Upload
ho-khoa
View
45
Download
12
Embed Size (px)
DESCRIPTION
123
Citation preview
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ
TS. Lê Thành Dũng
Khoa Kỹ thuật hóa họcBộ môn Kỹ thuật hữu cơ@: [email protected]
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Các sách tiếng anh/tiếng việt liên quan đến phân lập và tinh
chế các hợp chất hữu cơ, các sách về chiết, chưng cất, kết
tinh, sắc ký.
2. Các bài báo về tổng hợp hữu cơ và hóa học các hợp chất
tự nhiên trên các tạp chí của Elsevier, Royal Society of
Chemistry, American Chemical Society, Wiley InterScience
journals…
NỘI DUNG MÔN HỌC
1. Các phương pháp chiết
Tách chất rắn/lỏng
2. Các phương pháp chưng cất
Tách chất lỏng
3. Các phương pháp kết tinh lại
Tách chất rắn
4. Các phương pháp sắc ký
Tách chất rắn/lỏng
KIẾN THỨC, KỸ NĂNG CẦN ĐẠT ĐƯỢC SAU MÔN HỌC
1. Hiểu nguyên tắc chung các phương pháp
2. Có khả năng lựa chọn phương pháp
3. Vận dụng được các phương pháp
ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
1. Thi giữa kỳ: 30%
2. Thi cuối kỳ: 70%
Hình thức thi: trắc nghiệm
Hóa học các hợp chất tự nhiên:
VÌ SAO PHẢI PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ ?
Hợp chất tự nhiên:
VÌ SAO PHẢI PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ ?
Là chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolite)
Khối lượng phân tử nhỏ (M 1500 amu)
Có hay không có (hay chưa biết đến) hoạt tính sinh học
Gồm các nhóm: alkaloid, quinonoid, steroid, terpenoid, iridoid, flavanoid,
coumarin, glycosid…
Phân lập và tinh chế để thu được chất tinh khiết ( 95%), làm giàu chất, thuận tiện cho việc nghiên cứu cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học.
VÌ SAO PHẢI PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ ?
Tổng hợp hóa hữu cơ:
Phân lập và tinh chế để thu được chất tinh khiết, làm giàu chất, thuận tiện cho việc nghiên cứu tính chất và phân tích cấu trúc
Sự khác nhau giữa ISOLATION và PURIFICATION
A
B
C
Isolation
Purification
A
A
Purification A
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ
1. Các phương pháp chiết
Tách chất rắn/lỏng
2. Các phương pháp chưng cất
Tách chất lỏng
3. Các phương pháp kết tinh lại
Tách chất rắn
4. Các phương pháp sắc ký
Tách chất rắn/lỏng
PHƯƠNG PHÁP CHIẾT
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT
1. Chiết lỏng – lỏng (liquid – liquid extraction)
2. Chiết rắn – lỏng (solid – liquid extraction)
Chiết ngâm dầm (maceration)
Chiết với sự hỗ trợ của vi sóng
Chiết với sự hỗ trợ của sóng siêu âm
Chiết ngấm kiệt (percolation)
Chiết Soxhlet (Soxhlet extraction)
Chiết Kumagawa
Chiết lôi cuốn hơi nước
Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn
CHIẾT LỎNG – LỎNG
Hỗn hợp chất tan trong chất lỏng
Một chất tan được tách riêng
Các chất tan còn lại trong chất lỏng
Chiết lỏng – lỏng
VÍ DỤ: BẠN LỠ LÀM ĐỔ HỦ ĐƯỜNG VÀO LỌ DẦU ĂN, LÀM SAO ĐỂ TÁCH ĐƯỜNG RA KHỎI DẦU ĂN?
Vị dầu ăn quá ngọt, không thể sử dụng để nấu ăn
Hỗn hợp dầu ăn và đường
Đường tan một phần trong dầu ăn.
Pha dầu ăn
Pha nước giờ có vị ngọt của đường
Pha nước
GIẢI PHÁP TÁCH ĐƯỜNG RA KHỎI DẦU ĂN
GIẢI PHÁP TÁCH ĐƯỜNG RA KHỎI DẦU ĂN
Cơ sở của phương pháp:
Đường tan nhiều trong nước hơn trong dầu ăn
dựa vào sự khác nhau về độ tan của một chất trong các dung môi khác nhau
Nước và dầu ăn không tan vào nhau
các dung môi phải không tan vào nhau trong phương pháp chiết
Thuật ngữ:
Nước: gọi là dung môi chiết (dùng để chiết)
Dầu ăn + đường: dung dịch được chiết
Đường: chất tan, chất được chiết
NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP CHIẾT
Chiết lỏng – lỏng là phương pháp tách (hay loại) một chất tan (rắn/lỏng)
dựa trên sự chuyển pha của chất tan đó từ pha lỏng này sang pha lỏng khác
mà chất tan đó tan nhiều hơn.
Cơ sở của phương pháp : dựa vào i) sự khác nhau về độ tan của một chất
trong các dung môi khác nhau và ii) độ phân cực khác nhau của 2 dung môi.
Ứng dụng: dùng để tách chất quan tâm (thường gọi là chiết) hay để loại các
chất không quan tâm (thường gọi là rửa).
