Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu SPE & SPME

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

D

ạy K

èm

Q

- Sử dụng phương pháp chiết pha rắn (SPE) để phân tích hàm lượng thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và các sản phẩm phân hủy của nó, trong đất và bề mặt nước

G

oo gl

e.

co

m /+

- Sử dụng phương pháp vi chiết pha rắn (SPME) để xác định thuốc diệt cỏ có trong mẫu lấy từ môi trường

1

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

MỤC LỤC I. Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu: ...................................................... 4 1. Xác định vết các nguyên tố (các tạp chất vi lượng) ................................................ 4 2. Phương pháp kết tủa các hợp chất ít tan và sự cộng kết: ...................................... 5

uy N hơ n

3. Các phương pháp tách điện hóa:............................................................................. 7 4. Phương pháp chiết: .................................................................................................. 8 A. Phương pháp chiết lỏng lỏng (LLE): [43] ........................................................... 11 B. Phương pháp chiết pha rắn (SPE): [43,44,45] .................................................... 11

èm

Q

5. Phương pháp chưng cất các hợp chất bay hơi: .................................................... 11 6. Các phương pháp phân tích sắc ký: ...................................................................... 12

ạy K

7. Phương pháp nóng chảy vùng (kết tinh lại vùng): ............................................... 13

m /+

D

II. Ứng dụng của phương pháp solid-phase microextraction (SPME) trong việc xác định thuốc diệt cỏ trong những mẫu môi trường: ................................................. 15

e.

co

1. Sử dụng phương pháp chiết pha rắn (SPE) để phân tích hàm lượng thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và các sản phẩm phân hủy của nó, trong đất và bề mặt nước: [36]

oo gl

a. Chất hấp thụ: ....................................................................................................... 16 c.

G

b. Cột chiết rắn: ....................................................................................................... 18 Đĩa chiết pha:....................................................................................................... 21

d. Vi chiết pha rắn (SPME): .................................................................................... 22 e.

Chiết miễn dịch: ................................................................................................... 23

f.

Polymer đóng dấu phân tử (MIP):....................................................................... 23

g. Kết luận: ............................................................................................................... 24 2. Sử dụng phương pháp vi chiết pha rắn (SPME) để xác định thuốc diệt cỏ có trong mẫu lấy từ môi trường: [22] ............................................................................... 25 a. Giới thiệu: ............................................................................................................ 25 2

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

b. Pha polymer ổn định:........................................................................................... 25 c.

Tối ưu hóa SPME:................................................................................................ 27

d. Ứng dụng trong phân tích:................................................................................... 27

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Tài liệu tham khảo: ............................................................................................................ 37

3

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

I. Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu: 1. Xác định vết các nguyên tố (các tạp chất vi lượng) Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp hiện đại và các ngành kỹ thuật mới, cần những vật liệu có độ tinh khiết cao, các phương pháp xác định vết các nguyên tố (các chất vi lượng) càng có ý nghĩa lớn. Vì vậy, các yêu cầu về độ chính xác và độ nhạy của các phương pháp được dùng để phân tích các chất đặc biệt tinh khiết ngày càng tăng lên.

èm

Q

uy N hơ n

Kỹ thuật của các phương pháp công cụ hiện đại cho phép phát hiện hoặc xác định những lượng nhỏ của các chất. Ví dụ, bằng buồng Wilson và máy đếm Gauge-Mule, có thể phát hiện được khoảng 10-10 g của một chất. Phương pháp khối phổ kế cho ta khả năng xác định 10-8, 10-6 g tạp chất. Bằng các phương pháp động học, có thể phát hiện được 10-19 mol trong 1 ml dung dịch, hoặc phát hiện được 60000 phân tử, còn trong trường hợp sử dụng kỹ thuật phân tích siêu vi lượng, có thể xác định được những lượng chất nhỏ hơn nữa.

Khoảng nồng độ (%) 10-5 – 10-4 4 x 10-7 – 10-4 10-6 – 10-5 10-6 – 10-5 10-8 – 10-6 10-9 – 10-8

Ví dụ Với B – 10-5 Al – 10-6 Ca – 10-6 Ca – 10-6 In – 10-6 Au – 10-9

G

oo gl

e.

co

m /+

Phương pháp Phương pháp phổ phát xạ Phương pháp đo màu, so màu Quang phổ ngọn lửa phân tích huỳnh quang Cực phổ phân tích kích hoạt

D

ạy K

Khoảng nồng độ của các vi chất (được biểu thị dưới dạng %) được xác định bằng các phương pháp khác nhau là:

Để xác định các tạp chất và các lượng nhỏ, người ta rất hay dùng những phương pháp khác nhau để tách và làm giàu những lượng vết của các nguyên tố cần xác định. Để thực hiện điều đó, người ta sử dụng các phương pháp sau: -

Kết tủa các hợp chất khó tan và cộng kết; Tách bằng điện hóa; Chiết; Cất các chất dễ bay hơi; Tách bằng sắc ký;

4

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

- Nóng chảy vùng (kết tinh lại vùng); - Sự tuyển nổi và các phương pháp khác.

Trong hóa học phân tích , các phương pháp chiết, tách và làm giàu lượng vết các yếu tố có ý nghĩa cực kỳ quan trọng. Các phương pháp này giữ vai trò quan trọng như vậy, trước hết là vì các phương pháp phân tích hiện có bị hạn chế bởi độ nhạy và tính chọn lọc; khi phân tích các kim loại, các hợp kim, các vật liệu bán dẫn, các loại quặng, thuốc thử hóa học bằng các phương pháp phân tích hóa lý, độ nhạy và tính chọn lọc bị giảm đi do ảnh hưởng của chất có thành phần chủ yếu.

uy N hơ n

Sự kết hợp phương pháp làm giàu với các phương pháp phân tích vật lý (ví dụ như kết hợp phương pháp chiết bằng các dung môi hữu cơ với các phương pháp quang phổ phát xạ, phổ quang ngọn lửa, quang phổ hấp thụ nguyên tử, trắc quang và các phương pháp khác) đã mở ra khả năng xác định các vết nguyên tố trực tiếp trong hữu cơ, tránh được giai đoạn tách trước các nguyên tố cần xác định ra khỏi phần chiết.

ạy K

èm

Q

Sự kết hợp các phương pháp làm giàu các lượng vết của các tạp chất với các phương pháp xác định hóa lý (như cực phổ, trắc quang, v. v…) đã làm tăng độ nhạy của các phương pháp đó lên rất nhiều, còn việc sử dụng sự tạo phức cho phép nâng cao tính chọn lọc của các phương pháp.

oo gl

e.

Kết tủa hòa tan; Chiết giải chiết; Hấp phụ giải hấp phụ; Chưng cất ngưng tụ; v. v…

Phương pháp kết tủa các hợp chất ít tan và sự cộng kết:

G

2.

co

m /+

D

Sự tách và làm giàu các nguyên tố hóa học và các hợp chất của chúng dựa trên sự làm chuyển dịch cân bằng hóa học động về phía dự định. Cơ chế làm chuyển dịch cân bằng được sử dụng, ví dụ như, đối với các phản ứng:

Trong phân tích hóa học, sự kết tủa các hợp chất khó tan được ứng dụng: a) Để tách các hợp phần khác nhau của các hỗn hợp phức tạp; b) Để phát hiện các cation và các anion; c) Để định lượng các hợp phần của một chất riêng biệt hoặc hỗn hợp các chất.

5

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

► Các chất kết tủa: các hợp chất hóa học đa dạng được sử dụng để làm chất kết tủa nhằm phân chia và tách các cấu tử riêng biệt ra khỏi hỗn hợp phân tích . Trong đó, các chất thường được dùng nhất là:

uy N hơ n

- Hydrogen sulfide, dùng để kết tủa các ion của các nhóm phân tích V, IV và một phần nhóm III dưới dạng sulfide và dùng để phân hủy các anion AsO33-, AsO43-, VO3-, MoO42-, WO42-, … tại những pH xác định; - Dung dịch nước của ammonium, dùng để kết tủa các cation của beryllium, ferrum (III), aluminium, thallium, gallium, indium, niobium, tantalum, uranium, các nguyên tố đất hiếm, v. v…, các phosphate kim loại kiềm và ammonium; - Sodium acetate; - Các kiềm ăn da; - Ammonium thiosulfate; v. v…

èm

Q

► Các chất kết tủa hữu cơ: được sử dụng rất rộng rãi trong phân tích định lượng.

Chúng được dùng để điều chế dung dịch chuẩn (để chuẩn độ), làm các chất chỉ thị, các chất che, chất kết tủa, v. v…

D

ạy K

► Ưu điểm của các chất kết tủa hữu cơ: Các chất kết tủa hữu cơ có một loạt ưu điểm so với các chất kết tủa vô cơ thông thường như:

G

oo gl

e.

co

m /+

- Khi dùng các chất kết tủa hữu cơ, có thể kết tủa và phân tách các nguyên tố khác nhau từ những hỗn hợp rất phức tạp.

- Các kết tủa thu được bằng cách dùng các chất kết tủa hữu cơ dễ lọc và rửa, nhờ đó, ta dễ dàng rửa các tạp chất có trong dung dịch phân tích khối kết tủa.

- Các kết tủa thu được khi dùng các chất kết tủa hữu cơ cho tác dụng với các cation hoặc anion có phân tử lượng lớn. Do đó, độ chính xác của phép phân tích được tăng lên.

- Trong thành phần các kết tủa là các hợp chất hữu có có các cấu tử hữu cơ thường chứa ít tạp chất được kết tủa theo. ► Ứng dụng các chất kết tủa hữu cơ trong phân tích định lượng: trong phân tích định lượng, để kết tủa và tách nhiều cation, người ta dùng dithizone, cupferron, pyridine, 8-oxyquinoline, dùng phenylarsonic acid làm chất kết tủa có độ chọn lọc cao đối với niobium và tantalum, diethyl dithiophosphoric acid và các đồng đẳng của nó để kết tủa và tách một loạt nguyên tố, 6- hoặc 8-methylquinoline để kết tủa wolfram; 1-8 amino naphthalene sulfonate của magnesium để kết tủa ion sodium khi có mặt ion kalium và nhiều ion khác.

6

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

Thực nghiệm chứng tỏ rằng, bằng cách thay đổi pH của dung dịch, thường có thể tiến hành được sự kết tủa lần lượt và tách được nhiều cation khác nhau bằng cùng một chất kết tủa hữu cơ. Ví dụ: từ dung dịch cupferron acid (acid mạnh) chỉ kết tủa được các ion của niobium, tantalium, titanium, zirconium, vanadium, iron (III), tin và cho phép tách chúng khỏi các ion không kết tủa trong điều kiện đó là aluminum, chromium, uranium (VI), beryllium, manganese, nickel, cobalt, zinc, phosphorus và boron.

