - Tín hiệu 1 = (P + Pe) – Pe = P

24


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

 Hệ thống nguyên tử hóa và các kỹ thuật AAS Mẫu (dung dịch)  đám hơi nguyên tử (trạng thái cơ bản) – KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA BẰNG NGỌN LỬA (FAAS): dùng nhiệt năng sinh ra bởi phản ứng cháy giữa chất đốt và chất oxy hóa nguyên tử hóa  2000 – 30000C – KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA KHÔNG NGỌN LỬA: * Kỹ thuật ET-AAS (nguyên tử hóa nhiệt điện): thường dùng lò graphite (GF-AAS)  nhiệt độ nguyên tử hóa 30000C  phân tích các chất bền nhiệt • Kỹ thuật CV-AAS (hóa hơi lạnh)  phân tích nguyên tố dễ bay hơi (Hg, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te,..)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

 Hệ thống nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (FAAS) Gồm các bộ phận:  Buồng phun sương (nebulizer): phân tán dung dịch đo thành sol khí nhờ một dòng khí áp suất cao  Buồng phối trộn: trộn khí đốt (acetylen, propan,…) với chất oxy hóa (không khí, O2; N2O)  Đèn đốt: đánh lửa  đốt cháy khí đốt  cung cấp nhiệt lượng để nguyên tử hóa mẫu đo

25


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Fuel (acetylen, propan,…) + Oxydant (air, O2; N2O)  heat

HỆ THỐNG FAAS 2C2H2 + 3O2 → 4CO + 2H2O  25000K (Air ~ 15 L/min; C2H2 ~ 2 L/min). Dùng N2O thay cho air  30000K  nguyên tử hóa hầu hết hợp chất

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Buồng phun sương (nebulizer): Dung dịch đo  aerosol (dùng dòng khí áp suất cao)

Buồng phun sương (Nebulizer) Buồng phối trộn: Fuel + Oxydant Đèn đốt: nhiệt của ngọn lửa  nguyên tử hóa mẫu

Buồng phối trộn và đèn đốt

26


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

QUÁ TRÌNH TẠO AEROSOL VÀ NGUYÊN TỬ HÓA MẪU TRONG HỆ THỐNG FAAS  Ưu:

- Độ lặp lại tốt - Dễ điều khiển quá trình nguyên tử hóa  Nhược: hiệu suất nguyên tử hóa kém  độ nhạy thấp

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ GRAPHITE  Dòng: 50 – 600 A; Thế : < 12V  Nhiệt độ: ~ 30000K  Quá trình nguyên tử hóa mẫu (chương trình nhiệt) - Sấy khô (drying) -Tro hóa (ashing) - Nguyên tử hóa (atomizing)

27


Graphite Furnace Tubes Lỗ bơm mẫu

Cuvet graphite Lỗ bơm mẫu

Cuvet pyrolytic

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Cuvet Platform Điểm bơm mẫu

28


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Ví dụ: Điều kiện đo As bằng kỹ thuật GFAAS Vạch phổ phân tích arsen

193,70 nm

Cường độ dòng của đèn HCL của As

10 mA (80%IMax)

Khe đo

1,0 nm

Chiều cao đầu đốt

Chế độ auto

Khí môi trường

Argon

Loại cuvét

High density graphite

Môi trường dung dịch

HNO3 2 %

Lượng mẫu nạp

20 L

Chương trình nhiệt độ cho lò Graphite

T (oC)

Time (s)

Heat mode

Flow rate

1

150

20

Ramp

0,1

2

250

10

Ramp

0,1

3

600

10

Ramp

1,0

4

600

10

Step

1,0

5

600

3

Step

0,0

6

2200

2

Step

0,0

7

2500

2

Step

1,0

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

 KỸ THUẬT HG-AAS và CV-AAS  HG-AAS: Áp dụng cho các nguyên tố có thể tạo hydrur dễ bay hơi khi phản ứng vói NaBH4 trong môi trường acid: IVA (Ge, Sn, Pb); VA (As; Sb; Bi); VIA (Se, Te)  GeH4, SnH4, PbH4, AsH3, SbH3, BiH3, SeH2, TeH2  Dòng khí Ar dẫn khí hydrur đến cuvet thạch anh nung nóng để nguyên tử hóa mẫu (~10000K)  CV-AAS: Hg hóa hơi ở nhiệt độ thường Hg2+ + Sn2+  Hg0 + Sn4+  Quart cell

29


Bộ hydrur hóa kim loại (HG): kim loại + NaBH4+ H+  Hydrur kim loại  Quart cell

Bộ hóa hơi thủy ngân (CV): Hg2+ + Sn2+  Hg0 + Sn4+ Quart cell

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Ví dụ: Điều kiện đo As bằng kỹ thuật HG-AAS Vạch phổ phân tích

As 193,70 nm

Cường độ dòng (đèn HCL của As)

10 mA (80% I Max)

Khe đo

1 nm

Chiều cao đầu đốt

Chế độ auto (5 - 6 mm)

Khí ngọn lửa

Air + C2H2 (+ Ar)

Tôc độ dẫn mẫu

5 – 6 mL/min

Tôc độ dẫn thuốc thử (NaBH4, HCl 5 M) 2 – 3 mL/min Thời gian đo

5 sec

Phản ứng: 3 BH4¯+ 3 H+ + 4 H3AsO3  3 H3BO3 + 4 AsH3 + 3 H2O

30


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ  TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PP AAS  Chọn phương pháp nguyên tử hóa mẫu:

F-AAS: nhanh; chính xác (vi lượng); độ nhạy không cao ET-AAS: độ nhạy cao phân tích vết /vi lượng (lượng mẫu nhỏ) CV-AAS: nguyên tố dễ bay hơi hay tạo hydrur dễ bay hơi  Chọn bước sóng phân tích và độ rộng vạch phổ: Yêu cầu: độ nhạy cao nhất, vạch phổ ít bị cản trở nhất (phát xạ nền; nguyên tố cản).  Chọn phương pháp xử lý mẫu phân tích Mẫu rắn (vô cơ hóa bằng HNO3, H2SO4, HClO4)  hòa tan thành dung dịch (có thể chiết – làm giàu): (Nghiên cứu trong Chuyên đề “PP xử lý mẫu”)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Ví dụ: Bước sóng và nồng độ đặc trưng của Cu

31


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ  TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PP AAS (tt)  Tối thiểu hóa ảnh hưởng quang phổ * Chồng lấn vạch phổ phân tích và vạch phổ nguyên tố khác (cản)  chọn bước sóng phân tích khác không bị cản trở  • Sự hấp thụ và tán xạ phân tử (bởi hydroxid; oxid)  tăng độ hấp thụ của mẫu  kết quả định lượng mắc sai số lớn Cách loai trừ:  Nền đã biết: - Pha mẫu chuẩn và có nền giống mẫu phân tích; PT mẫu trắng  trừ nền  Nền chưa biết: -Tăng nhiệt độ ngọn lửa (flow rate: fuel – oxydant; thay đổi tỷ lệ fuel: oxydant; thay đổi tổ hợp fuel – oxydant …); - Hiệu chỉnh nền bằng đèn D2 - Định lượng bằng pp thêm

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ  TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PP AAS (tt)

 Tối thiểu hóa ảnh hưởng hóa học  Dung môi: MIBK  tăng độ nhay  Sự ion hóa: thêm dư KCl; CsCl  Sự tạo hợp chất bền nhiệt: thêm EDTA; + LaCl3  Chọn phương pháp định lượng:  PP kẹp chuẩn  Pp đường chuẩn PP thêm chuẩn