HỆ SỐ PHÂN BỐ Kp
Ether
Nước
Chất tan tốt trong dung môi hữu cơ
Chất tan tốt trong nước
HỆ SỐ PHÂN BỐ Kp (partition coefficient)
Qui luật: Ở một nhiệt độ xác định, tỉ số nồng độ của một chất tan trong
trong hai dung môi không hòa tan vào nhau luôn là một hằng số. Tỉ số đó
gọi là hệ số phân bố.
Hệ số phân bố:
𝐾𝑝 = chất tan X trong dungmôi 2 lúc cân bằng
[chất tan X] trong dungmôi 1 lúc cân bằng
CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ SỐ PHÂN BỐ Kp
Thí nghiệm 1: dung môi 1 là H2O, dung môi 2 là Et2O
100 mL H2O
100 mL Et2O
phân tử X (pt)
ptpt
Thí nghiệm 2:
100 mL H2O
100 mL Et2O
phân tử X
ptpt
CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ SỐ PHÂN BỐ KpThí nghiệm 3:
100 mL H2O
200 mL Et2O ptpt
Càng sử dụng nhiều Et2O càng chiết được nhiều chất tan X ra khỏi H2O
Thí nghiệm 4: tiếp theo TN2, dùng 100 mL Et2O để chiết tiếp chất X còn lại trong 100 mL H2O (100 phân tử X còn lại sau TN2).
Gọi x là số phân tử X được chiết vào 100 mL Et2O từ 100 phân tử X còn lại trong 100 mL H2O
100
x pt(100 – x) pt
x 67 pt
Thay vì chiết một lần với 200 mL Et2O, chiết hai lần, mỗi lần 100 mL Et2O sẽ chiết được nhiều X hơn (267 pt X vs 240 pt X).
CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ SỐ PHÂN BỐ Kp
Thí nghiệm 3:Thí nghiệm 4:
Vậy số lần chiết bao nhiêu là vừa?
Trên nguyên tắc, chiết càng nhiều lần thì hiệu quả chiết càng cao. Thực tế cho thấy từ sau lần chiết thứ 3 thì hiệu quả không thay đổi nhiều nữa.
để tiết kiệm thời gian và dung môi: thường chiết 3 lần, mỗi lần sử dụng 1/3 lượng dung môi.
MỘT SỐ CÔNG THỨC TÍNH TRONG PP CHIẾT
1. Tỉ lệ chất tan trong pha 2 sau lần chiết thứ 1:
(F2)𝟏 =𝐾V2
𝐾V2 + V1
(F2)1: tỉ lệ chất tan trong pha 2 sau lần chiết thứ 1K: hệ số phân bố của chất tan giữa pha 2 và pha 1V1: thể tích của pha 1
V2: thể tích của pha 2 dùng để chiết
2. Tỉ lệ chất tan còn lại trong pha 1 sau lần chiết thứ 1:
(F1)𝟏 =V1
𝐾V2 + V1(F1)1: tỉ lệ chất tan còn lại trong pha 1 sau lần chiết thứ 1
3. Tỉ lệ chất tan còn lại trong pha 1 sau lần chiết thứ n:
(F1)𝐧 =V1
𝐾V2 + V1
𝐧
(F1)n: tỉ lệ chất tan còn lại trong pha 1 sau lần chiết thứ n
BÀI TẬP 1
Một chất tan S có hệ số phân bố Kp giữa chloroform và nước là 5. Chất tan S được chiết từ 50 mL dung dịch nước nồng độ 0,05 M bằng 15 mL chloroform.a. Tính hiệu quả chiết của quá trình phân tách trên.b. Tính nồng độ M chất tan S trong mỗi pha sau khi chiết.c. Tính thể tích của chloroform cần để chiết được 99,9% chất tan S.d. Tính hiệu quả chiết nếu chiết bằng 2 15 mL CHCl3.e. Tính hiệu quả chiết nếu chiết bằng 3 15 mL CHCl3.f. Tính số lần chiết, mỗi lần bằng 15 mL CHCl3 để đảm bảo chiết được
99,9% chất tan S.
Đáp số: a. 60%.b. [S] trong CHCl3 = 0,1 M. [S] trong nước = 0,02 M.c. 9990 mL.d. 84%.e. 93,6%.f. n = 7,54.
LỰA CHỌN DUNG MÔI TRONG CHIẾT LỎNG – LỎNG
Độ phân cực Không phân cực Phân cực trung bình Phân cực mạnh
Dung môi Petroleum ether Et2O, CHCl3, EtOAc MeOH
Chiết hợp chất Alcol béo, ester béo Ether, aldehyde, ketone, ester
Alcol, carboxylic acid
TÍNH CHẤT MỘT SỐ DUNG MÔI THÔNG DỤNG
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố KC của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
1,3,7-trimethylxanthineThăng hoa 178C
Tính chất của các dung môi thí nghiệm:
Dung môi Chỉ số phân cực Độ tan trong nước (%) Khối lượng riêng
Hexane 0 0.001 0.655
Cyclohexane 0.2 0.01 0.779
Cacbon tetrachloride 1.6 0.08 1.595
Benzene 2.7 0.18 0.878
Chloroform 4.1 0.815 1.483
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
Thí nghiệm 1:
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
Thí nghiệm 2:
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
Thí nghiệm 3:
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
Kết quả:
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
Kết quả:
Bài tập 2: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
1. Giải thích mục đích và cách thực hiện các thí nghiệm 1, 2, 3
2. Điền hoàn tất Bảng kết quả
3. Có thể nhận xét được gì từ các kết quả thí nghiệm trên?
Ngoài cách lựa chọn dung môi thích hợp, có cách nào thay đổi độ tan của một chất trong dung môi cho trước không?