Khi dùng độ tan của một số kết tủa thu được bằng các chất kết tủa hữu cơ trong các dung môi hữu cơ, có thể chiết được chúng.

uy N hơ n

► Phương pháp cộng kết: nhìn chung có các ưu điểm sau: đơn giản, hiệu quả cao, nền mẫu phân tích được chuyển từ phức tạp sang đơn giản hơn. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp là mất rất nhiều thời gian, nên cũng ít được sử dụng hơn so với các phương pháp khác.

ạy K

3. Các phương pháp tách điện hóa:

èm

Q

► Kết hợp với sự cộng kết để làm giàu các nguyên tố. Dùng cả chất cộng kết vô cơ và hữu cơ, đây là một trong các phương pháp hiệu nghiệm dùng để làm giàu các nguyên tố.

co

m /+

D

Các phương pháp tách điện hóa dựa trên việc tách chất cần xác định trên điện cực trơ dưới dạng nguyên tố hoặc kết tủa không tan khi cho một dòng điện một chiều đi qua dung dịch phân tịch.

oo gl

e.

Các phương pháp này rất phổ biến khi dùng để tách các hợp chất của đa số các nguyên tố hóa học, vì chúng không đòi hỏi phải đưa các chất lạ vào dung dịch phân tích .

G

Khi dùng các phương pháp kết tủa điện hóa khác nhau với việc sử dụng các cực platin hoặc các cực khác, cùng với catod thủy ngân và dùng phương pháp nội điện phân, có thể tách được các cation aluminium, titanium, zirconium, vanadium, uranium khỏi các cation chromium, iron, cobalt, nickel, zinc, cophương pháper, silver, cadung môiium, germanium, molybdenum, tin, bismuth và các nguyên tố khác. Cũng có thể tách các tạp chất khỏi các cấu tử chính khi phân tích các kim loại màu, các hợp kim của chúng và v. v…

Có thể tách được các hỗn hợp phức tạp gồm các ion khác nhau, có khả năng bị kết tủa điện bằng cách chọn chất điện ly thích hợp hoặc tiến hành điện phân có sự điều chỉnh tự động thế điện cực để sự kết tủa điện xảy ra.

7

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

► Kết tủa trên catod thủy ngân: là một dạng tách điện phân đặc biệt. Trong phương pháp này, dưới tác dụng của dòng điện, các kim loại bị tách ra trên thủy ngân và tạo thành hỗn hống. Do đó, sự kết tủa và tách nhiều kim loại xảy ra rất nhanh và định lượng. Một số kim loại không kết tủa được trên catod rắn, như iron, nhưng lại kết tủa trên catod thủy ngân. Tuy vậy, một loạt nguyên tố, như aluminium, không bị kết tủa trên catod thủy ngân.

Dùng catod thủy ngân có thể tách được: Aluminium khỏi ferrum, zinc và cophương pháper; Titanium khỏi indium, rhenium, molybdenum, germanium; Vanadium khỏi molybdenum; Các hợp chất của phosphorus và arsenic khỏi tất cả các nguyên tố tách được ra trên catod thủy ngân (iron, zinc, cobalt, chromium, silver, cophương pháper, cadung môiium, mercury, tin, platinum, gold…)

uy N hơ n

-

ạy K

èm

Q

Các phương pháp điện hóa không chỉ được dùng để tách và kết tủa các nguyên tố mà còn để làm giàu chất cần xác định.

oo gl

e.

co

m /+

D

Sự làm giàu theo loại này được thực hiện theo phương pháp cực phổ hỗn hống.

Bản chất của phương pháp này như sau: bằng cách điện phân trong thời gian nào đó ở thế ứng với dòng giới hạn, nguyên tố cần xác định được làm giàu dưới dạng hỗn hống từ dung dịch loãng lên cực giọt thủy ngân (được dùng với vai trò vi điện cực). Sau đó ghi đường cong hòa tan hỗn hống khi biến thiên điện áp tuyến tính với thời gian. Khi đó, trên cực phổ để xuất hiện các peak anod, vị trí của chúng về phương diện thế đặc trưng cho bản chất của chất, chiều cao của peak đặc trưng cho nồng độ.

G

► Sự kết hợp phương pháp làm giàu điện hóa các nguyên tố cần xác định trên giọt thủy ngân tĩnh với sự phân cực tiếp theo hỗn hống đã thu được làm độ nhạy của phương pháp được nâng lên vài bậc so với phương pháp cực phổ thông thường. Điều này có ý nghĩa thực tiễn lớn đối với việc phân tích các kim loại đặc biệt tinh khiết, các thuốc thử hóa học và các vật liệu bán dẫn.

4. Phương pháp chiết: Phương pháp chiết dựa trên sự rút chất bằng các dung môi hữu cơ. Điều kiện chủ yếu để tách được chất cần phân tích bằng phương pháp chiết là độ tan của chất được chiết rút trong dung môi hữu cơ.

8

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

Trong thực tiễn phân tích , chất được chiết thường được tạo thành do phản ứng xảy ra trong môi trường nước, trong đó các ion cần xác định tương tác với các thuốc thử, mà chủ yếu là thuốc thử hữu cơ. Trong trường hợp này, dung môi hữu cơ phải không được trộn lẫn với nước. Phương pháp chiết cho phép ta tách được những lượng chất rất nhỏ từ những lượng rất lớn các sản phẩm đem phân tích .

uy N hơ n

Chiết bằng các dung môi hữu cơ được ứng dụng rất rộng rãi, không những chỉ để tách mà còn để làm giàu các nguyên tố. Hợp chất của các nguyên tố cần làm giàu được chiết bằng các dung môi hữu cơ; đôi khi sự làm giàu bằng cách chiết được thực hiện bằng cách chiết các hợp chất của nguyên tố chính, còn các tạp chất lạ được giữ lại trong lớp nước.

m /+

D

ạy K

èm

Q

Trong nhiều trường hợp, sự làm giàu tạp chất bằng phương pháp chiết có nhiều ưu điểm nổi bật hơn so với các phương pháp làm giàu khác. Chẳng hạn, khi so sánh độ nhạy của phương pháp chiết với phương pháp cộng kết, thì phương pháp chiết nhạy hơn. Đáng chú ý là sự kết hợp phương pháp chiết với các phương pháp xác định tiếp theo (như: phương pháp quang phổ, phóng xạ, cực phổ…) Trong số các phương pháp kết hợp đó, phương pháp phân tích chiết – trắc quang là phương pháp có ý nghĩa nhất, vì có độ nhạy và tính chọn lọc cao. Trong các phương pháp trên, quá trình thu đượcdung dịchmàu được kết hợp đồng thời với quá trình chiết, tách chất cần xác định, do đó quá trình xác định cũng không phức tạp.

e.

oo gl

- Hệ lỏng – lỏng; - Hệ lỏng – rắn.

co

Trong hóa phân tích , người ta chia các hệ chiết thành:

G

► Làm giàu bằng chiết: Người ta sử dụng một số phương pháp làm giàu dùng các dung môi hữu cơ, như sau: a) Chiết chu kỳ, trong quá trình này, chất cần chiết được chiết bằng cách lắc với chất dùng để chiết trong một phễu chia độ. Khi đó, mức độ chiết Rn bằng:

Ở đây: Vn và VH2O – thể tích của lớp hữu cơ và lớp nước, K – hệ số phân bố, n – số lần chiết.

9

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

Ý nghĩa vật lý của phương trình: Việc chiết nhiều lần, mỗi lần bằng những lượng nhỏ dung môi tốt hơn chiết 1 – 2 lần bằng lượng dung môi lớn hơn. Mức độ chiết được tăng lên cùng với số lần chiết n khi dùng cùng một thể tích dung môi cho trước. b) Chiết liên tục được thực hiện trong những thiết bị đặc biệt; c) Chiết ngược dòng.

Ngoài ra, còn một vài phương pháp khác.

Q

uy N hơ n

► Ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau đến sự tách: Việc tách hỗn hợp hương phá phân tích và sự làm giàu các tạp chất vi lượng bằng phương pháp chiết chỉ có kết quả khi thực hiện nghiêm ngặt các điều kiện xác định khi chiết. Trong số đó, các yếu tố có ảnh hưởng nhiều đến kết quả của việc chiết là pH của môi trường, thành phần muối của dung dịch, sự tạo phức, bậc oxy hóa của các nguyên tố cần tách, nhiệt độ, v. v… Để kiểm tra độ hoàn toàn của sự tách, người ta dùng các phương pháp hóa học, quang phổ và phóng xạ.

co

m /+

D

ạy K

èm

► So sánh phương pháp chiết, tách và làm giàu với các phương pháp khác: Chiết là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong thực tiễn phân tích . Ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp chiết là: cho phép ta không chỉ tách được các lượng vết của các nguyên tố đi kèm theo khỏi chất chính mà còn tách được chất chính khỏi các lượng vết. Nhờ vậy, ta sử dụng có hiệu quả hơn các phương pháp quang phổ phát xạ, quang phổ hấp thụ nguyên tử, cực phổ để phân tích các chất được làm giàu chứa các nguyên tố tạp chất.

G

oo gl

e.

Một trong những phương pháp tách và làm giàu khác – phương pháp cộng kết – thường không thể giải quyết triệt để các yêu cầu đề ra, vì có sự làm bẩn kết tủa bởi các tạp chất có hại, hoặc vì tốc độ kết tủa rất chậm. Trong trường hợp đó, chiết là phương pháp không thể thay thế được. Trong nhiều trường hợp, khi kết hợp với các phương pháp làm giàu và tách khác (như sắc ký, chưng cất…), phương pháp chiết còn cho nhiều kết quả tốt hơn nữa.

Trong số những ưu điểm của phương pháp chiết, phải kể đến tính vạn năng, độ chọn lọc cao, sự nhanh chóng và đơn giản khi tiến hành và kết hợp phương pháp này với các phương pháp hóa học, hóa lý và vật lý để xác định các nguyên tố, thì chiết là phương pháp nổi bật và được ứng dụng phổ biến nhất. ► Các phương pháp chiết thường dùng: bao gồm LLE (chiết lỏng – lỏng), SPE (chiết pha rắn), và SPME (vi chiết pha rắn).

10

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

•

G

•

oo gl

e.

co

m /+

D

•

ạy K

èm

Q

•

uy N hơ n

•

A. Phương pháp chiết lỏng lỏng (LLE): [43] Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi được tạo thành ở dạng phức liên hợp hay ion phức vòng không mang điện tích giữa hai pha không trộn lẫn, thường là các dung môi hữu cơ và nước.