32


CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BẰNG AAS Matrix đơn giản: Đường chuẩn (A – C tuyến tính) Kẹp chuẩn (A – C không tuyến tính) Matrix phức tạp: Phương pháp thêm (A – C tuyến tính)

Một số dạng đường chuẩn AAS

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Phương pháp kẹp chuẩn (Bracket standards) A

C x  C1 

Ax  A1 .(C 2  C1 ) A2  A1

C C1 Cx C2

33


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ  Đánh giá phương pháp AAS – Ứng dụng: định lượng KL mức vi lượng (FAAS); vết và siêu vết (ET-AAS). – Ưu điểm: • Độ đúng: 0,5 – 5% (điều kiện tối ưu) • Độ chính xác: F-AAS cỡ 0,3 – 1%; ET-AAS: 1 – 5% • Độ nhạy: Độ nhạy của kỹ thuật F-AAS bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện đo (tỷ số nhiên liệu:chất oxy hóa, tốc độ phun sương, chiều cao của đèn đốt; dung môi) • Độ chọn lọc: rất tốt  phân tích > 60 nguyên tố • Thời gian: FAAS: 250 – 350 lần đo/giờ; ET-AAS: 20 – 30 lần đo/giờ

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ  Ứng dụng của phương pháp AAS • Là công cụ mạnh để định tính, định lượng trực tiếp kim loại (phương pháp tiêu chuẩn) và một số phi kim Vd: Xác định Hg, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,… • Định lượng gián tiếp một số anion (vd: Cl-, S2-, CN-, PO43-,…), một số hợp chất hữu cơ (vd: hợp chất hữu cơ chứa Cl, N) •

Chủ yếu xác định hàm lượng nguyên tố tổng số

Gần đây, phát triển hướng phân tích dạng nguyên tố. Vd: Xác định As (III), As (V) bằng kỹ thuật AAS-HPLC

34


Vai trò các nguyên tố trong cơ thể người

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Giới thiệu về kỹ thuật phân tích dạng nguyên tố (Speciation Analysis) • Sự cần thiết phải phân tích dạng nguyên tố: Khả năng hấp thụ và độc tính của nguyên tố khác nhau tùy theo dạng tồn tại của nguyên tố đó VD: - Organo-tin compounds, including tributyltin, are far more toxic than inorganic tin species. - Hexavalent chromium, Cr(VI), is a carcinogenic agent, while trivalent chromium, Cr(III), is an essential element for humans. - Arsenic is extremely toxic in its inorganic forms but relatively innocuous as arsenobetaine, a common arsenic species in fish.

35


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Một số kỹ thuật ghép nối để phân tích dạng nguyên tố (Several options for hyphenation)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Phân tích dạng Hg trong nước biển bằng kỹ thuật HPLC-ICP-MS Sample: 1 µg/L (100 µL injection) Column: 100 x 2.1 mm Alltima HP C18 (3 µm) HPLC; Flow rate:0.2 mL/min; Mobile phase: 0.5% (v/v) L-cysteine). Source: Cairns et al., Anal. Chim. Acta 622 (2008) 62-69.

36


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Phân tích dạng Sn trong hỗn hợp bằng kỹ thuật GC-ICP-MS Tributyltin (TBT), Dibutyltin (DBT), Tripropyltin (TPrT); Methylbutyltin (MBT)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ (AES: Atomic Emission Spectrometry)

37


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

 NGUYÊN TẮC •

Nguyên tử hóa mẫu Phân tử  Nguyên tử

Kích thích: M0 + ΔE  M*

Phát xạ: M*  M0 + h (h = E2 – E1)

Định tính: vạch phát xạ đặc trưng

Định lượng: Đo cường độ phát xạ Iλ = kCb

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ  Các loại thiết bị AES thông dụng  Nguyên tử hóa và kích thích bằng ngọn lửa F-AES: Flame Atomic Emission Spectrometer)  Nguyên tử hóa và kích thích bằng nguồn plasma cao tần cảm ứng (ICP):  ICP-OES (Inductively-Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer)  ICP-MS (Inductively-Coupled Plasma – Mass Spectrometer)

38


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

SƠ ĐỒ CẤU TẠO THIẾT BỊ F-AES

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

39


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

CẤU TẠO VÀ NHIỆT ĐỘ NGỌN LỬA ĐÈN KHÍ

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ Nhiệt độ của một số hỗn hợp khí đốt

Ưu - nhược điểm và ứng dụng của hệ FAES: Ưu: - Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, cho ngọn lửa ổn định  độ chính xác cao Nhược: - Nhiệt độ ngọn lửa thấp  chỉ dùng phân tích kím loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs) và 1 vài kim loại kiềm thổ (Ca, Mg) với độ nhạy: 1 – 10 g/ml.

40


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

Nguồn ICP

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

Sơ đồ thiết bị ICP- MS

41


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

Bộ tứ cực (quadrupole) và MS detector

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Only narrow specific m/z values can successfully pass the rods

Ions 2 en 3 have unstable trajectories and are filtered out

42


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ

Thiết bị ICP-MS Agilent, 7700

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ Hệ thống ICP- OES dùng bộ đơn sắc để chọn bước sóng phân tích

Ở nhiệt độ plasma 50000K  nguyên tử, ion phát ra bức xạ đặc trưng (tia UV-Vis). Cường độ vạch phát xạ phụ thuộc nồng độ nguyên tố trong dung dịch mẫu phân tích

43


PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ Optical emission spectra of cadmium and iron

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

44


Phần 2. PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ (Chromatography)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  LỊCH SỬ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Thí nghiệm của Mikhail Tswett (1906): tách dịch chiết lá cây/ (cột CaCO3; PE) H���n hợp (lục) tách ra thành 3 vùng : - Chlorophyll a : lục - Chlorophyll b : lục lam - Carotenoid : vàng  Khái niệm: sắc ký ; sắc ký đồ

45


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  MỘT SỐ KHÁI NIỆM  Pha tĩnh (SP: static phase): pha đứng yên  SP rắn: gồm các hạt rắn kích thước nhỏ có cấu trúc xốp được nhồi vào cột  SP lỏng: chất lỏng liên kết với các nhóm chức trên bề mặt giá thể  Pha động (MP: mobile phase): pha linh động (L/ K) được cho di chuyển liên tục qua pha tĩnh

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

 MỘT SỐ KHÁI NIỆM (tt)  Rửa giải (elution): Quá trình cho MP chạy liên tục qua SP để tách các cấu tử trong hỗn hợp  Sắc ký (Chromatography): Phương pháp tách hỗn hợp cấu tử dựa trên ái lực khác nhau của chúng với SP và MP

46


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  CƠ SỞ LÝ THUYẾT (Định luật phân bố Nersnst) [A MP

[A

(S ) (M

]

] )

 K

D

 const

SP

KD: hằng số phân bố KD phụ thuộc t0 và bản chất của A, SP; MP KD khác nhau  tách các cấu tử bằng sắc ký.