Có thể thay đổi độ tan của một chất trong một dung môi cho trước bằng cách thay đổi độ phân cực của chất đó.
Nếu một chất hữu cơ có các nhóm chức acid hay base có thể thay đổi độ phân cực bằng cách thay đổi tính chất acid-base của nó.
Sự thay đổi trên mang tính chất thuận nghịch.
Nhóm chức acid: phenol, carboxylic.
Nhóm chức base: amin.Chất hữu cơ X với Kp > 4
Chất hữu cơ X đã được tăng độ phân cực
CÁC LOẠI CHẤT HỮU CƠ CÓ THỂ LÀM TĂNG ĐỘ PHÂN CỰC ĐỂ TĂNG TÍNH TAN TRONG NƯỚC
Các acid hữu cơ: carboxylic acid và phenol
Các base hữu cơ: amine
Chuyển carboxylic acid sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
1. Sử dụng dung dịch base mạnh (NaOH 5-10%):
2. Sử dụng dung dịch base yếu (NaHCO3 6%):
Carboxylic acid là các acid hữu cơ mạnh với pKa = 3 – 4. H2CO3 có pKa1 = 6,37.
Bài tập 3: Thí nghiệm xác định hệ số phân bố Kp của caffeine giữa một số dung môi hữu cơ và nước
1. Tính nồng độ dung dịch NaOH cần dùng để tách hỗn hợp toluene
và benzoic acid (pKa = 4.2) trong dung môi hữu cơ.
2. Tính thể tích dung dịch NaOH cần dùng nếu lượng benzoic acid
trong dung dịch là 1.22 gam.
Ví dụ 1: Làm cách nào tách riêng hỗn hợp naphthalene và benzoic acid cùng tan trong dung dịch CH2Cl2.
sử dụng dung dịch NaOH 5% hoặc dung dịch NaOH bão hòa để chiết benzoic acid dạng muối:
Chuyển carboxylic acid sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
dd NaOH 5%
hay dd NaHCO3
bão hòa
Chuyển phenol sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
Chỉ có thể sử dụng dung dịch base mạnh (NaOH):
Phenol tan một phần trong nước (1g/15 mL H2O) nhưng dẫn xuất phenol không tan trong nước.
Ví dụ 2: Làm cách nào tách riêng hỗn hợp benzoic acid và p-methoxyphenol cùng tan trong dung dịch CH2Cl2.
Chuyển acid hữu cơ sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
Không thể sử dụng dung dịch NaOH 5%:
dd NaOH 5%
Ví dụ 3: Làm cách nào tách riêng hỗn hợp benzoic acid và p-methoxyphenol cùng tan trong dung dịch CH2Cl2.
Chuyển acid hữu cơ sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
Sử dụng dung dịch NaHCO3 bão hòa:
dd NaHCO3
bão hòa
Chuyển amine sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
Sử dụng dung dịch acid mạnh (HCl):
Chuyển amine sang dạng muối để tăng tính tan của nó trong nước
Ví dụ 4: Làm cách nào tách riêng hỗn hợp benzoic acid và p-chloroaniline cùng tan trong dung dịch CH2Cl2.
Sử dụng dung dịch HCl 5%:
dd HCl 5%
Tách riêng hỗn hợp gồm 4 loại chất hữu cơ khác nhau dựa trên sự khác nhau về độ tan của chúng
Bước 1: Phân tách (separation)
Tách riêng hỗn hợp gồm 4 loại chất hữu cơ khác nhau dựa trên sự khác nhau về độ tan của chúng
Thu được 4 dung dịch sau khi tách:
Tách riêng hỗn hợp gồm 4 loại chất hữu cơ khác nhau dựa trên sự khác nhau về độ tan của chúng
Bước 2: Cô lập, thu hồi (isolation, recovery)
Thu hồi amine: bằng cách base hóa dung dịch
Thu hồi amine: bằng cách base hóa dung dịch
Lưu ý:
Phản ứng trung hòa là phản ứng tỏa nhiệt
Thường trung hòa đến pH 10
Tách riêng hỗn hợp gồm 4 loại chất hữu cơ khác nhau dựa trên sự khác nhau về độ tan của chúng
Bước 2: Cô lập, thu hồi (isolation, recovery)
Thu hồi acid: bằng cách acid hóa dung dịch
Thu hồi acid: bằng cách acid hóa dung dịch
Lưu ý:
Phản ứng trung hòa là phản ứng tỏa nhiệt
Thường trung hòa đến pH 3
CHIẾT BẰNG PHỄU CHIẾT
CHIẾT BẰNG PHỄU CHIẾT
CHIẾT BẰNG PHỄU CHIẾT
CHIẾT BẰNG PHỄU CHIẾT
CHIẾT BẰNG PHỄU CHIẾT
SỬ DỤNG SẮC KÝ LỚP MỎNG ĐỂ KIỂM TRA QUÁ TRÌNH CHIẾT
Trước giải li Sau giải li
Vạch dừng của chất giải li
Vết của pha nước
Vết của pha hữu cơ
Vạch xuất phát của chất giải li
Chất đã được chiết vào pha hữu cơ
CÁC CHẤT LÀM KHAN NƯỚC CHO PHA HỮU CƠ
+ H2O
CÁC CHẤT LÀM KHAN NƯỚC CHO PHA HỮU CƠ
Drying Agent Capacity Speed Applications
Calcium chloride, CaCl2
High MediumUsed for hydrocarbons
Calcium sulfate, CaSO4 (Drierite)
Low Fast Generally useful
Magnesium sulfate, MgSO4
High FastNot used for very acid-sensitive compounds
Potassium carbonate, K2CO3
Medium MediumNot for acidic compounds
Sodium sulfate, Na2SO4
High Slow Generally useful
CÁC CHẤT LÀM KHAN NƯỚC CHO PHA HỮU CƠ
CHIẾT LỎNG – LỎNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ
BÀI TẬP 4
Biết các tính chất acid-base của aniline, propanoic acid, phenol và naphthalene như sau:
Trình bày sơ đồ tinh chế riêng từng chất.