Một số hệ chiết thường dùng: o Chiết lượng vết các ion kim loại nặng (Cu, Pb, Cr, Cd, Fe, Zn, Ni, Mn, Co) từ nước biển vào dung môi methyl isobutyl ketone (MIBK) với thuốc thử tạo phức APDC, sau đó xác định nguyên tố này bằng phép đo F – AAS. o Tạo phức chelate với NaDDC (sodium diethyl dithiocarbamate) từ dung dịch đêm ammonium citrate ở pH = 9.5, dung môi chiết là MIBK. B. Phương pháp chiết pha rắn (SPE): [43,44,45] Chiết pha rắn là quá trình phân bố chất tan giữa hai pha lỏng – rắn. Pha rắn có thể là hạt silicagen xốp, các polymer hữu cơ hoặc các loại nhựa trao đổi ion hay than hoạt tính. Quá trình chiết có thể thực hiện ở điều kiện tĩnh hay động. Các chất bị giữ lại trên pha rắn có thể được tách ra bằng cách rửa giải với dung môi thích hợp.

Thông thường, thể tích cần thiết để rửa giải hoàn toàn chất phân tích luôn nhỏ hơn rất nhiều so với thể tích của dung dịch mẫu ban đầu, vì thế, mẫu cần được làm giàu.

Về cơ bản, cơ chế chiết SPE giống với cơ chế tách trong phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), bao gồm 3 cơ chế chính, đó là: cơ chế hấp phụ pha thường, cơ chế hấp phụ pha đảo và cơ chế trao đổi ion. Tuy nhiên, SPE khác với HPLC ở chỗ: trong HPLC, sự tách chất phân tích ra khỏi nhau trong hệ dòng chảy liên tục của pha động, còn SPE giữ chất phân tích lại trên pha rắn sau đó rửa giải chất phân tích ra khỏi pha rắn với dung môi phù hợp. Các chất phân tích sẽ được tách khỏi dung dịch ban đầu với nồng độ đậm đặc hơn và tinh khiết hơn.

Kỹ thuật chiết này có các ưu nhược điểm chính sau đây: o Có tính chọn lọc cao đối với một nhóm hợp chất phân tích; o Cân bằng chiết nhanh đạt được và có tính thuận nghịch; o Thích hợp cho mẫu lượng nhỏ và phân tích lượng vết các chất; o Thao tác đơn giản và nhanh hơn các kỹ thuật chiết khác; o Trong quá trình chiết luôn có cả sự làm giàu chất phân tích.

Vì vậy, phương pháp này được sử dụng phổ biến trong phân tích, đặc biệt là phân tích hàm lượng các chất vi lượng độc hại trong môi trường.

5. Phương pháp chưng cất các hợp chất bay hơi:

11

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong trường hợp mà hợp phần cần xác định của hỗn hợp phân tích có thể bị chưng cất khi đun nóng. Người ta đun nóng hỗn hợp phân tích và thu hoặc hấp thụ hợp phần bay hơi đã được cất.

Phương pháp chưng cất được dùng để tách: a) b) c) d) e)

Boron dưới dạng ester dễ bay hơi của boric acid, ví dụ B(OCH3)3; Arsenic dưới dạng AsCl3; Germanium dưới dạng GeCl4; Iron dưới dạng FeCl3; Mercury dưới dạng Hg; v. v…

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Phương pháp chưng cất cũng được sử dụng khi xác định vanadium, wolfram, molybdenum, tin, antimony, iodine, fluorine, osmium, sulfur, selenium, tellurium, silicon và một số nguyên tố khác.

6. Các phương pháp phân tích sắc ký:

12

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

Các phương pháp phân tích sắc ký được sử dụng rộng rãi trong phân tích định lượng để tách và làm giàu các cấu tử riêng biệt của các hỗn hợp phức tạp của các chất vô cơ và hữu cơ. Các cấu tử đã tách được xác định bằng các phương pháp hóa học thông thường, các phương pháp phân tích vật lý hoặc hóa lý. Trong phân tích định lượng, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để tách các hợp phần của các chất phân tích là phương pháp sắc ký trao đổi ion: Tách các cation khỏi một số anion; Tách các cation; Tách các anion; Tách tạp chất và điều chế các dung dịch tinh khiết hóa học; Xác định nồng độ tổng của các chất điện ly có trong dung dịch; Làm giàu các loại ion của chất vi tạp chất từ các dung dịch…

Phương pháp nóng chảy vùng (kết tinh lại vùng):

uy N hơ n

a) b) c) d) e) f) 7.

ạy K

èm

Q

Là một trong các phương pháp tách và làm sạch các chất ở mức độ cao được sử dụng trong hóa phân tích. Phương pháp nóng chảy vùng, hoặc tính chế vùng (kết tinh lại vùng) là một ô vật lý tinh thể dùng để tinh luyện các kim loại, các vật liệu bán dẫn, các hợp chất vô cơ và hữu cơ.

e.

co

m /+

D

Phương pháp dựa trên sự nóng chảy một phần nhỏ (vùng) của chất cần tinh chế và chuyển vùng đã nóng chảy dọc theo một thanh tải. Khi đó, trên một bề mặt phân chia thành hai lớp rắn và lỏng, được gọi là mặt kết tinh, xảy ra sự kết tinh chất, còn trên mặt khác, gọi là mặt nóng chảy phần mới của vật liệu, người ta cho chảy liên tiếp một số vùng nóng chảy.

G

oo gl

Như vậy, sự làm sạch xảy ra được là do sự phân bố các chất giữa các pha rắn và pha lỏng tiếp xúc với nhau, độ tan của các tạp chất trong đó khác nhau: trên bề mặt này chất tinh khiết được kết tinh, trong khi trên bề mặt khác, tạp chất được tích tụ, các tạp chất đó được di chuyển bởi các vùng chảy theo hướng chuyển động của chúng hoặc theo hướng ngược lại tùy thuộc vào hệ số phân bố K. Hệ số phân bố là thước đo sự phân bố của các chất và được biểu thị bằng tỷ số nồng độ của tạp chất trong pha rắn và pha lỏng.

- Khi K < 1: tạp chất được làm giàu trong vùng chảy và do kết quả của việc nóng chảy nhiều lần, tạp chất được chuyển về cuối thanh.

13

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

- Khi K > 1: tạp chất được làm giàu trong pha rắn và di chuyển theo hướng ngược lại về phía đầu thanh.

Tốc độ di chuyển của các vùng, theo quy luật, không vượt quá 1 – 2 mm/phút. Có thể đạt được sự làm sạch cao độ bằng cách cho di chuyển nhiều lần các vùng theo cùng một phía. Chất được làm sạch được tách khỏi không khí của khí quyển. Các vùng nóng chảy được tạo nên do sự chuyển dộng của chất cần làm sạch hoặc bằng dụng cụ đốt nóng (dòng cao tần, đèn khí, tia điện).

uy N hơ n

Phương pháp nóng chảy vùng có khả năng thu được các chất đặc biệt tinh khiết, chỉ chứa 10-7 – 10-9 % tạp chất.

8. Phương pháp tuyển nổi:

m /+

D

ạy K

èm

Q

Phương pháp tuyển nổi là phương pháp tách chất dựa trên việc sử dụng sự khác nhau của các tính chất hóa lý thuộc các phần tử trong cấu tử. Ví dụ, các hạt sulfide các kim loại kỵ nước, không bị thấm nước, do đó nếu cho vào nước quặng đã được nghiền nhỏ thì các phần tử quặng silica thấm nước, có tỷ trọng lớn, sẽ bị chìm, còn các phần tử sulfide kim loại đã được nghiền nhỏ không bị thấm nước nên không chìm. Nếu ta làm sủi bọt hỗn hợp cần tách bằng một luồng không khí hoặc bằng một phương pháp khác, thì các phần tử của huyền phù quặng đã được tuyển bị lôi cuốn bởi bọt và được tích tụ lên mặt nước tạo thành bọt quặng. Sự tuyển nổi xảy ra khi trộn hỗn hợp các chất rắn đã được nghiền nhỏ không chỉ với nước mà còn với các loại dầu, các loại thuốc thử đặc biệt…

G

oo gl

e.

co

Phương pháp tuyển nổi mở ra khả năng làm giàu các hợp chất có chứa các nguyên tố khác nhau bằng cách tách các tạp chất kèm theo chúng. Phương pháp tuyển nổi có tính chọn lọc, cho phép ta không chỉ tách những hợp chất cần lấy ra khỏi đá mà còn có khả năng tách tốt các hợp chất riêng biệt. Bằng phương pháp tuyển nổi, người ta tách được các loại khoáng riêng biệt ra khỏi quạng đa kim, làm giàu được các loại tinh quặng của wolfram, tin, titanium và các kim loại khác, tách các loại quặng sulfide, lead oxyt, zinc, cophương pháper, molybdenum, v. v… khỏi nhau. Phương pháp tuyển nổi ngày càng có ý nghĩa lớn trong việc tách các muối hữu cơ và các hợp chất hữu cơ.

Các chất tuyển nổi: Để làm thay đổi tính chất hóa lý bề mặt các phần tử quặng, người ta dùng các chất vô cơ và hữu cơ đặc biệt – các chất tuyển nổi, như các acid hữu cơ và các muối của chúng, các xanthogenate tan trong nước, các dithiophosphate… Bằng các chất tuyển nổi, người ta tách được các khoáng liệu và các muối đa dạng nhất thường khôn tách được bằng các phương pháp thông thường.

14

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

II. Ứng dụng của phương pháp solid-phase microextraction (SPME) trong việc xác định thuốc diệt cỏ trong những mẫu môi trường: 1. Sử dụng phương pháp chiết pha rắn (SPE) để phân tích hàm lượng thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và các sản phẩm phân hủy của nó, trong đất và bề mặt nước: [36]

uy N hơ n

Sự chuẩn bị mẫu cho kỹ thuật chiết pha rắn lần đầu tiên được giới thiệu vào giữa những năm 70 [23]. Nó được thương mại hóa vào năm 1978, thay thế cho kỹ thuật chiết lỏng – lỏng LLE [24]. Cột chiết pha rắn và đĩa chiết pha rắn giờ đây được cung ứng bởi nhiều nhà cung cấp và được dùng rộng rãi trong hóa học.