47


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Nguyên nhân tách hỗn hợp cấu tử trong quá trình sắc ký Pha động

Pha tĩnh

KD(2) > KD (1)  v2 < v1  tR(2) > tR(1)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM K D,A 

[ A] O 5 [ A]W

K D, B 

[ I ]O  0,5 [ I ]W

VO = VW

Qi , O 

Qi , 0  V 1  Di  O VW 

  

48


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

Detector Signal

 Nguyên nhân tách hỗn hợp cấu tử trong quá trình sắc ký

1

2

Thời gian

KD (2) > KD (1)  v2 < v1  tR(2) > tR(1) Detector: ghi nhận sự thay đổi nồng độ cấu tử theo thời gian hay thể tích pha động tiêu tốn để rửa giải cấu tử

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

Săc ký đồ tách hỗn hợp hydrocabon

49


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Phân loại các phương pháp sắc ký PHÂN LOẠI THEO TRẠNG THÁI TẬP HỢP

PHÂN LOẠI THEO PHƯƠNG TIỆN TÁCH

PHÂN LOẠI THEO CƠ CHẾ TÁCH

CỦA PHA ĐỘNG  Sắc ký lỏng (LC)

 Sắc ký cột

- SK lỏng – lỏng;

 Sắc ký phẳng

- SK lỏng – pha liên kết - SK lỏng – rắn; trao đổi ion; loại trừ  Sắc ký khí (GC)

 Sắc ký hấp phụ (L/R; K/R)  Sắc ký phân bố (L/L; K/L)  Sắc ký trao đổi ion

- Sắc ký khí – lỏng

 Sắc ký loại trừ

- Sắc ký khí – rắn

 Sắc ký ái lực

- SK khí – pha liên kết  Sắc ký siêu tới hạn (SFC)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  PHÂN LOẠI THEO CƠ CHẾ TÁCH SẮC KÝ

Phương pháp

Cơ chế tách

SẮC KÝ PHÂN BỐ

Sự khác biệt về độ tan của các cấu tử trong hỗn hợp sắc ký đối với pha tĩnh (L) và pha động (L; K)

SẮC KÝ HẤP PHỤ

Sự khác biệt về khả năng hấp phụ của pha tĩnh (R) đối với các cấu tử trong hỗn hợp sắc ký

SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION

Sự khác biệt về khả năng hấp phụ trao đổi ion của các cấu tử (ion) trong hỗn hợp với các ion linh động trên bề mặt pha tĩnh (R)

SẮC KÝ LOẠI TRỪ

Sự khác biệt về kích thước phân tử của các cấu tử trong hỗn hợp sắc ký

SẮC KÝ ÁI LỰC

Sự khác biệt về khả năng tương tác của các cấu tử trong hỗn hợp sắc ký với pha tĩnh (R; L)

50


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  CÁC

THUYẾT VỀ SẮC KÝ  Thuyết đĩa (Plate Theory) Pha động

Đĩa J-1 Đĩa J Đĩa J+1

.....

H 

L N

Minh họa quan niệm của lý thuyết đĩa

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  CÁC

THUYẾT VỀ SẮC KÝ (tt)  Thuyết tốc độ (Rate Theory)

Phương trình Van Deemter (1956)

H  H A  H B  HC  A 

B  Cu u

A: thể hiện ảnh hưởng của chất lượng cột nhồi A = 2λdp (λ: phụ thuộc dp và độ đồng nhất của pha tĩnh) B: thể hiện ảnh hưởng của sự khuếch tán dọc B = 2DM ( = 0,6 – 0,8, phụ thuộc khoảng cách giữa các hạt) DM: hệ số khuếch tán trong pha động (cm2/s). C: thể hiện ảnh hưởng của sự chuyển khối (trao đổi chất giữa MP và SP)

C  C s  C M  const.

d 2f DS

f ( d P2 , d C2 ) DM

51


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  CÁC

THUYẾT VỀ SẮC KÝ (tt)  Thuyết tốc độ (Rate Theory)

H opt  A  2 BC Đường cong Van Deemter mô tả ảnh hưởng của các thông số A B, C đến H

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  CÁC

THUYẾT VỀ SẮC KÝ (tt)

 Thuyết tốc độ (Rate Theory)

 d 2f f (dP2 , dC2 ) H  HA  HB  HC  H A  HB  (Hs  Hm )  2dP   const.  u DS DM  u  2DM

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách:  Ảnh hưởng của tốc độ pha động: • u nhỏ  khuếch tán dọc lớn  peak dãn rộng • u lớn  ảnh hưởng sự chuyển khối lớn

u opt 

B C

52


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  CÁC

THUYẾT VỀ SẮC KÝ (tt)  Thuyết tốc độ (Rate Theory)

H  H A  H B  H C  H A  H B  ( H s  H m )  2d P 

2DM u

 d 2f f (d P2 , d C2 )   const.  u DS DM  

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách :  Cấu trúc cột sắc ký: - Cỡ hạt pha tĩnh: dP càng nhỏ  H càng nhỏ  hiệu quả tách càng tốt. Tuy nhiên, việc giảm cỡ hạt đòi hỏi phải dùng áp suất cao để đẩy pha động qua cột.  HPLC dùng pha tĩnh là pha lỏng liên kết (bonded phase)  GC dùng cột mao quản

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký

 Thời gian lưu tR,i : thời gian lưu của cấu tử i tm: thời gian chết tm = L/u (L: chiều dài cột; u: tốc độ trung bình của pha động) t’R,i = tR,i – tm : thời gian lưu Sắc ký đồ

hiệu dụng của cấu tử i

53


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (tt)  Thừa số lưu giữ: k’= mS/mM = (CSVS/CM.VM) = KD.(VS/VM ) k’ phụ thuộc các yếu tố: - bản chất các cấu tử tách - bản chất pha tĩnh, pha động; - nhiệt độ

k'

 tR = tm(1 + k’)

t R  tm t R '  tm tm

 HPLC: k’ tối ưu = 1 – 5 (hỗn hợp phức tạp có thể chọn: k’ = 1 - 10)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (tt)  Thừa số lưu giữ (tt)  Tốc độ di chuyển trung bình của pha động:  Tốc độ di chuyển trung bình của cấu tử i : ui 

L t R ,i

ui  u.

L t R ,i

 u.

mol i trong mol i trong

MP SP

  Cm .Vm 1 1    u.  u.  Cm .Vm  Cs .Vs 1 k'   1  K D (Vs / Vm ) 

L 1 ( ) tm 1  k '

 tR,i = tm(1 + k’)

54


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (cont.)  HIỆU QUẢ TÁCH CỦA CỘT SẮC KÝ  Hệ số chọn lọc (Selectivity factor: )



K D , 2 k '2 t R , 2  t m   K D ,1 k '1 t R ,1  t m

(2: là cấu tử bị lưu giữ mạnh trên pha tĩnh hơn cấu tử 1) • α > 1  phân biệt được cấu tử 1 và 2 (định tính đựợc) • α = 1  không phân biệt được cấu tử 1 và 2

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (cont.)  HIỆU QUẢ TÁCH CỦA CỘT SẮC KÝ  Số đĩa lý thuyết: N = L / H Tính N từ dữ kiện sắc ký đồ: t N i  16  R , i W

2

 t    5 , 54  R , i   W1/ 2

  

2

với: L: chiều dài cột H: chiều cao đĩa lý thuyết W: bề rộng chân peak; W1/2: bề rộng peak ứng với ½ chiều cao peak

55


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

Bài tập 1/ Kết quả phân tích thuốc trừ sâu họ Clor cho thấy peak ứng với Dieldrin có thời gian lưu là 8,68 min và độ rộng đáy = 0,29 min. Tính số đĩa lý thuyết liên quan đến sự tách này và chiều cao của một đĩa lý thuyết. Biết rằng chiều dài cột sắc ký lày là 2,0 m. ------Gợi ý: N = 16(tR/W)2; H = L/N

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (cont.)  Độ phân giải (RS: Resolution)