BÀI TẬP 5
Biết tính tan trong nước và các tính chất acid-base của benzoic acid, p-nitroaniline và anthracene như sau:
1. Trình bày sơ đồ tinh chế riêng từng chất.
2. So sánh % thu hồi benzoic acid và p-nitroaniline. Giải thích.
pKa = 4.202
pKb = 13.02
CHIẾT RẮN – LỎNG
1. Chiết ngâm dầm (maceration)
2. Chiết với sự hỗ trợ của vi sóng
3. Chiết với sự hỗ trợ của sóng siêu âm
4. Chiết ngấm kiệt (percolation)
5. Chiết Soxhlet (Soxhlet extraction)
6. Chiết Kumagawa
7. Chiết lôi cuốn hơi nước
8. Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn
Các phương pháp chiết rắn – lỏng:
Chủ yếu sử dụng để chiết các hợp chất tự nhiên
CHIẾT NGÂM DẦM (MACERATION) – Nguyên tắc
Chiết lá cây Chiết quả nho
Ngâm nguyên liệu trong một dung môi thích hợp, ở một nhiệt độ thích
hợp, trong một thời gian thích hợp
Lọc để lấy dịch chiết
CHIẾT NGÂM DẦM – VÍ DỤ
Quả của cây Macleaya cordata
Bio-active alkaloids Sanguinarine, chelerythrine
Sanguinarine Chelerythrine
- Sát trùng (antiseptic)- Kháng u (antitumor)
CHIẾT NGÂM DẦM – Ảnh hưởng của dung môi chiết
Quả của cây Macleaya cordata
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGÂM DẦM – Phân tích bằng sắc ký lỏng, đầu dò UV (270 nm)
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGÂM DẦM
Xác định tổng hàm lượng hàm lượng của Sanguinarine và Chelerythrine trong quả cây Macleaya cordata:
Sanguinarine Chelerythrine
Pulverized sample 16.91 0.04 (n = 10) 6.94 0.02 (n = 10)
Non-pulverized sample 16.53 0.09 (n = 10) 6.86 0.05 (n = 10)
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGÂM DẦM – Ảnh hưởng của nhiệt độ
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGÂM DẦM – Ảnh hưởng của thời gian chiết
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGÂM DẦM – Điều kiện tối ưu
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG CUNG CẤP CHO PHẢN ỨNG
Cổ điển:
Mới – năng lượng cơ học:
Nhiệt Sóng điện từ(UV, VIS, IR)
Dòng điện
Vi sóng Siêu âm
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG (MICROWAVE-ASSISTED EXTRACTION) – Nguyên tắc
Vùng vi sóng: = 10-3 m – 1 m = 300 GHz – 300 MHz
Để tránh nhiễu, cố định vi sóng sử dụng trong công nghiệp, nghiên cứu và gia dụng:
= 12.2 cm = 2.45 GHz
Vùng vi sóng trong dãy sóng:
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – Nguyên tắc
Năng lượng của vi sóng:
Vi sóng IR UV
Năng lượng J/mol 10 kJ/mol 100 kJ/mol
Tác động lên phân tử
Nhỏ hơn mức làm quay phân tử
Lên dao động nối Lên electron
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – Nguyên tắc
Nguyên tắc chuyển năng lượng vi sóng thành nhiệt:
Đối với phân tử lưỡng cực:
Các phân tử lưỡng cực có xu hướng quay sao cho nằm song song với chiều
điện trường ngoài Khi các phân tử không thể quay nhanh kịp với sự thay đổi
hướng của điện trường thì sẽ va chạm nhau, sinh nhiệt.
Chem. Soc. Rev. 1998, 27, 213
Đối với các ion:
Tương tự, các ion di chuyển trong điện trường va chạm nhau, sinh nhiệt.