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

Trong quá trình chiết pha rắn thông thường, chất lỏng được đưa qua chất hấp thụ được nén trong lọ thủy tinh hoặc được nhồi trong cột chiết bằng nhựa P.P hoặc được nén ở dạng đĩa. Kết quả là chất phân tích được giữ lại trên chất hấp thụ. Chất hấp thụ sau đó được rửa (giải hấp) với 1 lượng nhỏ dung môi để cắt đứt mối liên kết giữa chất phân tích và chất hấp thụ. Phương pháp chiết pha rắn được lựa chọn dựa trên sự đánh giá thuốc trừ sâu về nồng độ và lượng nước được sử dụng cho quá trình giải hấp [25]. Việc sử dụng dung môi của quá trình chiết pha rắn khi sử dụng đĩa chiết là 90%, ít hơn khi dùng kỹ thuật chiết lỏng – lỏng, và lên đến 20%, ít hơn khi dùng cột chiết pha rắn. Hơn nữa, việc chiết pha rắn khi sử dụng đĩa chiết còn loại trừ được các vấn đề mà khi sử dụng cột chiết không giải quyết được [26]. Đó là việc sử dụng dung môi với lưu lượng khác nhau trong quá trình hấp thụ/giải hấp. Và theo nghiên cứu, việc dùng đĩa chiết với đường kính lớn có thể bù trừ cho sự khác nhau này. Thật ra, lượng dung môi được dùng đối với đĩa chiết có thể tương đường hay thậm chí còn cao hơn đối với cột chiết, tất cả chỉ phụ thuộc vào khối lượng hạt dùng làm chất hấp thụ được nhồi trong cột chiết và đường kính của đĩa chiết do các hạt hấp thụ nén lại. Đối với phương pháp quy chuẩn, phí áp dụng kỹ thuật cột chiết pha rắn cho mỗi mẫu được dự đoán là rẻ hơn phí khi áp dụng đĩa chiết pha rắn và LLE lần lượt là 30 và 50%. [25]. Tỉ lệ này có thể cao hơn nếu chiết với số lượng lớn.

Methanol thường được dùng để hoạt hóa cột C18 và tạo ra hàng loạt chuỗi kỵ nước làm tăng tính hiệu quả của diện tích bề mặt và loại trừ sự nhiễm bẩn gây ra bởi Benzylsulphonic acid [27,28]. Mẫu nước cũng được tăng cường tối thiểu 1% methanol để tiếp tục làm ướt pha tĩnh. Điều này có thể cải thiện tỉ lệ hoàn lưu đối với lượng lớn thuốc trừ sâu, bao gồm cả triazine. Ngược lại, đối với những sản phẩm phân hủy, là những sản phẩm thường phân cực nhiều hơn hợp chất ban đầu tạo ra nó, có lẽ không được giữ lại làm chất đại diện cho sự hoạt hóa hữu hiệu [29]. Gần đây sự phát triển phong phú chất

15

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

hấp thụ mới cho Kỹ thuật chiết pha rắn đòi hỏi không cần điều kiện chiết tách trước [30].

Sự ứng dụng vật liệu này, vật liệu mà tiết kiệm thời gian và thiết thực hơn cho việc chiết tách ngoài công trường, được mong đợi sẽ được ứng dụng vào nước ngầm trong thời gian tới.

uy N hơ n

Nước ngầm và nước mặt thường phải được qua lọc trước khi chiết tách thuốc trừ sâu bằng kỹ thuật chiết pha rắn. Việc lọc trước khi chiết thông qua màng lọc Teflon có kích thước lỗ 0.45 µm được khuyến cáo khi sử dụng cột chiết C8 [31] hoặc đĩa chiết Empore [32]. Việc lọc trước khi chiết sẽ không ảnh hưởng đến việc xác định Triazine và các sản phẩm thoái biến của chúng, kể từ khi những hợp chất này có logarit của hệ số phân bố gần bằng 2, đồng nghĩa với việc chúng phân bố 99.5 % trong nước [33,34].

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

Bảng 3 diễn tả phần lớn kỹ thuật SPE và SPME, được dùng cho việc xác định đa dư lượng của thuốc trừ sâu, bao gồm Triazine và những sản phẩm thoái biến của chúng, kể cả trong nước ngầm và nước mặt.

a. Chất hấp thụ: Sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất phân tích được chia làm 3 loại: không cực, có cực, và ion. Chất hấp thụ không cực thường được lựa chọn việc chiết tách triazine từ nước. Ngược lại, các sản phẩm phân hủy, có chứa những nhóm chức phân cực như -OH, 16

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

C=O, -NH2, và -C-SH, cần những chất hấp thụ phân cực. Những chất hấp thụ phân cực có khuynh hướng tạo liên kết hydro bền. Việc chất hấp thụ phân cực giữ được những hợp chất phân cực được thực thi hóa bằng dung môi không phân cực. Chất phân tích hình thành cation (ion mang điện tích dương) bao gồm nhóm –NH2 , chất phân tích hình thành anion (ion mang điện tích dương) bao gồm –COOH, -SO3H, PO43-. Việc xảy ra tương tác ion thì chất hấp thụ mang ion âm sẽ kết hợp với ion dương còn lại, và chất hấp thụ mang ion dương sẽ kết hợp với ion âm còn lại. Để việc lưu giữ được tối ưu, giá trị pH của hỗn hợp phải là 2 thấp hơn hằng số phân li của cation và bằng 2 cao hơn hằng số phân li của anion [35].

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các chủng loại chất hấp thụ được dùng trong kỹ thuật chiết pha rắn để chiết tách triazine và những sản phẩm phân hủy của chúng trong nước. Và sử dụng rộng rãi nhất trong liên kết hóa học giữa C8 và C18 với SiO2, C đen và nhựa polymer (ví dụ như PLRP-S). Những hợp chất phân cực nhất, ví dụ như DIA, DEA, HA và metribuzin, cần những chất hấp thụ có lưu lượng rất thấp, ngoại trừ vật liệu carbon, và 1 vài nhóm mạch thẳng styrene-divinylbenzene (Envi-Chrom P). Trong vài năm trở lại đây, nhựa polymer biến đổi hóa học với nhóm chức phân cực đã phát triển và được ứng dụng trong chiết pha rắn áp dụng cho các hợp chất này, và thể tích của những chất hấp thụ cao hơn hẳn những hợp chất phân cực nhất với những tín hiệu không đổi. Những vật liệu chứa nhóm mạch thẳng styrene-divinylbenzene mới, như LiChrolut EN, Styrosob and Macronet Hypersol, Isolute ENV và HYSphere-1 đã được đưa vào sử dụng. Những chất hấp thụ này có độ liên kết giữa các mạch cao và vì vậy, việc mở cấu trúc (đối với những vật liệu độ xốp cao) sẽ làm tăng diện tích bề mặt và cho phép xảy ra tương tác π-π giữa chất phân tích và chất hấp thụ. Điều này có nghĩa, khi những chất hấp thụ mạch thẳng được dùng thì lưu lượng thể tích dùng sẽ cao hơn. Ba chất hấp thụ cho phép việc hồi lưu atrazine và simazine (80 - 86%) trong nước là như nhau.

G

Chất hấp thụ N – Alkyl silica thì thường thích hợp trong việc chiết tách đa dư lượng đối với những chất phân tích có hệ số phân bố lớn hơn 103. Sự ứng dụng đối với N – Alkyl silica được cải thiện bằng việc tăng tương tác kỵ nước và sử dụng diện tích bề mặt silica cao. Tuy nhiên, như thế vẫn chưa đủ để giữ lại các hợp chất phân cực như polymer SDB đã làm.

Phương pháp đa dư lượng dựa trên hình thức chiết pha rắn off-line với GC-MS, LC-UV-DAD and LC-MS được ưu tiên phát triển ở Châu Âu trong việc điểu khiển thuốc trừ sâu. Những chất hấp thụ khác đã được kiểm tra: Isolut C18, LiChrolut, Envi 18, SDB, OASIS, Envichrom and Envi-carb. Những chất hấp thụ như SDB, OASIS, Envichrom

17

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

and Envi-carb xuất hiện như là 1 điều hứa hẹn cho việc chiết tách các hợp chất phân cực, bao gồm cả triazine và các sản phẩm phân hủy của chúng.

uy N hơ n

Knutsson et al. [37] đã tiến hành trên kỹ thuật chiết qua màng lọc nước hỗ trợ; và điều này được xem là sự lựa chọn tốt hơn việc dùng kỹ thuật chiết pha rắn sử dụng cột chiết C18. Trong vấn đề màng lọc nước hỗ trợ có bao gồm luôn màng teflon được phủ đầybằng dung môi không hoà tan vào nước. Có hai kênh, kênh cho (mẫu) và kênh nhận (chất hấp thụ), chúng được hình thành ở một trong hai bên của màng lọc, để cho chất phân tích thấm qua. Chất nhân mang tính acid được áp dụng cho propazine và simazine, chất có hằng số phân ly thấp [37], nhưng phương pháp vẫn cần phải được cải tiến liên tục. Mặc dù kỹ thuật SLM có thể chiết các hợp chất phân cực, nhưng dù sao nó được giới hạn trong việc hình thành những loại ion hoá.

Q

Những tính năng của các loại chất hấp thụ được dùng trong kỹ thuật SPE cho việc xác định đa dư lương của thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và các sản phâm phân hủy, trong nước ngầm và nước mặt được miêu tả trong bảng 3.

èm

b. Cột chiết rắn:

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

Cột chiết pha rắn được ứng dụng với nhiều loại kích cơ, với lưu lượng từ thấp hơn 1 mL đến hơn 50 mL. Khi lưa chọn kích thước tối ưu cho cột chiết, yếu tố cần quan tâm là khả năng giữ lại tất cả chất phân tích trong mẫu, lưu lương mẫu, và thể tích nước dùng để làm sạch mẫu sau khi rửa giải. Tổng quát, khối lượng của chất phân tích và những hợp chất gây ảnh hưởng được giữ lại bởi chất hâp thụ sẽ phải nhỏ hơn 5% khối lượng chất hấp thụ. Theo quy tắc, thể tích giải hấp phải bằng 2 – 5 lần đơn vị thể tích cơ sở của cột chiết pha rắn [35]. Thể tích này có thể cao hơn, tuy nhiên, phụ thuôc vào tính chất của thuốc trừ sâu được chọn, bản chất của chất hấp thụ, loại chất giải hấp, và kỹ thuât phân tích đã được sử dụng.

Việc chiết pha rắn sử dụng cột chiết cho việc xác định đa dư lượng của thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và những sản phẩm phân hủy, có trong nước ngâm và nước mặt, sẽ được miêu tả trong bảng 3.