R

s

2 ( t R , 2  t R ,1 ) W 2  W1

 Rs < 1: các peak phân giải không tốt  không định lượng chính xác  Rs ≥ 1: các peak phân giải được. Tốt nhất là Rs ≥ 1,5 (Khi đó, có thể định lượng chính xác)  Cách làm tăng độ phân giải: - Tăng chiều dài cột Các ví dụ về sự phân giải các peak sắc ký

- Giảm kích thước hạt pha tĩnh

56


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

Ý nghĩa của các đại lượng cơ bản đặc trưng cho peak sắc ký

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (cont.)  Độ phân giải (RS: Resolution)

R

s

2 ( t R , 2  t R ,1 ) W 2  W1

57


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  Các đại lượng cơ bản trong sắc ký (tt)  Độ phân giải (tt) Rs 

N    1  k B'   4    1  k B'

  

(B: cấu tử khó tách hơn)

Trong GC: k' thường rất lớn (k’= 30 - 50) nên:

Rs 

N   1   4   

 Sô đĩa lý thuyết cần để đạt độ phân giải Rs cho trước:

 Thời gian lưu tương ứng của B

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM BÀI TẬP 1) Tính thừa số dung lượng k’ của acid butyric trong một hệ sắc ký, biết: thời gian lưu của nó là 7,63 min; thời gian chết của cột là 0,31 min. (Đáp số: k’ = 23,6) 2) Tiến hành sắc ký một mẫu tinh dầu chanh thu được các peak của limonene và -terpinene ứng với các đại lượng sau:

Cấu tử

tR (min)

W (min)

Limonene

8,36

0,96

-Terpinene

9,54

0,64

Hãy tính độ phân giải giữa các peak trên (Đáp số: R = 1,48) 3) Phân tích thuốc trừ sâu họ Clor chứa Diedrin bằng phương pháp GC với cột có chiều dài 2,0 m. Tính số đĩa lý thuyết và chiều cao đĩa lý thuyết của cột sắc ký sử dụng. Biết thời gian lưu của Diedrin là 8,68 min và độ rộng chân peak là 0,29 min. (Đáp số: N = 14.300 đĩa; H = 0,14 mm/đĩa)

58


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ  Mục đích: - Đạt độ phân giải đủ lớn - Thời gian lưu nhỏ nhất Rs   Các

N    1   k B'   4     1  k B'

  

(B: cấu tử khó tách hơn)

biện pháp:

• Tăng k’: k’ = KD(VS/VM)

-Thay đổi: pha tĩnh, pha động để k’ tăng (chỉ hiệu quả khi k’= 1-5)  GC: giảm nhiệt độ cột  HPLC: giảm lực rửa giải của pha động - Nhược điểm: chỉ hiệu quả khi k’ nhỏ (k’ = 1-5); tR tăng - Nghịch lý rửa giải!: gradient elution (HPLC); temp. programming (GC)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ

Ảnh hưởng của k’ đến độ phân giải

59


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ

Nghịch lý rửa giải trong sắc ký  Nên rửa giải theo chương trình nhiệt (GC) hay gradient (HPLC)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ

Rs 

N    1   k B'   4     1  k B'

  

(B: cấu tử khó tách hơn)

 Các biện pháp: 1/ Điều chỉnh :  ảnh hưởng lớn đến Rs  = 1: tăng k’ không hiệu quả  cần tăng  - GC: thay đổi pha tĩnh (thay cột) - HPLC: điều chỉnh pha động để tương tác chọn lọc hơn

60


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ (tt)

Điều chỉnh  bằng cách thay đổi thành phần pha động (pH)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ (tt)

H  HA  HB  HC  HA  HB  (Hs  Hm )  2dP 

d 2f f (dP2 , dC2 ) 2DM   const.  u DS DM  u 

61


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẮC KÝ (tt) Rs 

N    1   k B'    4    1  k

' B

  

• Điều chỉnh N: khi điều chỉnh k’ và  không hiệu quả 1/ Giảm H:  Điều chỉnh u : u = uoptimum  Thay đổi cột sắc ký:  bản chất vật liệu pha tĩnh (tăng hệ số khuếch tán DS)  cấu trúc cột pha tĩnh: - giảm: dP df; dC; - tăng: độ đồng nhất cột nhồi (  Tăng hệ số khuếch tán DM (điều chỉnh thành phần pha động; điều chỉnh t0) 2/ Tăng chiều dài cột sắc ký (L): nhược điểm: tR tăng

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ  NGUYÊN TẮC ĐỊNH TÍNH VÀ ĐỊNH LƯỢNG TRONG SẮC KÝ  Định tính: so sánh tR’ của mẫu và chuẩn trong cùng điều kiện sắc ký (thực tế: pp đồng sắc ký; pp thêm; pp nội chuẩn)  Định lượng: dựa trên tính chất Sx ~ Cx (đôi khi: hx ~ Cx) * Tính % X trong mẫu phân tích:

%X 

Sx . 100 %  Si i

*Tính nồng độ trong dung dịch phân tích: Phân tích các dung dịch chuẩn và mẫu trong cùng điều kiện  đo diện tích peak Si (hay chiều cao peak hx)  dùng pp so sánh hay pp đường chuẩn

62


ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Bài tập 2/ Sắc ký đồ HPLC cho 2 peak A, B với dữ liệu như sau: tM = 1,3 min; tR,A = 16,4 min; tR,A = 17,63 min; Độ rộng chân peak: WA = 1,11 min; WB = 1,21 min; a) Tính Rs; N; H. Cho biết chiều dài cột: L = 30 cm b) Tính chiều dài cột sắc ký (L) và và tR,B tương ứng để Rs = 1,5 -----------------------------------------------------------------2 ( t R , 2  t R ,1 ) Rs  W 2  W1

Gợi ý: N = 16(tR/W)2; L2 = N2.H;

H = L1/N

N2 /N1 = [(tR)2/(tR )1]2 = [(Rs)2 /(Rs)1]2

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

63


CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ CỔ ĐIỂN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ CỔ ĐIỂN  SẮC KÝ CỘT (CC: Column Chromatoraphy) Phương tiện tách: Pha tĩnh được nhồi vào cột (thủy tinh/kim loại) Cơ chế tách: hấp phụ; phân bố; trao đổi ion; loại trừ (thấm qua gel); tương tác ái lực Ứng dụng: tách hay tinh chế các cấu tử từ một hỗn hợp Nhược điểm: mất thời gian; tốn

Tách trên cột  thu các phân đoạn - Định tính: nhận biết bằng pp hoá học (dùng p/ứ đặc trưng) hay hóa lý (phổ UV-Vis, MS, NMR,…)

kém (mẫu, pha tĩnh, dung môi); tách

- Định lượng: pp phân tích hóa lý (pp

hỗn hợp phức tạp kém hiệu quả

so sánh hay đường chuẩn)

64


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ CỔ ĐIỂN

Pha tĩnh NP: MP: ít phân cực đến phân cực trung bình Pha tĩnh RP: MP: phân cực đến phân cực trung bình

Độ phân cực của dung môi: Ether dầu mỏ < hexan < cyclohexan < CCl4 < < benzen < toluen < diclorometan, CHCl < dietyl ete < acetat etyl < aceton < pyridin < < propanol < etanol < metanol < nước < acid acetic.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ CỔ ĐIỂN  SẮC KÝ CỘT (CC: Column Chromatoraphy)  Cơ chế tách: dựa trên sự khác biệt về kích thước và khối lượng phân tử của các cấu tử có trong dung dịch. Pha tĩnh: * Rây hữu cơ: dextran mạng (tức sephadex), polyacrylamit, polyvinylacetat, polystyrol,... * Rây vô cơ: zeolit tổng hợp, thủy tinh xốp, silicagel xốp cao,…