Chỉ những phân tử phân cực, các ion mới chịu tác động của vi sóng
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – Nguyên tắc
So sánh hoạt hóa bằng vi sóng và hoạt hóa nhiệt thông thường:
Sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ
Nhiệt độ tăng gần như tức thì
Sự chênh lệch nhiệt độ lớn
Nhiệt độ tăng từ từ
So sánh hoạt hóa bằng vi sóng và hoạt hóa nhiệt thông thường:
CH3OH
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – Ví dụ
Quả của cây Macleaya cordata
Bio-active alkaloids Sanguinarine, chelerythrine
Sanguinarine Chelerythrine
- Sát trùng (antiseptic)- Kháng u (antitumor)
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – Ví dụ
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG – So sánh kết quả
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM(ULTRASOUND-ASSISTED EXTRACTION) – Nguyên tắc
Vùng sóng siêu âm: = 16 kHz – 10 MHz
Nguyên tắc chuyển năng lượng của sóng siêu âm thành nhiệt:
Tạo bóng khí bởi năng lượng siêu âm tại ranh
giới phân cách pha
Sự vỡ bóng khí tạo ra các vùng nhỏ có:
T = 5000 K, P = 50 Mpa
H2O (g) H (g) + HO (g)
2HO (g) H2O2 (g) H2O (g) + O2 (g)
H (g) + HO (g) hòa tan trong nước để phản ứng.
Sự vỡ bong bóng khí
SỰ KHÁC NHAU GIỮA SÓNG ÂM THANH VÀ SÓNG ÁNH SÁNG
Sóng âm thanh Sóng ánh sáng
Tạo ra bởi dao động của môi trường
cần có môi trường truyền sóngTạo ra bởi dao động của photon ánhsáng có thể truyền trong chân không
Tần số dao động: 16 kHz – 10 MHz Tần số dao động: 300 MHz -300 GHz
Vận tốc truyền: 332 m/s ở 0C Vận tốc truyền: 3.108 m/s
Không thể truyền xa do năng lượng tiêutan nhanh chóng
Có thể truyền xa
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM(ULTRASOUND-ASSISTED EXTRACTION) – Nguyên tắc
Các ứng dụng của sóng siêu âm:
Làm sạch bề mặt những chỗ khó tiếp cận, bề mặt xúc tác, kẽ răng:
do sự xói mòn
Tạo nhũ cơ học (không chất tạo nhũ), đồng hóa: do sự phân tán
Loại khí khỏi dung dịch: do sự tạo bóng khí to dần
Khử trùng: do áp lực làm phá hủy tế bào vi sinh vật
Chiết: do làm tăng tốc độ chuyển pha, nhanh đạt đến cân bằng
Tạo phản ứng oxi hóa: do sự tạo thành H2O2
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM – Ví dụ
Quả của cây Macleaya cordata
Bio-active alkaloids Sanguinarine, chelerythrine
Sanguinarine Chelerythrine
- Sát trùng (antiseptic)- Kháng u (antitumor)
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM – Ví dụ
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM – Ví dụ
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGẤM KIỆT (PERCOLATION) – Nguyên tắc
Chiết cà phê
Nguyên liệu được ngâm trong một dung môi thích hợp, chảy liên tục ở một
tốc độ nhất định, dịch chiết được lọc qua giấy lọc.
Ưu điểm so với phương pháp chiết ngâm dầm:
Quá trình chiết liên tục (dung môi sau chiết liên tục được thay thế bằng
dung môi mới) hiệu quả hơn, ít mất công hơn.
Chiết chất từ mẫu đất
CHIẾT NGẤM KIỆT – Ví dụ
Quả của cây Macleaya cordata
Bio-active alkaloids Sanguinarine, chelerythrine
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT NGẤM KIỆT – So sánh kết quả
Dựa trên điều kiện thí nghiệm, giải thích vì sao phương pháp chiết ngâm kiệt cho kết quả thu hồi thấp hơn so với chiết ngâm dầm?
BÀI TẬP 6
F. Zhang et al. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 283
CHIẾT SOXHLET – Nguyên tắc Phát minh năm 1879 bởi Franz von Soxhlet Trường hợp sử dụng: chất cần chiết có độ tan kém
tạp chất không tan trong dung môi
Sơ đồ hệ thống:
1: cá từ2: bình cầu3: ống chưng cất4: túi đựng nguyên liệu5: nguyên liệu cần chiết6: đỉnh ống dẫn dung môi7: đầu ra ống dẫn dung môi8: adapter9: ống sinh hàn10: nước lạnh vào 11: nước lạnh ra
CHIẾT SOXHLET – Nguyên tắc
CHIẾT SOXHLET – Ưu và nhược điểm
Tiết kiệm dung môi
Không mất công lọc và châm dung môi mới
Chiết kiệt được hợp chất trong nguyên liệu
Ưu điểm:
Giới hạn khối lượng nguyên liệu mỗi lần chiết
Hợp chất chiết ra bị đun nóng lâu ở nhiệt độ sôi của dung môi
Hệ thống được gia công thủy tinh, giá thành cao, khó thay thế từng bộ phận
Nhược điểm:
CHIẾT KUMAGAWA
Tương tự chiết Soxhlet
Túi đựng nguyên liệu được đặt gần nguồn
nhiệt hơn
Tăng khả năng chiết các hợp chất phân cực