18

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

19

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

20

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

ạy K

c. Đĩa chiết pha:

G

oo gl

e.

co

m /+

D

Dạng khác của cột chiết pha là đĩa chiết trong đó chất hấp thụ (ở dạng polymer hay là silica) được nén thành dạng lưới teflon hoăc sợi thủy tinh. Đĩa chiết dạng sợi thủy tinh sẽ dày hơn, cứng hơn, sẽ cung cấp dòng chảy cao hơn là khi dùng màng teflon, và sẽ tốt hơn nếu đĩa chiết được ghép vào nhau thành một khối thống nhất. Những phần tử hấp thụ được nén lại thành dạng đĩa sẽ nhỏ hơn dạng cột chiết (đường kính 8 µm so với 40 µm).Đường hấp thụ mẫu ngắn và kích thước cấu tử nhỏ cho phép việc giữ lại chất phân tích hữu hiệu hơn với dòng chảy cao đi qua chất hấp thụ, có thể so sánh với cột chiết. Đĩa chiết được dùng để làm giảm thời gian phân tích đối với lưu lương mẫu lớn cần phân tích. Đĩa chiết có nhiều đường kính khác nhau (4.6 mm, 47 mm, 93 mm), với lưu lượng lớn cho phép tốc độ dòng chảy nhanh hơn. 47 mm là đường kính đĩa chiết thường dùng, vì nó phù hơp với các phương pháp tiêu chuẩn (thể tích mẫu nước 0.5 – 11). Đĩa chiết có đường kính nhỏ (4.6 mm) sẽ dùng kết hợp trực tiếp với hệ thống LC [38].

Barcelo et al. [38] cho thấy việc hoàn lưu của đĩa chiết dạng Empore C18 (1 – 41) đối với lượng lớn thuốc trừ sâu sẽ cao hơn, bao gồm atrazine, simazine, và cyanazine: 80 – 125%, nhưng sản phẩm phân hủy (DEA và DIA): 3 – 17%. Đĩa chiết nếu so với cột chiết khi dùng chung cùng một vật liệu sẽ có dòng chảy cao hơn do không có chất cho, chất nhân và lưu lượng chuyển sẽ nhanh hơn được cung cấp bởi kích thước của những

21

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

cấu tử nhôm [38]. Viana et al. [39] đã chứng minh rằng đĩa chiết C8 sẽ hoàn lưu atrazine, prometryn và propazine cao hơn viêc dùng đĩa chiết C18, cụ thể (87 – 93%) so với (66 – 67%). Pichon et al. [40] đã thực hiện phương pháp đa dư lượng bằng việc sử dụng đĩa chiết ghép kết hợp với LC và Baker Speedisk DVB đối với những hợp chất phân cực và đĩa Silica C18 cho những hợp chất không phân cực. Việc thực hiện trên 1 L mẫu với khoảng cho phép DLs từ 0.01 đến 0.05 µg/L. d. Vi chiết pha rắn (SPME):

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Vi chiết pha rắn (SPME) lần đầu tiên được các nhà nghiên cứu đưa vào phân tích vào năm 1989. Kỹ thuật gồm có 2 bước: Bước 1, hấp thụ chất phân tích từ hỗn hợp chất lỏng bằng cách ngâm sợi SPME vào trong hỗn hợp, bước 2, giải hấp chất phân tích từ lớp polymer, được mang đi từ dòng khí được thổi từ vòi nóng GC. Kỹ thuật SPME dễ dàng kết hợp với sắc ký khí và sắc ký lỏng bằng cách sử dụng thiết bị đặc biệt. Vòi phun nóng có rẽ nhánh/không rẽ nhánh, vòi phun đươc lập trình có vách ngăn (SPI) hay cột sắc ký khí có cổng phía trên cột có thể được sử dụng cho việc giải hấp nhiệt của chất phân tích từ sợi SPME. Việc sử dụng vòi phun GC trong giải hấp nhiệt của kỹ thuật SPME chỉ dành cho những hợp chất bên nhiệt. Ngược lại, những chất phân tích không bền nhiệt có thể được phân tích bởi SPME-LC hay SPME-GC (việc chiết tách sẽ diễn ra sau khi các dẫn xuất trong chất lỏng đươc thực thi). Nhưng chủng loại sợi SPME có mặt trên thị trường đều đang được sử dụng cho việc xác định các hợp chất khác nhau: 100 µm polydimethylsiloxane (PDMS), 30 µm PDMS, 7 µm PDMS, 65 µm Carbowaxdivinylbenzene (CW-DVB), 85 µm polyacylate (PA), 65 µm PDMS-DVB, và 75 µm Carboxen-polydimethylsiloxane (CX-PDMS). PDMS, có liên quan đến không phân cực, được sử dụng thường xuyên. Đối với triazine, tuy nhiên, lớp phủ polyacylate 85 µm thích hợp hơn khi nó là sợi ưa nước [162]. Với kỹ thuật này, DL có thể thấp có 0.1 µg/L (giới hạn được thiết lập bởi EU chỉ dành cho thuốc trừ sâu có trong nước uống) nếu được kết hợp với vòi phun GC dùng dòng khí nitrogen-phosphorus. SPME là kỹ thuật chiết tách cân bằng hơn là kỹ thuật chiết tách đầy đủ, vì nó không thể hoàn nguyên 100% chất phân tích có trong mẫu và nó cũng không phản ánh lại toàn bộ quá trình chiết. Việc hợp thức hoá phương pháp có lẽ vì kết quả được so sánh với kết quả dùng kỹ thuât chiết tách tham khảo trên cùng môt mẫu, cùng một chất phân tích. Nhưng sư thay thế và thêm chuẩn vào cần để điều khiển hiệu suất của hỗn hợp.

Trong đánh giá việc sử dụng sợi CW-DVB 65 µm kết hợp với SPME-GC-NPD, đã nói lên rằng sợi này nhạy với 12 thuốc trừ sâu, bao gồm atrazine, prometon, và terbutryn.

PDMS-DVB, CW-DVB và PA thì thích hợp với những chất phân cực, thuốc diệt cỏ có

22

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

chứa nitrogen. Việc thử nghiệm trong nội bộ phòng LAB, bao gồm việc phân tích triazine và những sản phẩm phân hủy đã chứng minh tính hợp lệ của phương pháp SPME khi sử dụng sợi CW-DVB kết hợp với việc thêm NaCl và kết nối với hệ thống GC. Kết quả đạt được với những phương pháp này chứng minh rằng SPME là phương pháp thích hợp cho việc phân tích một số thuốc trừ sâu. Nhưng việc sử dụng kỹ thuật này lại bị giới hạn trong việc chiết tách những thuốc trừ sâu phân cực do loại sợi dùng phân tích.

uy N hơ n

Sự cải tiến được thực hiện trong quá trình cải thiện kỹ thuật SPME. Giao diên LCSPME được cải thiện, và pha mới được dựa trên sự hấp thụ rắn-lỏng (CW-DVB và PDMS-DVB) được phát triển vài năm trở lại đây trong việc phân tích hợp chất bằng LC. Viêc thay đổi, làm mới phụ kiện của hệ thống LC, được gọi là SPME trong ống, gần đây cũng đươc phát triển. Kỹ thuật phun khí và phun mẫu trong kim tiêm ở vị trí phun, khi đó giải hấp cho dung môi khí trong tình trạng bị tác động. Trở lại hình thức tư vấn đến vòi phun để chuyển chất phân tích vào cột phân tích.

Q

e. Chiết miễn dịch:

co

m /+

D

ạy K

èm

Kỹ thuật chiết miễn dịch bao gồm việc sử dụng cột chiết SPE được làm đầy bằng các vật liệu kháng thể, được liên kết với những chất hấp thụ nền Silica. Những loại vật liệu này, được gọi là miễn nhiễm ái lực với những chất hấp thụ, được sử dụng để chiết triazine từ mẫu nước [130]. Chúng được làm rõ đối với từng hợp chất riêng; vì vậy, DIA không hồi lưu được những chất hấp thụ miễn dịch với sự kháng atrazine, trong khi đó HA và prometon không hồi lưu được những chất hấp thụ miễn dịch với sự kháng simazine.

G

oo gl

e.

Việc so sánh giữa chất hấp thụ miễn dịch với sự kháng atrazine và chất hấp thụ PLRP-S trong việc chiết triazine từ sông Seine (50 mL) bằng việc sử dụng kỹ thuật SPE đã chứng minh rằng chất hấp thụ miễn dịch có tính chọn lọc và hiệu suất cao. Thời gian gần đây, Dalluge et al. [41] đã báo cáo về việc sử dụng phối hợp trực tiếp kỹ thuật chiết pha rắn dựa trên những loại vật liệu miễn nhiễm ái lực với những chất hấp thụ và sắc ký khí cho việc xác định s-triazine có trong mẫu nước. Những chất hấp thụ được mong đợi là xử lý tốt đối với mọi loại thuốc trừ sâu. Điều này sẽ cho phép việc chiết tách một vài hợp chất phân cực từ nước do sự tiếp xúc giữa kháng nguyên – kháng thể không còn dựa trên quá trình kỵ nước. f. Polymer đóng dấu phân tử (MIP): Nội dung của kỹ thuật này được truyền cảm hứng bởi học thuyết hình thành kháng thể Pauling, trong đó kháng nguyên được dùng như là một mẫu để hỗ trợ trong việc sắp

23

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

xếp lại những chuỗi kháng thể polypeptide vì vậy kháng thể có cấu hình 3 chiều bổ sung cho phân tử kháng nguyên. Kỹ thuật đóng dấu phân tử được nổ lực thực hiện đầu tiên vào năm 1949 bằng cách đóng dấu thuốc nhuộm lên silicagel. Tuy nhiên, vẫn chưa thành công cho đến nửa đầu những năm 70 việc đóng dấu thành công lên polymer hữu cơ tổng hợp. Kỹ thuật MIP đã trở nên phổ biến không ngừng những năm trở lại đây. Nó đã được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau như hệ dẫn truyền thuốc, trong thuốc enantioseparation, và như vật liệu dùng để chiết pha rắn trong lĩnh vực chiết hydroxycoumarin, có tiềm năng là phương pháp chiết có tính chọn lọc. Nó được mong đợi là có lợi cho việc chiết tách và làm sạch các loại thuốc trừ sâu phân cực từ hỗn hợp không đồng nhất. Ứng dụng phân tích trên triazine đã được tiến hành, bằng cách sử dụng hệ thống off-line. Bằng cách kết hợp trực tiếp cột MIP-SPE với cột C18, Bjarnason et al.

[42] đã phân biệt triazine từ axit humic, đạt được nhân tố làm giàu lên đến 100 với sự hoàn nguyên là 74 – 77%. Lanza và Sellergren [177] đã kiểm tra monomer 6 chức bằng MIP – methacrylic acid (MAA), methyl methacrylate (NMA), hydroxyethyl methacrylate (HEMA), N-vinyl-a-pyrrolidone (NVP), (trifluoromethyl)acrylic acid (TFM), và 4vinylpyridine – và phát hiện ra rằng MAA thích hợp cho việc chiêt tách chlorotriazine hơn.

m /+

D

Việc tối ưu hóa MIP có thể dẫn đầu trong việc phân biệt hỗn hợp các chất và cho phép việc chiết tách một vài cấu tử phân cực từ nước như tương tác giữa polymer – phân tử không cần dựa trên quá trình kỵ nước.

co

g. Kết luận:

G

oo gl

e.