65


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ CỔ ĐIỂN  SẮC KÝ BẢN MỎNG (TLC: Thin Layer Chromatography)  Phương tiện tách: bản (thủy tinh/ nhôm/ nhựa) được phủ một lớp mỏng các hạt rất mịn (d = 0,5 – 0,25 μm) của pha tĩnh  Cơ chế tách: hấp phụ; phân bố; trao đổi ion; rây phân tử  Ứng dụng: định tính hay định lượng (mẫu dược phẩm, mẫu sinh học…)  Định tính: hiện vết cấu tử (phun thuốc hiện màu; chiếu tia UV)  so sánh Rf của chuẩn và mẫu (đồng sắc ký) Định lượng: cạo vết cấu tử  hòa tan trong dung môi thích hợp  định lượng (pp hóa lý). Ít chính xác. Ưu: đơn giản, nhanh

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Bình triển khai sắc ký

Chấm mẫu trên bản mỏng

Chạy sắc ký bản mỏng

66


Bình phun thuốc hiện màu

Phát hiện vết cấu tử bằng đèn UV (254 nm)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Cách xác định thừa số lưu giữ Rf

67


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ CỔ ĐIỂN  SẮC KÝ BẢN MỎNG (TLC: Thin Layer Chromatography)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI

68


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI Xu hướng hiện đại: giảm kích thước hạt pha tĩnh để tăng hiệu quả tách  Dùng bơm cao áp để đẩy pha động đi qua cột  xuất hiện các kỹ thuật sắc ký hiện đại sau: 1/ Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): phân tích nhiều loại hợp chất khác nhau 2/ Sắc ký khí (GC): phân tích hợp chất dễ bay hơi hay dễ chuyển thành dẫn xuất dễ bay hơi Ưu điểm: tự động hóa, đa năng, hiệu quả tách tốt  phân tích nhiều hỗn hợp phức tạp Ứng dụng: rất rộng rãi (phân tích hóa học, sinh hóa, thực phẩm, dược phẩm, môi trường,…)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC

 ĐẶC ĐIỂM:  Pha tĩnh được nhồi trong cột (L = 25 - 30 cm; di = 2,6 – 4,6 mm; dp = 3 – 10 um)  Pha động ở trạng thái lỏng (dung môi, hỗn hợp dmôi)

69


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)

 Phân loại phương pháp HPLC

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI Ví dụ: - NGUYÊN LÝ PHÂN TÍCH ACID AMIN BẰNG IC - NGUYÊN LÝ TÁCH HỢP CHẤT CAO PHÂN TỬ BẰNG SEC

70


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Phân loại phương pháp HPLC (tt)

 Phân loại theo bản chất pha tĩnh - Pha thường (NP): silica (ít dùng, kém ổn định) - Pha đảo (RP): silica biến tính (ghép pha); thông dụng nhất (hiệu quả cao, dễ thao tác; cột làm việc ổn định; áp dụng được cho hợp chất không phân cực - phân cực trung bình) - Trao đổi ion

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Phân loại phương pháp HPLC (tt)  Phân loại theo bản chất pha tĩnh (tt)

71


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)

 Nguyên tắc chọn pha động trong HPLC

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Nguyên tắc chọn pha tĩnh trong HPLC • Chất phân tích phân cực  pha tĩnh phân cực - phân cực trung bình • Chất phân tích kém phân cực  pha tĩnh không phân cực - phân cực trung bình

72


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Ảnh hưởng của độ phân cực pha tĩnh đến hiệu quả tách

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  CÁCH NÂNG CAO ĐỘ PHÂN GIẢI TRONG PP HPLC

73


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI

Sơ đồ thiết bị HPLC

THIẾT BỊ SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  Thiết bị HPLC

74


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  HỆ THỐNG BƠM MẪU (Injector)

Bơm mẫu bằng tay

Autosampler (Agilent 1100 Series)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  CỘT SẮC KÝ HPLC

75


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Thiết bị HPLC (tt)

Cột sắc ký (Column)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Thiết bị HPLC (tt)

Cột sắc ký (tt) Ổn định nhiệt độ cột sắc ký

76


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Thiết bị HPLC (tt)  Detector Thông dụng nhất là:  UV-Vis detector: phổ biến nhất, dùng cho chất hấp thụ tia UV-Vis 190 - 600 nm  RI detector: đo sự thay đổi chiết suất của của pha động ra khỏi cột sắc ký. - Vạn năng nhưng kém nhạy, không chọn lọc, thường dùng trong sắc ký rây phân tử...

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Thiết bị HPLC (tt)  Detector (tt) Các detector khác ít thông dụng hơn:  FlD (Fluorescence detector): dùng cho chất phát huỳnh quang (kích thích bằng tia UV thích hợp) -

rất nhạy và rất chọn lọc

 Electrochemical detector  MS detector  NMR detector

77


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  Thiết bị HPLC (tt)  Detector (tt)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  SẮC KÝ LOẠI TRỪ (SEC: Size-Exclusion Chromatography) hay: SẮC KÝ GEL (GPC: Gel Permeation Chromatogrphy) hay: SẮC KÝ RÂY PHÂN TỬ (Molecular Sieve Chromatography)

Nguyên lý tách: SEC là phương pháp tách các cấu tử dựa trên

sự khác nhau về kích thước và khối lượng phân tử

78


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  SẮC

KÝ LOẠI TRỪ (SEC: Size-Exclusion Chromatography)

Sơ đồ thiết bị sắc ký loại trừ hiện đại

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  SẮC

KÝ LOẠI TRỪ (SEC: Size-Exclusion Chromatography)

 Nguyên tắc định tính và định lượng trong SEC  Định lượng: Các phân đoạn tách ra được định lượng bằng phương pháp quang phổ: - đo chỉ số khúc xạ (RI); - đo cường độ hấp thụ bức xạ UV  Xác định phân tử lượng (MW) của các phân tử trong phân đoạn tách ra: Vẽ đường chuẩn: - lg MW = f (Ve/V0) Đo thể tích rửa giải Ve  xác định MW

79


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  SẮC KÝ LOẠI TRỪ (SEC: Size-Exclusion Chromatography)

Tách protein Histidin khỏi muối bằng SEC

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  SẮC KÝ LOẠI TRỪ (SEC: Size-Exclusion Chromatography)

Thứ tự rửa giải trong sắc ký loại trừ

80


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  SẮC KÝ LOẠI TRỪ (SEC: Size-Exclusion Chromatography)

Xác định phân tử lượng của hỗn hợp cấu tử tách ra trong SEC bằng phương pháp đồ thị

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HPLC

81


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HPLC

Tách hỗn hợp peptid bằng phương pháp HPLC

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP HPLC (tt)  ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HPLC

Tách hỗn hợp Aflatoxins bằng phương pháp LC-MS

82


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI 

PHƯƠNG PHÁP GC

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC

SƠ ĐỒ THIẾT BỊ SẮC KÝ KHÍ (GC)

THIẾT BỊ SẮC KÝ KHÍ (GC)

83


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Khí mang (Carrier gas):khí trơ

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Khí mang (tt)

84


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Bộ bơm mẫu GC (GC Injector)

Syringe bơm mẫu GC

Injector

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Cột sắc khí GC

85


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Cột sắc khí GC (tt)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Cột sắc khí GC (tt)