và có nhiệt độ nóng chảy cao do tăng khả
năng hòa tan ở nhiệt độ cao
PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT
1. Chưng cất đơn giản (simple distillation)
2. Chưng cất phân đoạn (fractional distillation)
3. Chưng cất trong chân không và môi trường trơ
4. Chưng cất lượng nhỏ (micro-distillation)
5. Chưng cất lôi cuốn hơi nước (steam distillation)
Hỗn hợp lỏng lý tưởng và lực liên phân tử
Chất lỏng A tinh khiết ở một nhiệt độ xác định T:
Chất lỏng B tinh khiết ở một nhiệt độ xác định T:
A, B tạo thành hỗn hợp lỏng lý tưởng (hay gần lý tưởng) khi lực liên phân tử A-B tương tự lực liên phân tử A-A hay B-B tỉ lệ A, B thoát khỏi dung dịch tại nhiệt độ T không đổi:
Hỗn hợp A : B = 1 : 1
Sự thay đổi enthalpy khi tạo hỗn hợp lỏng gần lý tưởng
Quá trình phá vỡ liên kết liên phân tử trong A hay trong B có H > 0
Quá trình tạo liên kết liên phân tử trong hỗn hợp A, B có H < 0
Nếu liên kết liên phân tử A-A, B-B, A-B tương tự nhau (gần lý tưởng)
Sự thay đổi enthalpy khi trộn A, B: Htrộn 0
Sự thay đổi nhiệt độ khi trộn A, B 0
Ví dụ các hỗn hợp lỏng gần lý tưởng
Hexane, heptane
Benzene, methylbenzene
Propan-1-ol, propan-2-ol
Tương tự kích thước, tương tự độ phân cực
Tương tự lực liên phân tử van der Waals
NHIỆT ĐỘ SÔI
Tại nhiệt độ sôi: P hơi chất lỏng = P môi trường xung quanh chất lỏng
Tại nhiệt độ sôi của chất lỏng tinh khiết A có cân bằng:
A (lỏng) A (hơi)
Thành phần của A không đổi ở 2 pha nhiệt độ của A không đổi trong
suốt quá trình sôi
Thành phần A, B thay đổi đều trong 2 pha nhiệt độ sôi của hỗn hợp
lỏng A, B sẽ tăng dần theo thời gian
Chất lỏng A tinh khiết:
Hỗn hợp lỏng đồng nhất A, B (b.p. B < b.p. A):
NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN
Áp suất hơi bão hòa trên bề mặt của chất lỏng bằng tổng áp suất hơi riêng phần của A và B
Định luật Raoult:
Ptot = PA + PB
Áp suất hơi riêng phần của A bằng tích áp suất hơi bão hòa của A tinh khiết (tại một nhiệt độ xác định) và phân mol của A trong hỗn hợp lỏng
PA = PA.NA
Tương tự cho áp suất hơi riêng phần và phân mol của B
PB = PB.NB
Đối với hỗn hợp lỏng gần lý tưởng, đồng nhất A, B:
NA = NA / (NA+NB)
NB = NB / (NA+NB)
NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN
Giản đồ ÁP SUẤT HƠI – THÀNH PHẦN HỖN HỢP LỎNG
Đối với hỗn hợp lỏng gần lý tưởng, đồng nhất A, B:
Đối với hỗn hợp lỏng gần lý tưởng, đồng nhất A, B:
Giản đồ NHIỆT ĐỘ SÔI – THÀNH PHẦN HỖN HỢP LỎNG
Đối với hỗn hợp lỏng gần lý tưởng, đồng nhất A, B:
Giản đồ NHIỆT ĐỘ SÔI – THÀNH PHẦN HỖN HỢP LỎNG VÀ HƠI
Đối với hỗn hợp lỏng gần lý tưởng, đồng nhất A, B:
SỬ DỤNG GIẢN ĐỒ PHA
Các thông tin thể hiện trên giản đồ pha:
Thành phần của hỗn hợp lỏng C1
Nhiệt độ sôi của hỗn hợp lỏng ứng với thành phần C1 là T1
Thành phần của hỗn hợp hơi trên bề mặt hỗn hợp lỏng sôi tại T1 là C2
VÍ DỤ GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỖN HỢP CYCLOHEXANE - TOLUENE
Phân mol của A trong pha hơi (tại một nhiệt độ xác định) bằng áp suất riêng phần của A (tại nhiệt độ đó) trên áp suất tổng
Định luật Dalton – Sự làm giàu B trong pha hơi:
XA = PA / Ptot
Tương tự cho phân mol của B trong pha hơi (tại một nhiệt độ xác định)
XB = PB / Ptot
Vì b.p. B < b.p. A PB > PA XB > XA B được làm giàu trong pha hơi
NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN
Thường sử dụng khi chênh lệch nhiệt độ sôi các cấu tử > 50C
HỆ THỐNG CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN
HỆ THỐNG CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN
Hệ thống chưng cất đơn giản trong môi trường khan và trơ
Ví dụ hệ thống chưng cất toluen:
Hệ thống chưng cất dung môi trong môi trường khan và trơ
Các tác nhân làm khan:
Drying agent Duration of drying water content
untreated 0 h 225 ppm
Sodium/benzophenone 48 h 31 ppm
3 A molecular sieves 24 h 0.9 ppm
Xanh dương đậm
Hệ thống chưng cất dung môi trong môi trường khan và trơ
BÀI TẬP 7
Một hỗn hợp lỏng X gồm 64g MeOH và 46g EtOH ở nhiệt độ T. Áp suất hơi của MeOH và EtOH tinh khiết lần lượt là 81 và 45 kPa.a. Tính phân mol của MeOH và EtOH trong hỗn hợp X.b. Tính áp suất hơi trên bề mặt của X (mmHg).c. Tính phân mol của MeOH và EtOH trên bề mặt của X.