Việc sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu dẫn đến việc ô nhiễm nguồn đất và nước mặt. Do đó, nhiều phương pháp đa tủa đã được phát triển để xác định hàm lượng thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và những sản phẩm phân hủy của nó, trong các nền. Kỹ thuật SPE đã được chứng minh là kỹ thuật tách các hợp chất này trong nước tốt nhất. Ưu điểm của nó là: nhanh chóng, chính xác, tốn ít dung môi, dễ dàng đưa vào thực địa, và không tốn nguyên liệu. Việc phân tích thuốc trừ sâu, nhờ đó, trở nên dễ dàng hơn. Hiện nay, có nhiều chất hấp thụ có sẵn trong hộp hoặc ổ đĩa, bao gồm các chất không phân cực, phân cực, các ion, các chất miễn dịch và MIP. Những phương pháp tự động hóa sử dụng kỹ thuật SPE kết hợp với nhiều chất hấp thụ khác nhau hiện đang được sử dụng khá rộng rãi, dẫn đến việc khối lượng mẫu nhỏ (chỉ vài mL) và DLs thấp (ng/L). Với việc sử dụng SPE, một lượng lớn các thuốc trừ sâu, bao gồm triazine và các sản phẩm phân hủy của nó, được xác định hàm lượng một cách dễ dàng và hiệu quả hơn, với lượng mẫu nước ít hơn và dùng dung môi ít độc hơn.

24

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

2. Sử dụng phương pháp vi chiết pha rắn (SPME) để xác định thuốc diệt cỏ có trong mẫu lấy từ môi trường: [22] LLE–GC hay SPME–GC hay sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là những phương pháp phân tích truyền thống dùng để phân tích hàm lượng thuốc diệt cỏ có trong môi trường. Phương pháp phân tích vi chiết pha rắn (SPME) không cần dung môi, nhanh chóng, nhạy và thích hợp để phân tích hàm lượng thuốc diệt cỏ, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại môi trường. a. Giới thiệu:

Q

uy N hơ n

LLE và SPE là những phương pháp truyền thống được sử dụng trong phân tích hàm lượng thuốc diệt cỏ trong các mẫu môi trường. Phương pháp LLE cần một lượng lớn dung môi và thời gian chuẩn bị mẫu dài. Ngược lại, SPE cần lượng dung môi ít hơn và thời gian chuẩn bị mẫu cũng ngắn hơn so với LLE. Những hạn chế của LLE và SPE được giảm thiểu đáng kể trong SPME.

m /+

D

ạy K

èm

SPME được báo cáo đầu tiên bởi Pawliszyn và đồng sự năm 1990 [1,2]. Đó là phương pháp gồm hai giai đoạn thuận lợi cho cả việc chiết và tiền cô đặc nền mẫu. Trong giai đoạn một, sợi silica nóng chảy được phủ ngoài bởi một pha polymer ổn định sẽ được tiếp xúc với nền mẫu tại vùng cần phân tích giữa nền và pha polymer ổn định nói trên. Ở giai đoạn hai, sợi/chất phân tích được đưa vào dụng cụ phân tích để giải hấp, tách và định lượng.

G

oo gl

e.

co

Việc ứng dụng phương pháp SPME để phân tích dư lượng thuốc diệt cỏ được báo cáo đầu tiên vào năm 1995 bởi Boyd-Boland và Pawliszyn [3] để xác định đồng thời các chất diệt cỏ có chứa nitrogen trong các mẫu đất, nước và rượu. Từ 1995, phương pháp SPME được sử dụng để phân tích 81 hợp chất từ 15 họ thuốc diệt cỏ trong nhiều loại nền môi trường (đất và nước) và nền sinh học (máu, nước tiểu và huyết thanh).

Những ưu điểm vượt trội của SPME so với các phương pháp phân tích truyền thống dùng để phân tích dư lượng thuốc diệt cỏ khác là: SPME nhanh chóng, đơn giản, không cần dung môi, dễ dàng tự động hóa cho cả thiết bị GC và HPLC, cho phổ tuyến tính cao và độ nhạy cao. b. Pha polymer ổn định: Độ dày của pha polymer và pha hỗn hợp trong thương mại được liệt kê trong bảng 1.

25

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

26

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

c. Tối ưu hóa SPME: Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của SPME và chúng được đánh giá khi tiến hành phát triển phương pháp. Vi chiết pha rắn được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh các thông số ảnh hưởng đến chất hấp thụ và giải hấp. Các thông số chính ảnh hưởng đến chất hấp thụ trong pha ổn định là loại sợi, thời gian chiết, lực ion, độ pH, nhiệt độ, thể tích mẫu, và sự khuấy trộn. Đối với phương pháp SPME-GC, chất giải hấp là hàm số của thời gian và nhiệt độ. Trong khi đó, loại dung môi và thể tích hay thời gian là rất quan trọng trong các chế độ SPME-HPLC.

uy N hơ n

d. Ứng dụng trong phân tích: A. Các mẫu đất:

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

Từ năm 1995, nồng độ trong đất của 21 hợp chất từ 5 họ thuốc diệt cỏ khác nhau đã được xác định dựa vào kỹ thuật SPME (bảng 2). Có 3 phương pháp xác định cơ bản: Một là, sử dụng hệ huyền phù đất/nước mà được lấy mẫu bằng cả phương pháp DI- lẫn HS-SPME [3,13,16,19]. Hai, Zambonin et al. đã sử dụng phương pháp tương tự [10], trong đó huyền phù đất/nước được ly tâm, và nồng độ thuốc diệt cỏ trong pha nước được xác định bởi DI-SPME. Ba, các tài liệu đã chỉ ra rằng DI-SPME của phần hữu cơ loãng thu được bằng cách chiết lỏng – rắn thông thường là phương pháp phân tích đất SPME đáng tin cậy nhất [18,20].

27

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

28

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

B. Các mẫu nước:

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

Nhiều phương pháp SPME đã được phát triển để xác định dư lượng thuốc diệt cỏ trong các mẫu nước. Cho đến nay, đã có 36 bài báo khoa học mô tả lại định lượng của 81 hợp chất từ 14 họ thuốc diệt cỏ khác nhau (Bảng 3). Đã có nhiều báo cáo về việc chiết tách thuốc diệt cỏ từ nhiều mẫu nước khác nhau bao gồm dung dịch nước ngầm, nước trên bề mặt, nước cất, nước Milli-Q, nước từ lớp tuyết trên cùng tan ra, lõi băng, rượu, nước cam ép, và nước máy. Dùng phương pháp SPME, có thể xác định đồng thời các thuốc diệt cỏ phenylurea [5], triazine [4,10,11], phenoxy [8,21], carbamate [6], và dinitroaniline [7]. Tương tự, các phương pháp mô tả lại sự phát hiện cùng lúc các hợp chất từ nhiều họ thuốc diệt cỏ khác nhau cũng đã được báo cáo [3,12-17].

29

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

30

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

31

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

32

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

33

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

34

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

35

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

36

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

Tài liệu tham khảo: [1] R. G. Berladi, J. Pawliszyn, Water Pollut. Res. J. Can. 24 (1989) 179.

[2] C. L. Arthur, J. Pawliszyn, Anal. Chem. 62 (1990) 2145.

[3] A.A. Boyd-Boland, J.B. Pawliszyn, J. Chromatogr. A 704 (1995) 163.

[4] I.J. Barnabas, J.R. Dean, I.A. Fowlis, S.P. Owen, J. Chromatogr. A 705 (1995) 305.

uy N hơ n

[5] A.C. Gerecke al et. J. Chromatogr. A 930 (2001) 9.

[6] Y. Gou, R. Eisert, J. Pawliszyn, J. Chromatogr. A 873 (2000) 137.

[7] F. Guan al et. J. Chromatogr. B 714 (1998) 205.

èm

Q

[8] M. Lee al et. Anal. Chem. 70 (1998) 1963.

ạy K

[9] T. Nilsson al et. J. Chromatogr. A 826 (1998) 211.

[10] C.G. Zambonin, F. Catucci, F. Palmisano, Analyst 123 (1998) 2825.

m /+

D

[11] C.G. Zambonin, F. Palmisano, J. Chromatogr. A 874 (2000) 247.

co

[12] C. Aguilar al et. J. Chromatogr. A 795 (1998) 105.

e.

[13] A.A. Boyd-Boland, S. Magdic, J.B. Pawliszyn, Analyst 121 (1996) 929.

oo gl

[14] J. Dugay, C. Miege, M.C. Hennion, J. Chromatogr. A 795 (1998) 27.

G

[15] D.A. Lambropoulou al et. J. Chromatogr. A 963 (2002) 107.

[16] M. Moder al et. Fresenius Anal. Chem. 363 (1999) 680.

[17] S.H. Salleh, Y. Saito, K. Jinno, Anal. Chim. Acta 418 (2000) 69.

[18] F. Hernandez al et. Anal. Chem. 72 (2000) 2313.

[19] A. Navalon, A. Prieto, L. Araujo, J.L. Vilchez, J. Chromatogr. A 946 (2002) 239.

[20] A. Navalon, A. Prieto, L. Araujo, J.L. Vilchez, Chromatographia 54 (2001) 377.

[21] T. Nilsson al et. J. Chromatogr. A 826 (1998) 211.

37

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

[22] L.J. Krutz, S.A. Senseman, A.S. Sciumbato, J. Chromatogr. A 999 (2003), 103-121.

[23] R.E. Majors, LC-GC 4 (1986) 972.

[24] L.M. Davi et al. Pestic. Sci. 25 (1992) 63.

[25] M.B. Riley, R.J. Keese, Weed Sci. 44 (1996) 689.

[26] B. Bryan, Today’s Chemist at Work 3 (1994) 39.

[27] I. Liska, J. Krupcik, P.A. Leclerq, J. High Resolut. Chromatogr. 12 (1989) 577.

uy N hơ n

[28] E. Bolygo, N.C. Atreya, Fresenius J. Anal. Chem. 339 (1991) 423.

[29] R. Reupert, E. Ploger, G. Brausen. HPLC Determination of 29 Controlled Herbicides in Water Supplies, Hewlett-Packard, Wilmington, DE (1990), Publ. No. 125952-2229.

èm

Q

[30] Varian Sample Preparation Products NEXUS (1999).

ạy K

[31] D.A. Hinkley, T.F. Bidleman, Environ. Sci. Technol. 23 (1993) 995.

[32] C. Markel, D.F. Hagen, V.A. Bunnelle, LC?GC Int. 4 (1991) 10.

m /+

D

[33] W.E. Pereira, C. Rostad, Environ. Sci. Technol. 24 (1990) 1400.

co

[34] T.T. Pham, et al. Can. J. Fish. Aqua. Sci. (2000) in press.

oo gl

e.