86


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Thiết bị GC  Cột sắc khí GC (tt)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC

Chương trình hóa nhiệt độ: thay đổi k’  thay đổi Rs

87


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI CÁC LOẠI DETECTOR THÔNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ GC Detector

Loại

Khí sử dụng

Độ nhạy và độ chọn lọc

LOD

Khoảng tuyến tính

H2 và không khí

Vạn năng cho hầu hết các hợp chất hữu cơ có nhóm -CH2 - ; độ nhạy cao

100 pg

107

50 fg

105

10 pg

106

Ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detector : FID)

Phụ thuộc dòng khối lượng (Mass flow dependent)

Bắt giữ điện tử (Electron capture detector: ECD)

Phụ thuộc nồng độ (Concentration dependent)

Khí Ar

Đặc trưng và nhạy, dùng cho các hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tố âm điện (N, Cl, P, ..)  phân tích thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, …

Nitrogen – Phosphore detector: NPD)

Phụ thuộc dòng khối lượng (Mass flow dependent)

H2 và không khí

Hợp chât chứa N, P (phân tích dược phẩm, dư lượng thuốc trừ sấu, …)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Khả năng ứng dụng phương pháp GC

88


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC  Định lượng: Các phân đoạn tách ra được định lượng bằng phương pháp quang phổ: - đo chỉ số khúc xạ (RI); - đo cường độ hấp thụ bức xạ UV Xác định phân tử lượng (MW) của các phân tử trong phân đoạn tách ra: Vẽ đường chuẩn: - lg MW = f (Ve/V0) Đo thể tích rửa giải Ve  xác định MW

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI  PHƯƠNG PHÁP GC

VÍ DỤ VỀ SẮC KÝ ĐỒ GC

89


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ HIỆN ĐẠI

Phân tích hỗn hợp thuốc trừ sâu chứa Clor trong nước (pp GC)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM SẮC KÝ ÁI LỰC (Affinity Chromatography)

90


Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Phần 3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA

91


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ (Potentiometry)  Nguyên tắc: dựa trên việc đo thế của điện cực chỉ thị đối với ion cần xác định  Điện cực chỉ thị: điện cực có thế phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ ion X cần xác định: Ect = f (CX)  Điện cực so sánh: điện cực có thế không đổi và đã biết chính xác Đo hiệu thế giữa 2 điện cực  thế của điện cực chỉ thị  xác định được nồng độ ion điện hoạt Phép đo được thực hiện trong điều kiện i = 0 :  Hiệu thế giữa 2 điện cực là: E = Ect – Ess + Ekt Ess : thế của điện cực so sánh (Ess = const trong quá trình đo) Ekt : thế khuếch tán (Ekt được giảm thiểu bằng cầu muối KCl)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  SƠ ĐỒ MẠCH ĐO THẾ

Cấu tạo pin điện hóa đo thế điện cực Sơ đồ mạch đo thế điện cực R : biến trở con chạy ; G: điện kế; K : ngắt /đóng điện ; RE: điện cực so sánh ; IE : điện cực chỉ thị

92


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  SƠ ĐỒ MẠCH ĐO THẾ

Sơ đồ mạch đo thế của điện cực chỉ thị

Sự khác nhau về linh độ cation và anion tạo ra thế tiếp xúc giữa 2 dung dịch

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ Các loại điện cực thông dụng trong phương pháp đo thế :  Điện cực loại 1:  Cấu tạo: gồm một dây (hay bản) kim loại (hay phi kim) nhúng vào dung dịch chứa cation kim loại (hay anion của phi kim) tương ứng.  Ký hiệu: M| Mn+ (điện cực kim loại) X| Xn- (điện cực phi kim)

93


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế:  Điện cực loại 1 (tt): Ví dụ : - Điện cực bạc: Ag| Ag+ Ag+ + e Ag 0  EAg+/Ag = E Ag+/Ag + 0,059 lg[Ag+]  dùng làm điện cực chỉ thị đối với ion Ag+ - Điện cực Hydro: Pt, H2|H+ 2H+ + 2e H2  E2H+/H2 = (0,059/2) + 2 lg([H ] /pH2) Nếu : pH2 = 1 atm thì : E2H+/H2 = - 0,059 pH  dùng làm điện cực chỉ thị đo pH

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế:  Điện cực loại 2: Cấu tạo: gồm một kim loại M được phủ một lớp hợp chất khó tan của kim loại này (MXn) và nhúng vào dung dịch chứa anion của hợp chất khó tan nói trên (X-) Ký hiệu:

M, MXn(r)|Xn-

Quá trình điện cực: MXn (r) + n e

M + n X-

Phương trình Nersnt: E = E0 – 0,059 lg[X-]

94


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế:  Điện cực loại 2:

Ví dụ : - Điện cực calomel: - Điện cực bạc clorur :

Hg, Hg2Cl2(r)| KCl Ag, AgCl (r)| KCl

Ứng dụng : dùng làm điện cực so sánh (dễ chế tạo và có thế ổn định) hay điện cực chỉ thị đối với ion Cl

-

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế:

Điện cực Hydro

Điện cực calomel

Điện cực bạc clorur

95


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện cực oxy hóa – khử : Cấu tạo : gồm thanh kim loại trơ (Pt, Au, Pd,...) nhúng trong dd chứa một cặp oxy hóa – khử liên hợp Ký hiệu : Pt | Ox, Kh Quá trình điện cực : Ox + ne

Kh

Pt Nernst : 0 EOx / Re d  EOx / Re d 

0,059 [Ox] lg n [Re d ]

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện cực màng (điện cực chọn lọc ion = ISE): là nhóm điện cực quan trọng, cho phép xác định nhanh và chọn lọc nhiều cation và anion.  Cấu tạo: gồm điện cực so sánh trong (Ref trong) nhúng vào dung dịch chuẩn của ion cần xác định ([A]trong) và 1 điện cực so sánh ngoài (Ref ngoài) nhúng vào dung dịch chứa ion cần phân tích ([A]ngoài). Hai điện cực được cách nhau bởi một màng mỏng làm bằng vật liệu đặc biệt: Reftrong || [A]trong | Màng | [A]ngoài || Ref ngoài Sự khác biệt về nồng độ dung dịch bên trong và bên ngoài màng tạo ra thế màng:

Em

 K

0,059 lg[ A ] ngoài n

96


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện

cực màng

 Phân

loại:

- Điện cực màng thủy tinh - Điện cực màng rắn - Điện cực màng lỏng

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):

 Điện cực màng thủy tinh đo pH :  Cấu tạo: Ag, AgCl | H+ trong || Màng tt || H+ngoài | AgCl, Ag  Thế điện cực: Em = K - 0,059 pH (ngoài) với: K = const (K thay đổi theo điện cực và theo thời gian  cần chuẩn hóa điện cực trước khi dùng)  Ứng dụng: đo pH dd (pH = 1 – 12)

Sơ đồ cấu tạo điện cực màng thủy tinh đo pH

97


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện

cực màng thủy tinh đo pH (tt) :

 Lưu ý :  Trước khi đo : chuẩn hóa điện cực ít nhất bằng 2 dung dịch đệm (pH = 7 và pH > 7 hay pH < 7 tùy theo vùng pH của dd mẫu phân tích).  Điện cực mới dùng lần đầu : trước khi đo phải ngâm nhiều giờ trong HCl loãng để hoạt hóa điện cực Bảo quản điện cực: ngâm trong dd đệm pH 4