1 kPa = 7.5006168270417 mmHg (Torr)
Đáp số: a. 0,67 và 0,33.b. 517,54 mmHg.c. 0,78 và 0,22.
Giản đồ ÁP SUẤT HƠI – THÀNH PHẦN HỖN HỢP LỎNGĐối với hỗn hợp lỏng không lý tưởng, đồng nhất A, B:
Sai lệch dương:
Ptot max = PA
Ptot min = PB
Tính chất gần giống hỗn hợp lỏng lý tưởng
Giản đồ ÁP SUẤT HƠI – THÀNH PHẦN HỖN HỢP LỎNGĐối với hỗn hợp lỏng không lý tưởng, đồng nhất A, B:
Sai lệch dương: Sai lệch âm:
Ptot max > PA
Lực liên phân tử A-B < A-A hay B-B Htrộn > 0 Vd: trộn hỗn hợp EtOH và H2O
Ptot min < PB
Lực liên phân tử A-B > A-A hay B-B Htrộn < 0 Vd: trộn hỗn hợp HNO3 và H2O Thường do phản ứng giữa A và B:
VÍ DỤ GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỖN HỢP EtOH – H2O
Đối với hỗn hợp lỏng không lý tưởng, đồng nhất EtOH – H2O:
Hỗn hợp đẳng phíĐiểm đẳng phí
Tại điểm đẳng phí, pha lỏng và pha hơi có cùng thành phần các cấu tử.
CHƯNG CẤT HỖN HỢP EtOH – H2O
Hỗn hợp chứa < 95,6% EtOH: Hỗn hợp chứa > 95,6% EtOH:
Sản phẩm chưng cất chứa tối đa 95,6% EtOH
Sản phẩm chưng cất chứa tối đa 95,6% EtOH
Còn lại tối đa 100% H2O Còn lại tối đa 100% EtOH
VÍ DỤ GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỖN HỢP HNO3 – H2O
Đối với hỗn hợp lỏng không lý tưởng, đồng nhất HNO3 – H2O:
Hỗn hợp đẳng phíĐiểm đẳng phí
CHƯNG CẤT HỖN HỢP HNO3 – H2O
Hỗn hợp chứa < 68% HNO3: Hỗn hợp chứa > 68% HNO3:
Sản phẩm chưng cất chứa tối đa 100% H2O
Sản phẩm chưng cất chứa tối đa 100% HNO3
Còn lại tối đa 68% HNO3 Còn lại tối đa 68% HNO3
HỆ THỐNG CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Thường sử dụng khi chênh lệch nhiệt độ sôi các cấu tử < 50C
NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Quá trình chưng cất phân đoạn gồm nhiều quá trình chưng cất đơn giản diễn ra liên tục, “tự động” trong cột phân đoạn
Các cấu tử có b.p. cao ngưng tụ
Các cấu tử có b.p. thấp bay hơi
Mỗi quá trình chưng cất đơn giản diễn ra trong một đĩa lý thuyết
Ở mỗi quá trình chưng cất đơn giản, khi cân bằng:
Các cấu tử có b.p. cao ngưng tụ, các cấu tử có b.p. thấp bay hơi
Nhiệt độ của pha hơi > b.p. của pha ngưng tụ Sự chưng cất “tự động” tiếp diễn nhờ sự trao đổi
nhiệt giữa pha hơi và pha ngưng tụ
NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Hệ số làm giàu n+1:
n+1 = (X1,vap/X2,vap)/(X1,liq/X2,liq)
n+1: số đĩa lý thuyết của hệ thống (chưng cất đơn giản, không có cột chưng cất
phân đoạn: n = 0, n+1 = )
n: số đĩa lý thuyết đem lại do cột chưng cất phân đoạn
X1,vap: phân mol của cấu tử 1 trong pha hơi
X2,vap: phân mol của cấu tử 2 trong pha hơi
X1,liq: phân mol của cấu tử 1 trong pha lỏng
X2,liq: phân mol của cấu tử 2 trong pha lỏng
Ý nghĩa: = 2 có nghĩa là với một lần chưng cất đơn giản (tương đương một đĩa lý thuyết), có thể làm tăng 2 lần tỉ lệ cấu tử 1/cấu tử 2 (trong pha hơi so với pha lỏng)
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH PHÂN MOL MỖI CẤU TỬ TRONG PHA HƠI
Phương pháp đo chỉ số khúc xạ:
Chỉ số khúc xạ (nD) của một chất lỏng hay một dung dịch chất lỏng là tỉ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân không so với vận tốc ánh sáng trong môi trường đó
Chỉ số khúc xạ (nD) luôn > 1
Nguyên tắc: Chỉ số khúc xạ (nDdd) của dung dịch lỏng lý tưởng, đồng nhất liên quan đến chỉ số khúc xạ và phân mol của mỗi cấu tử theo phương trình
Kết hợp với phương trình X1 + X2 = 1
nDdd = nD1.X1 + nD2.X2
X1 = (nDdd - nD2)/(nD1 - nD2)Màn hình máy đo chỉ số khúc xạ
NGUYÊN TẮC CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Chiều cao một đĩa lý thuyết, hiệu năng của cột chưng cất phân đoạn:
HETP = L/n
HETP: Chiều cao của một đĩa lý thuyết (Height Equivalence to a Theoretical Plate)