[35] N. Simpson, K.C. Van Horne (Eds.), Sorbent Extraction Technology Handbook, 2nd ed, Varian Sample Preparation, Harbor City, CA, 1993.

G

[36] Hassan Sabik, Roger Jeannot, Bernard Rondeau, J. Chromatogr. A (2000) 217-236.

[37] M. Knutsson, G. Nilve, L. Mathiasson, J.A. Jonson, J. Chromatogr. A 754 (1996) 197.

[38] D. Barcelo, G. Durand, V. Bouvot, M. Neilen, Environ. Sci. Technol. 27 (1993) 271.

[39] E.Viana, M.J. Redond, G. Font, J.C. Molto, J. Chromatogr. A 733 (1996) 267.

[40] V. Pichon, M. Charpak, M.C. Hennion, J. Chromatogr. A 795 (1998) 83.

[41] J. Dalluge, T. Hankemeier, R.J.J. Vreuls, U.A.Th. Brinkman, J. Chromatogr. A 830 (1999) 377.

38

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn Các phương pháp chiết, tách và làm giàu mẫu

[42] B. Bjarnason, L. Chimuka, O. Ramstrom, Anal. Chem. 71 (1999) 2152.

[43] Đỗ Quang Trung, Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn để tách, làm giàu và xác định lượng vết thủy ngân, asen trong nước (2002), luận án tiến sỹ hóa học, trường ĐH KHTN. [44] A. P. Kreskov, Cơ sở hóa học phân tích – tập 2 (1976), NXB ĐH và THCN Hà Nội (Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu dịch)

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

[45] Nguyễn Văn Ri, Bài giảng chuyên đề các phương pháp tách chất (2004), ĐH KHTN – ĐH QG Hà Nội.

39

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

---oOo---

Tp.HCM, ngày 19 tháng 12 năm 2013 1

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

MỤC LỤC 1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP SPME...................................................................... 3 2. THIẾT BỊ SPME......................................................................................................... 3 3. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN KỸ THUẬT SPME ........................................................ 5 4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TRONG SPME ......................................................... 8

uy N hơ n

a. Pha tĩnh .................................................................................................................... 8 b. Phương pháp tách chiết ........................................................................................... 8 Sự khuấy trộn (chỉ dành cho mẫu lỏng) ................................................................. 9

Q

c.

èm

d. Thể tích mẫu và thể tích vùng headspace ............................................................... 9 Nhiệt độ .................................................................................................................... 9

f.

Điều kiện giải hấp phụ ............................................................................................. 9

m /+

D

ạy K

e.

5. ƯU - NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP SPME ............................................. 10

e.

co

a. Ưu điểm .................................................................................................................. 10

oo gl

b. Nhược điểm ............................................................................................................ 10

G

6. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SPME............................................................ 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 18

2

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1. GIỚI THIỆU PHƯƠN G PHÁP SPME SPME có tên đầy đủ là Solid-Phase Microextration, còn gọi là phương pháp vi chiết pha rắn, là một kỹ thuật tách chiết, làm giàu, làm tăng nồng độ các chất phân tích mà không cần dùng bất cứ một dung môi trích ly nào. Nguyên lý tách của kỹ thuật này là do sự phân bố của các cấu tử phân tích giữa pha lỏng (hay pha khí) với một pha là lớp hấp phụ mỏng bằng polymer được phủ bên ngoài sợi silica của thiết bị SPME. Các cấu tử phân tích bám trên sợi silica thường sẽ được giải hấp trực tiếp vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký khí GC hoặc được rửa giải bằng dung môi thích hợp trong thiết bị sắc lý lỏng LC/HPLC.

uy N hơ n

Kỹ thuật SPME được phát minh bởi nhà khoa học Janusz Pawliszyn và đồng nghiệp vào năm 1990 khi tiến hành phân tích các hợp chất hóa học trong môi trường. Kỹ thuật này có thể sử dụng để phân tích các cấu tử rất đa dạng trong cả thể rắn, lỏng và khí. Đây là kỹ

Q

thuật dựa trên nguyên lý cân bằng giữa hai pha, và để phân tích định lượng chính xác thì

èm

quá trình tách cấu tử phân tích từ pha này sang pha khác phải được điều khiển vô cùng

ạy K

nghiêm ngặt. Mỗi cấu tử cần phân tích đểu có sự khác nhau về độ phân cực, độ bay hơi, hệ

m /+

tốc độ dịch chuyển khi khuấy trộn…

D

số phân bố trong pha nước và pha dầu, thể tích trong mẫu và trong không gian hơi trên mẫu, Quá trình thực hiện kỹ thuật SPME khá đơn giản, không cần sự hỗ trợ của các dung

co

môi hữu cơ và cũng không cần gia nhiệt mẫu nên sự hình thành các cấu tử thứ cấp không

oo gl

e.

mong muốn cũng giảm đáng kể.

2. THIẾT BỊ SPME

G

Hình 1.1 dưới đây mô tả thiết bị SPME được sản xuất bởi công ty Supelco. Ngày nay, người ta đã sản xuất các thiết bị có nguyên lý tương tự nhưng có thể tiến hành bơm mẫu tự động.

3

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

e.

Hình 1.1: Cấu tạo thiết bị SPME

oo gl

Thiết bị có dạng một ống tiêm, có piston gắn lò xo và một bộ phận chứa gọi là ống Barrel cho phép piston dịch chuyển, thay đổi vị trí trong quá trình tách cấu tử hay khi giải

G

hấp phụ. Trong ống Barrel có chứa một kim tiêm bằng thép không gỉ và bên trong kim tiêm là một ống cũng làm bằng thép không gỉ được gắn chặt với sợi chiết silica biến tính ngắn và mỏng (dài khoảng 1cm, đường kính ngoài khoảng 0.1mm) và có thể chịu được nhiệt độ cao.

Chức năng của kim tiêm là đâm xuyên qua vách ngăn giữa bộ phận chứa mẫu và bộ phận tiêm mẫu vào thiết bị sắc ký, đồng thời nó còn dùng để bảo vệ sợi silica không bị vỡ trong khi lưu giữ và sử dụng.

Sợi chiết được phủ bên ngoài bằng một lớp pha tĩnh. Pha tĩnh này chính là tác nhân hấp phụ để tách các cấu tử ra khỏi mẫu phân tích. Và thường là lớp polymer có bề dày xác

4

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

định, có thể là loại không phân cực như Polydimethyl Siloxane (PDMS) hay phân cực hơn như Carbowax, Polyacrylate (PA)… Người ta cũng có thể kết hợp các loại polymer với nhau như Carboxen, PDMS, Carbowax, polymer của divinylbenzene… để tạo ra các pha tĩnh có những đặc tính riêng dùng để tách các loại hợp chất khác nhau.

Hầu hết trong phân tích, người ta thường sử dụng PDMS có bề dày 100m. Nếu cần thiết phải đạt trạng thái cân bằng hấp phụ sớm hơn thì người ta có thể dùng pha tĩnh PDMS có bề dày nhỏ hơn như 30m, còn bề dày 7m thích hợp với những mẫu có chứa các cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao hoặc khi cần phải giải hấp phụ ở nhiệt độ cao trước khi đưa vào sắc

uy N hơ n

ký khí GC. Pha tĩnh có bề dày lớn hơn thích hợp với những hệ cần đạt cân bằng hấp phụ trong thời gian dài nhưng những sợi này sẽ nhạy hơn và hấp phụ được cả những cấu tử có khối lượng phân tử lớn.

ạy K

Kỹ thuật chiết SPME gồm hai bước:

èm

Q

3. CÁC BƯ Ớ C THỰ C HIỆN KỸ THUẬ T SPME

- Phân bố cấu tử phân tích giữa mẫu và sợ chiết.

m /+

D

- Cấu tử phân tích đã làm giàu được giải hấp phụ từ pha tĩnh của sợ chiết và chuyển và

G

oo gl

e.

co

thiết bị phân tích sắc ký (GC, LC, HPLC…).

Hình 1.2: Các bước tiến hành kỹ thuật SPME 5

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Để thực hiện quá trình chiết, mẫu khí hay lỏng hoặc mẫu rắn chứa cấu tử cần phân tích (với mẫu rắn, các cấu tử cần phải dễ bay hơi) được đặt trong lọ đóng kín bằng nút có vách ngăn. Trước khi tiến hành phân tích, sợi chiết phải được làm sạch bởi vì pha tĩnh có thể hấp phụ các chất trong không phí trước đó và sẽ tạo ra các peak lạ khi sắc ký.

Khi lấy mẫu, có hai cách là lấy trực tiếp (DI – direct immersion) và lấy gián tiếp qua không gian hơi phía trên mẫu (HS – headspace) - Nếu lấy mẫu trực tiếp, kim tiêm sẽ đâm xuyên qua vách ngăn. Sau đó, piston sẽ di chuyển đẩy sợi chiết lộ ra ngoài và tiếp xúc với mẫu khí hoặc được nhúng vào dung dịch

uy N hơ n

mẫu lỏng. Các cấu tử cần phân tích sẽ hấp phụ lên bề mặt pha tĩnh sợi chiết.

- Nếu lấy mẫu gián tiếp bằng nguyên lý headspace, sợi chiết được đẩy ra ngoài nhưng chỉ nẳm trong phần không gian phía trên mẫu lỏng hoặc rắn. Các cấu tử dễ bay hơi cần phân

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

tích trong không gian headspace sẽ hấp phụ lên bề mặt pha tĩnh.

Hình 1.3: Các kiểu lấy mẫu của SPME Với riêng mẫu lỏng, cả hai cách lấy mẫu sẽ hiệu quả hơn nếu bổ sung thêm một lượng muối ăn vào dung dịch trước khi lấy mẫu, lượng muối này sẽ điều chỉnh lực ion trong dung

6

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

dịch và do đó sẽ cải thiện trạng thái cân bằng hấp phụ. Có thể sử dụng thêm cánh khuấy để rút ngắn thời gian đạt cân bằng.

Sau thời gian lấy mẫu thích hợp (từ 2 –30 phút), sợi chiết sẽ được rút vào trong kim tiêm và kim tiêm sẽ được tháo tách rời khỏi vách ngăn và rút ra khỏi lọ đựng mẫu. Sau đó, kim tiêm chứa sợi chiết được đưa và bộ phận bơm mẫu của thiết bị sắc ký GC. Lúc này, các cấu tử hấp phụ trên pha tĩnh của sợ chiết sẽ được giải hấp phụ bằng nhiệt nhờ nhiệt cung cấp từ bộ phận tiêm mẫu của GC và các cấu tử sẽ được di chuyển vào cột sắc ký khí. Hoặc các cấu tử phân tích sẽ được giải hấp bằng thành phần pha động thích hợp của hệ thống sắc

uy N hơ n

ký lỏng LC hay HPLC.