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện cực màng rắn:  Cấu tạo: tương tự điện cực màng thuỷ tinh, nhưng màng điện cực cấu tạo từ tinh thể muối khó tan của ion cần xác định.  Cơ chế hoạt động: dựa trên sự ion hóa lớp tinh thể muối ở 2 bên màng khi tiếp xúc với dung dịch chất điện ly. Ví dụ: Điện cực ISE đối với F- có màng cấu tạo từ LaF3 có khả năng ion hóa:

LaF3

LaF2+ + F–

Bên trong chứa điện cực Ag/AgCl nhúng trong dd NaF 0,1 M

98


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện cực màng lỏng:  Cấu tạo: Màng là một vật liệu trơ, xốp bằng polymer được thấm đẫm một chất lỏng hữu cơ không trộn lẫn với nước và có khả năng trao đổi chọn lọc với một số ion trong dung dịch tiếp xúc với nó

Cấu tạo phân tử di-(n-decyl)phosphate

Sự trao đổi ion Ca2+ ở 2 bên màng

Cấu tao điện cực màng lỏng đo Ca2+

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Đầu dò khí (gas-sensing probe) : Cấu tạo: gồm 1 màng vi xố xốp (dP < 1 m) rất mỏng bằng polymer chịu nước (eg.PTFE, PE) có khả năng thẩm khí và được lắp vào phần cuối của đầu dò Bên trong có chứa dd hh NaCl và muối tan của ion ứng với khí cần phân tích Ví dụ: Đầu dò CO2 chứa dd NaCl + NaHCO3 điện cực so sánh Ag/AgCl và điện cực chỉ thị đối với khí cần đo.

99


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các loại điện cực thông dụng trong pp đo thế (tt):  Điện cực enzyme (biosensor)  Cấu tạo: là đầu dò khí, trong đó màng xốp polymer được bẫy/cố định các enzyme xúc tác chọn lọc cho phản ứng chuyển hóa phân tử sinh học cần phân tích thành các khí (như NH3, CO2, H2O2, ...). Nồng độ khí sinh ra được đo được bằng đầu dò khí này. Ví dụ: Đầu dò urea có màng polymer cố định urease xúc tác cho phản ứng phân hủy urea thành NH3

Sự thay đổi nồng độ NH3 ở dd bên trong  thế điện cực

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Ứng dụng của phương pháp đo thế  Phương pháp trực tiếp (phép đo ion): Đo thế điện cực chỉ thị đối với ion cần xác định  nồng độ ion này. Ví dụ: Đo pH; đo nồng độ ion bằng điện cực ISE, … (Cách định lượng: dùng pp đường chuẩn hay pp thêm)  Phương pháp chuẩn độ điện thế:

Đo sự biến thiên của thế điện cực chỉ thị đối với ion phân tích X theo thể tích VR của dung dịch chuẩn R thêm vào trong quá trình chuẩn độ: aX + bR  cP + dQ Từ đồ thị E = f (VR)  xác định ĐTĐ của quá trình chuẩn độ

100


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ

Chuẩn độ điện thế

Các cách xác định điểm tương đương trong phương pháp chuẩn độ điện thế

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ  Các trường hợp chuẩn độ điện thế Phép chuẩn độ -

Đại lượng

Phản ứng chuẩn độ

biến thiên

Chuẩn độ acid-baz : H+ + OH-

E = f (V EDTA)

- Điện cực chọn lọc đối với M n+ - Điện cực vạn năng Hg/HgY2 –

E = f (VAgNO3)

Kh1 + Ox2

- Điện cực chọn lọc đối với Ag+ hay X-

AgX

Chuẩn độ oxy hóa – khử : Ox1 + Kh2

- Điện cực đo pH tổ hợp

MY(n-4) + 2 H+

Chuẩn độ kết tủa : Ag+ + X-

pH = f (Vacid / baz)

H2 O

Chuẩn độ complexon : Mn+ + H2Y 2 -

Các điện cực sử dụng

E = f (VOx1 hay Kh2)

- Điện cực oxy hóa - khử tổ hợp : Pt/Ox1,Red1 hay Pt/Ox2, Red2

101


PHƯƠNG PHÁP ĐO THẾ 

Ưu điểm so với pp với phương pháp chuân độ cổ điển: Độ chính xác cao (sai số 0,1% với E = 0,01 mV) Độ nhạy cao (10–5 – 10–6 M) Chọn lọc, nhanh Cho phép chuẩn hỗn hợp ion (chuẩn độ phân đoạn) Có thể phân tích các dung dịch có màu sẫm Có thể chuẩn độ trong môi trường không nước Quá trình chuẩn độ tự động hóa (máy chuẩn độ đo thế tự động)

 Nhược điểm: 

Cần thời gian ổn định thế trong quá trình đo

Cần đo nhiều lần để kiểm tra sự lặp lại của kết quả

 Ứng dụng: pt mẫu môi trường, thực phẩm, dược phẩm, y học,…

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE (Voltammetry)

102


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Nguyên tắc chung: dựa vào việc nghiên cứu đường cong phân cực: I = f(E) biểu diễn quan hệ giữa điện thế và cường độ dòng khi điện phân dung dịch nghiên cứu với các điện cực làm việc đặc biệt: Vi điện cực (catod hay anod): là điện cực làm việc, có diện tích bề mặt nhỏ hơn nhiều lần so với diện tích bề mặt của cực kia. Phương pháp cực phổ: là pp volt– ampere sử dụng vi điện cực là điện cực giọt Hg rơi (DME) do Heyrovsky nghiên cứu (1920: Nobel 1959)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Phương pháp cực phổ (Polarography)  Sự hình thành sóng cực phổ:

Hg đi qua mao quản (di = 0,03 mm) và chảy ra dưới tác dụng của trọng lực (3– 4

5

giây/giọt). Điện thế đặt vào hai điện 6

1

cực có thể điều chỉnh nhờ biến trở 6.

2

4 3

Anod (lóp Hg ở đáy bình điện phân) có Sbm lớn hơn nhiều so với catod nên quá

Sơ đồ thiết bị phân tích cực phổ Nguồn điện; 2. Bình điện phân; 3. Anod (lớp Hg); 4. Catod (điện cực giọt Hg); 5. Điện kế; 6. Biến trở

trình điện cực chủ yếu xảy ra trên catod giọt Hg

103


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Sự hình thành sóng cực phổ (t) Xét quá trình điện phân dd chứa cation Mn+ trong thiết bị cực phổ. Điện phân bằng nguồn 1 chiều có thế biến thiên tuyến tính theo thời gian ( pp volt-ampere dòng một chiều). E là hiệu điện thế giữa 2 cực; φA : thế anốt, φK: thế catốt, R: điện trở toàn mạch; I : cường độ dòng. Ta có: E = φA – φK + IR I thường rất bé (10-5 – 10-7A), R rất nhỏ nên: IR  0 Vì anod có bề mặt rất lớn, mật độ dòng rất nhỏ nên: φA  const Do đó : E = - φK  Quá trình tăng dần thế áp vào bình điện phân được gọi là quá trình phân cực catod.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Khi điện thế chưa đạt đến giá trị để xảy ra phản ứng khử ion Mn+ : xuất hiện dòng rất bé gần như nằm ngang (đoạn AB) gọi là dòng dư Ir (Ir  10-7A ) Ir = Ic + If

(Ic : dòng tụ; If: dòng Faraday)

 Tiếp tục tăng thế khí đạt đế thế khử của Mn+ thì: Mn+ + ne = M(Hg)

 Nồng độ của kim loại ở lớp sát điện cực giảm  chênh lệch giữa CO (nồng độ ở sâu trong dd) và CS (nồng độ ở sát điện cực) tăng  dòng khuếch tán:

I = KM (C0 – CS) Càng tăng thế  Sự khuếch tán tăng  cường độ dòng tăng (đoạn BC).  Khi tăng thế đến một giá trị nào đó thì: vkt = vkhử  CS = 0  I = KM Co Do dòng rất nhỏ (~10-5A) nên: CO  const  sau đó dù tăng điện thế thì Ik  const (đoạn CD). Dòng này gọi là dòng khuếch tán giới hạn: Id = f (CO) Đường cong ABCD gọi là sóng cực phổ.

Sóng cực phổ

104


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE 

Nguyên tắc định tính và định lượng bằng phương pháp cực phổ:

Định tính:

(với:

)

Khi: I = ½ Id thì: E = E1/2

E1/2: thế bán sóng (chỉ phụ thuộc: bản chất ion nghiên cứu, bản chất điện cực, lực ion trong dung dịch và nhiệt độ)  Nhận biết ion bằng E1/2 Định lượng: dựa vào phương trình Ilkovich: Id, tb = 605.n.D1/2.m2/3.t1/6C0 n: số e tham gia phản ứng khử ở điện cực; D: hệ số khuếch tán (cm2 .s-1) m: lượng Hg chảy ra từ mao quản trong 1 giây (mg.s-1) t: thời gian tạo giọt Hg (s); C0: nồng độ ion kim loại (mmol/l)

Nếu D, m, t = const thì: Id = K.C0

(với: K = 605.n.D1/2.m2/3.t1/6 = const)

 Định lượng ion M (pp so sánh, đường chuẩn, thêm chuẩn)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE + Lưu ý:  Thực tế dòng giới hạn gồm 2 thành phần:  Dòng khuếch tán Ikt phụ thuộc vào vận tốc khuếch tán (chênh lệch nồng độ).  Dòng vận chuyển Ivc do tác dụng của điện trường (catốt hút điện tích dương là ion dương).  Phương trình Ilkovich chỉ đúng khi không còn dòng vận chuyển, tức dòng giới hạn Id chỉ hoàn toàn do hiện tượng khuếch tán (Id = Ikt)  Để loại bỏ dòng vận chuyển: thêm vào dd những chất điện li trơ với nồng độ tương đối lớn (như KCl, Na2SO4, NH4Cl…và các chất tạo phức, dung dịch đệm...)  các ion K+, Na+… tạo thành “tường chắn” điện trường tác dụng lên các cation kim loại Những chất này gọi là “chất nền cực phổ”

105


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Các yếu tố ảnh hưởng đến dạng sóng cực phổ: Nhiều khi sóng cực phổ bị biến dạng do xuất hiện các “cực đại”:

I

 Cực đại loại 1: xuất hiện trong một khoảng thế hẹp.

b

Nguyên nhân: do chuyển động bề mặt của giọt Hg làm tăng cường độ dòng khuếch tán  Cực đại loại 2: xuất hiện và kéo dài trong một khoảng thế khá rộng

a E Các cực đại trên sóng cực phổ

Nguyên nhân: do sự khử O2 hòa tan trong mt axit hay kiềm tạo ra 2 sóng.

a: Cực đại loại 1 b: Cực đại loại 2

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Các yếu tố ảnh hưởng đến dạng sóng cực phổ (tt)  Cách khử cực đại cực phổ:  Khử cực đại loại 1: thêm 1 lượng rất nhỏ các chất hoạt động bề mặt như gelatin, agar… Khử cực đại loại 2:  Loại bỏ O2 hòa tan: sục khí trơ (N2, H2, Ar) không có O2 qua dung dịch một thời gian.  Trong môi trường kiềm: thêm tinh thể Na2SO3 tinh khiết vào dd.

106


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Ưu, nhược điểm của phương pháp cực phổ cổ điển:

 Ưu điểm: - Thiết bị dễ chế tạo - Kim loại tạo thành sau khi bị khử hòa tan trong Hg tạo thành hỗn hống, còn giọt Hg được tạo ra và rơi theo chu kỳ nên bề mặt catod liên tục được làm sạch Miền thế làm việc rộng (nếu dùng điện cực so sánh là SCE): + 0,3 V đến -1V trong môi trường acid; + 0,3 V đến -2 V trong môi trường baz - Quá thế hydro trên điện cực Hg lớn hơn nhiều so với thế phóng điện của nhiều cation kim loại. Do đó, có thể ứng dụng để xác định nhiều cation kim loại.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Ưu, nhược điểm của phương pháp cực phổ cổ điển (tt)  Nhược điểm: - Độc - Chỉ làm việc trong miền thế dương hơn + 0,3 V, do đó không xác định được các cation khó bị khử. - Sự tạo giọt Hg theo chu kỳ gây ra hiện tượng “răng cưa” của sóng cực phổ ở đoạn cuối CD  việc xác định dòng giới hạn kém chính xác  khó định lượng các ion có nồng độ thấp ( tức làm giảm độ nhạy của phương pháp phân tích)

Dòng khuếch tán răng cưa do sự tạo giọt Hg theo chu kỳ

Dòng khuếch tán thực tế trong phương pháp cực phổ

107


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE  Các kỹ thuật volt-ampere cải tiến  Cải tiến điện cực : Sử dụng hệ 3 điện cực:  Điện cực làm việc (working electrode)  Điện cực so sánh (reference electrode):  Điện cực phụ trợ (auxiliary electrode): thường là sợi dây Pt (đo dòng tạo ra giữa điện cực làm việc và điện cực phụ trợ)  Điện cực giọt Hg treo (HMDE)  Điện cực giọt Hg tĩnh (SMDE)  Điện cực màng Hg: màng mỏng Hg phủ trên bề mặt điện cực rắn (C, Pt, Au)  Điện cực rắn (Pt, Au, Ag, C) để có thể sử dụng trong khoảng thế âm và dương (so với điện cực SCE) để mở rộng khoảng có thể phân tích (Hg không thể ứng dụng được).  Cải tiến kỹ thuật đo, kỹ thuật phân cực: Kỹ thuật cực phổ dòng xoay chiều; Kỹ thuật cực phổ xung (Pulse Polarography): Kỹ thuật volt-ampere thủy động (Hydrodynamic Voltammetry); Kỹ thuật volt-ampere hòa tan (Stripping Voltammetry); Kỹ thuật voltampere quét thế tuần hoàn (Cycle Voltammetry); Kỹ thuật chuẩn độ ampere (Amperometry)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE

a) Sóng cực phổ

a) Cực phổ đồ tích phân

b) Cực phổ đồ vi phân

108


PHƯƠNG PHÁP VOLT-AMPERE

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1/ Hoàng Thị Huệ An (2016), Bài giảng “Phương pháp phân tích công cụ”, ĐH Nha Trang 2/ Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi (2007), Cơ sở Hóa học Phân tích, (Tập 2,3), NXB Khoa học – Kỹ thuật, Hà Nội

TIẾNG ANH 1/ David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw – Hill 2/ Francis Rouessac, Annick Rouessac (2007), Chemical Analysis: ModernInstrumentation Methods and Techniques (2nd-Edition), Wiley 3/ Skoog, West (2013), Fundamentals of Analytical Chemistry (9th - Edtion), F..James Holler, Stanley R. Crouch

109


Bài giảng phương pháp phân tích hiện đại - Trần Thị Huệ An