Mỗi loại sợi chiết silica đều có mức độ phù hợp khác nhau đối với các cấu tử khác nhau. Nhưng nhìn chung, sợi chiết mang pha tĩnh là chất không phân cực như PMDS…thì

Q

sẽ thu hồi tốt các cấu tử không phân cực. Còn sợi chiết mang chất chất phân cực mạnh hơn

èm

như PA… thì sẽ nhạy khi phân tích cồn, phenol, aldehyde hơn là các ester và hydrocarbon.

ạy K

Bảng 1.1: So sánh hiệu quả tách cấu tử dễ bay hơi có trong 10pm rượu nho bằng

D

phương pháp HS-SPME của sợi chiết phủ PDMS 100m và sợi phủ PA 85m Sợi phủ PDMS

Sợi phủ PA

4

3.1

1

3.3

54

48.1

cis-3-Hexenol

6

19.5

Benzaldehyde

22

59

1410

1410

Eugenol

32

32

Pyrrolidine

7

7

Pyridine

11

3.7

Dimethyl sulfide

7

6.3

m /+

Cấu tử

co

Ethyl acetate

G

oo gl

Hexan

e.

n-Butanol

Limonene

Từ bảng trên, ta thấy sợi phủ PA tách tốt các cấu tử có nhóm chức rượu (butanol, cis3-hexenol), benzaldehyde, các hợp chất phenol như eugenol; trong khi đó với các cấu tử

7

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

thuộc nhóm ester như ethyl acetate, hay nhóm hydrocacbon và pyridine thì khả năng tách kém hơn.

4. CÁC YẾU TỐ Ả NH HƯ ỞNG TRONG SPME a. Pha tĩnh Chất mang sử dụng làm chất hập phụ trong sợi chiết silica bao gồm một hoặc hai loại polymer như Polydimethyl Siloxane (PDMS), Polyacrylate (PA), Carboxen-PDMS, PDMSpolydivinylbenzene(PDVB), Carbowax-Divinylbenzene(DVB)… Nguyên tắc làm giàu cấu tử như đã trình bày ở trên là nguyên tắc hấp phụ.

uy N hơ n

Bề dày lớp chất mang PDMS thường là 7m, 30m, 100m; với PA là 85m, Carboxen-PDMS là 75m; PDMS-DVB là 65m…

Yêu cầu của pha tĩnh:

Q

- Độ phân cực của pha tĩnh phải gần với độ phân cực của cấu tử cần tách.

èm

- Pha tĩnh phải chịu được các điều kiện nhiệt độ cao, pH, muối…

ạy K

PDMS là một trong các pha tĩnh không phân cực chịu được các điều kiện khắc nghiệt

D

nhất và có khả năng hấp phụ-giải hấp phụ nhiều lần. Khi cần phân tích các cấu tử có độ

m /+

phân cực thấp thì có thể sử dụng pha tĩnh PA.

co

Với bề dày pha tĩnh của PDMS được nêu ra ở trên là do tính toán thực nghiệm dựa

e.

trên yêu cầu về độ nhạy và tốc độ hấp phụ:

oo gl

- Bề dày 100m thường được dùng khi cần độ nhạy cao và ít quan tâm đến thời gian.

- Bề dày 7m, 30m sử dụng khi cần thời gian ngắn và không cần quá nhạy (trường

G

hợp nồng độ cấu tử cần phân tích đủ cao).

Riêng bề dày 7m còn được dùng cho các cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao hay cần giải hấp phụ ở nhiệt độ cao trước khi vào sắc ký khí GC. b. Phương pháp tách chiết Phương pháp HS thường được khuyến cáo sử dụng khi có thể vì khi đó là giảm tải trọng của sợi chiết do không phải hấp phụ những chất cao phân tử như protein… Vì vậy, tuổi thọ của sợi chiết cũng cao hơn. Mặt khác, phương pháp HS cũng tránh được tính thuận nghịch trong hấp phụ nên tính chính xác cũng cao hơn. Các cấu tử có phân tử khối dưới 200

8

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

hay cấu trúc không có những nhóm tạo liên kết hydro (-OH, -NH2…) rất phù hợp cho phương pháp HS vì chúng thường có áp suất hơi cao.

Phương pháp SPME trực tiếp vào trong pha lỏng (direct SPME) thường sử dụng khi phương pháp HS cho các peak quá nhỏ. c. Sự khuấy trộn (chỉ dành cho mẫu lỏng) Thời gian để đạt trạng thái cân bằng hấp phụ sẽ rút ngắn nếu tiến hành khấy mẫu. Các phương pháp khuấy thường sử dụng là khuấy từ, khuấy cơ học, khuấy nhờ vào sự chuyển động của sợi SPME, hoặc khuấy nhờ siêu âm.

uy N hơ n

d. Thể tích mẫu và thể tích vùng headspace

Với phương pháp HS, lượng cấu tử tách được sẽ càng nhiều khi thể tích mẫu càng lớn ở mức giới hạn cho phép, đồng thời thể tích phần headspace nên nhỏ nếu những cấu tử bay

Q

hơi tốt.

èm

Với phương pháp Direct SMPE, thể tích mẫu không ảnh hưởng đế tốc độ tách cấu tử.

ạy K

Tuy nhiên, đến nay, sự ảnh hưởng của thể tích mẫu và thể tích phần headspace đển

D

thời gian tách cấu tử vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu.

m /+

e. Nhiệt độ

Theo nhiệt động học thì hằng số cân bằng của quá trình hấp phụ (bằng tỷ số nồng độ

co

cân bằng của cấu tử trong sợi chiết và nồng độ cân bằng của cấu tử trong mẫu) giảm khi

oo gl

e.

nhiệt độ giảm.

Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều nhất đến phương pháp DI-SPME do hệ số khuếch tán càng

G

tăng khi nhiệt độ giảm nhưng khi đó thì độ nhạy sẽ giảm.

Việc tăng nhiệt độ sẽ làm giảm độ nhạy của phương pháp SPME, tuy nhiên tốc độ tách cấu tử sẽ tăng.

Nhưng nhìn chung, với mỗi loại mẫu, loại sợi chiết và loại cấu tử cần tách mà nhiệt độ thích hợp thường được xác định bằng thực nghiệm. f. Điều kiện giải hấp phụ Thời gian giải hấp phụ càng ngắn càng tốt. Riêng với hệ thống GC, vì việc giải hấp dực trên nhiệt độ nên nhiệt độ cao nhất mà không làm phá hủy sợi chiết và các cấu tử phân tích thường được lựa chọn là nhiệt độ giải hấp phụ.

9

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Với sợi PDMS, nhiệt độ giải hấp phụ là 340oC (7m), 280oC (30 và 100m); sợi phủ PDMS-DVB thường là 270oC; Carboxen-PDMS là 265oC. Các giá trị này thu được chủ yếu từ thực nghiệm.

5. ƯU - NHƯ ỢC ĐI ỂM CỦ A PHƯƠNG PHÁ P SPME a. Ưu điểm Các ưu điểm chính của phương pháp SPME là không cần dùng dung môi trích ly, thân thiên với môi trường, dễ thực hiện, ít tốn thiết bị và chi phí hơn so với phương pháp chiết khác, thời gian tiếp hành ngắn, dễ tự động hóa, độ nhạy cao.

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Bảng 1.2: So sánh SPME với các phương pháp khác

oo gl

Phương pháp SPME có thể sử dụng để phân tích nhiều loại khác nhau như rắn, lỏng,

G

khí, bao gồm cả hữu cơ, vô cơ, các cấu tử bay hơi hay không bay hơi… b. Nhược điểm Do lượng cấu tử tách được là nhỏ làm cho độ nhạy của một số cấu tử có hàm lượng thấp là không đạt yêu cầu nên phương pháp SPME thường dùng để tách các cấu tử có hàm lượng tương đối cao (>0.1mg/L).

Làm bẩn dung dịch cần phân tích nếu dùng phương pháp DI-SPME. Thời gian giải hấp phụ lâu hơn các phương pháp chiết khác, thường 12-20 phút, do đó thời gian sắc ký cũng dài hơn.

Sợi chiết sau mỗi lần sử dụng phải tốn thời gian vệ sinh.

10

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sợi chiết dễ bị vỡ, hư hỏng, và chi phí thay sợi chiết mới là khá đắt…..

6. Ứ NG DỤ NG CỦ A PHƯƠN G PHÁP SPME Phương pháp SPME thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cần sự chính xác và độ nhạy cao như phân tích thực – dược phẩm, môi trường, xét nghiệm pháp y – lâm sàng…

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Bảng 1.3: Ứng dụng trong thực-dược –y học của SPME

11

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

12

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Bảng 1.4: Ứng dụng SPME trong pháp y

13

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

14

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Bảng 1.5: Ứng dụng SPME trong môi trường (khí, lỏng, rắn)

15

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

16

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

G

oo gl

e.

co

m /+

D

ạy K

èm

Q

uy N hơ n

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

17

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. http://sigma-aldrich.com/spme 2. Arthur, C.L., Killam, L., Buchholz, K.D., Potter, D., Chai, M., Zhang, Z., Pawliszyn, J., Solid-Phase Microextraction: An Attractive Alternative, Environmental Lab.11 (1992) 10-15.

3. Pawliszyn, J. Solid Phase Microextraction : Theory and Practice. (1997) Publisher: (VCH, New York, N. Y.), 275.

Solid-phase

microextraction

in

Chromatography A, 902 (2000) 167-194.

biomedical

analysis,

uy N hơ n

4. Ulrich,

Journal

of

5. L.J.Krutz, S.A.Senseman, A.S.Sciumbato, Solid-phase microextraction for herbicide

103-121.

Advances

in

Solid-Phase

ạy K

6. Kataoka,H.Recent,

èm

Q

determination in environmental samples, Journal of Chromatography A, 999 (2003)

Microextraction and

Related

m /+

Analysis, 1 (2005) 65-84.

D

Techniques for Pharmaceutical and Biomedical Analysis, Current Pharmaceutical

co

7. Florin Marcel Musteata, Janusz Pawliszyn, In vivo sampling with solid phase

e.

microextraction, Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 70 (2007) 181-

oo gl

193.

8. Pragst, Application of solid-phase microextraction in analytical toxicology. Anal

G

Bioanal Chem., 388 (2007) 1393-1414.

9. Vuckovic, D., E. Cudjoe, D. Hein, and J. Pawliszyn. Automation of Solid-Phase Microextraction in High-Throughput Format and Application to Drug Analysis.

Anal. Chem. 80 (2008) 6870-6880.

18

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định