L: chiều dài của cột chưng cất phân đoạn
n: số đĩa lý thuyết đem lại do cột chưng cất phân đoạn, còn gọi là hiệu năng của cột
chưng cất phân đoạn
BÀI TẬP 8Chưng cất một hỗn hợp gồm 25 mL cyclohexane và 25 mL toluene. Biết:
a. Tính phân mol của cyclohexane và toluene trong hỗn hợp lỏngb. Chỉ số khúc xạ đo được của giọt dung dịch đầu tiên thu được sau chưng cất đơn
giản là 1,3734. Tính phân mol của cyclohexane và toluene trong dung dịchchưng cất được
c. Tính hệ số làm giàu của quá trình chưng cất đơn giảnd. Nếu gắn thêm cột chưng cất phân đoạn vào hệ thống, tính số đĩa lý thuyết của
cột để = 3,0338e. Biết chiều dài của cột chưng cất phân đoạn đã sử dụng là 25 cm. Tính chiều dài
của cột phải dùng nếu muốn quá trình chưng cất phân đoạn có hiệu quả tươngđương 2 quá trình chưng cất đơn giản
B.p. (C) D (g/mL) nD
Cyclohexane 80,7 0,7785 1,37
Toluene 110,6 0,8623 1,38
Đáp số: a. X1,liq = 0,4972; X2,liq = 0,5028 d. n = 0,645b. X1,vap = 0,66; X2,vap = 0,34 e. L = HETP = 38,76 cmc. = 1,963
CỘT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Nguyên tắc chung:
Đảm bảo sự trao đổi nhiệt tốt giữa pha hơi và pha ngưng tụ (đoạn nhiệt) vật liệu trong cột cần có diện tích bề mặt lớn
Đảm bảo sự cân bằng (giữa pha hơi và pha lỏng) ở mỗi đĩa lý thuyết vật liệu trong cột không nên nhồi quá chặt, làm tăng áp suất
Không hấp phụ (holdup) và ngưng tụ quá nhiều cấu tử cần chưng cất vật liệu trong cột không nên có diện tích bề mặt quá lớn
Các loại vật liệu nhồi cột:
Thủy tinh: dạng mũi nhọn, dạng hạt tròn, dạng xoắn ốc
Kim loại (Cu, thép): dạng xốp
Carborundum (silicon carbide, SiC): dạng viên đá
Hiệu quả được đánh giá trên HETP
CỘT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Các yếu tố đánh giá cột chưng cất phân đoạn:
Hiệu năng cột/khả năng tách: đánh giá trên số đĩa lý thuyết (trong điều kiện dung dịch lỏng lý tưởng và quá trình đoạn nhiệt)
Tốc độ chưng cất: tốc độ của pha hơi di chuyển trong cột (L/s hay mL/s)
Sự lưu giữ bởi cột: đánh giá bởi thể tích lưu giữ động và thể tích lưu giữ tĩnh
Thể tích lưu giữ động: thể tích bị giữ lại bởi các phần khác nhau của cột trong quá trình chưng cất
Thể tích lưu giữ tĩnh: thể tích bị giữ lại trong cột khi quá trình chưng cất kết thúc
Hiệu quả cột: tỉ lệ giữa số đĩa lý thuyết và số đĩa thực tế
Sự giảm áp suất: là sự chênh lệch áp suất giữa chân và đầu cột. Nguyên nhân do áp suất tạo ra do chất lỏng hoàn lưu và sự chuyển hướng trong cột
CỘT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Cột Vigreux:
Hướng chất lỏng ngưng tụ vào giữa cột
Henri Narcisse Vigreux(1869-1951, Pháp, thổi thủy tinh)
CÁC LOẠI CỘT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Cột Dufton:
SO SÁNH CÁC LOẠI CỘT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN
Cột Vigreux Dufton
Hiệu năng Thấp Trung bình
HETP 20 cm 12 cm
Tốc độ Cao Thấp
Sự lưu giữ Thấp Thấp
Sự giảm áp suất Thấp Không đáng kể
Mục đích sử dụng Chưng cất phân đoạn Chưng cất phân đoạn
SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT CẦN CÓ ĐỂ TÁCH HỖN HỢP LỎNG DỰA TRÊN SỰ CÁCH BIỆT NHIỆT ĐỘ SÔI
Chênh lệch nhiệt độ sôi Số đĩa lý thuyết
108 1
72 2
54 3
43 4
36 5
20 10
10 20
7 30
4 50
2 100
GIẢN ĐỒ CHƯNG CẤT MỘT CẤU TỬ
Nhiệt độ ở đầu cột
Lượng chất chưng cất
B.p. A
Giọt đầu tiên
Điểm nên dừng
Điểm dừng logic
Giọt cuối cùng
GIẢN ĐỒ CHƯNG CẤT HAI CẤU TỬ
Nhiệt độ ở đầu cột
Lượng chất chưng cất
Giọt đầu tiên
Kết thúc Giọt cuối cùng
Phần còn lại
F1: A tinh khiết
F2: hỗn hợp A, B
F3: B tinh khiết
GIẢN ĐỒ CHƯNG CẤT HAI CẤU TỬ - HIỆU QUẢ TÁCH
Nhiệt độ ở đầu cột
Lượng chất chưng cất
B.p. B
B.p. A
Giọt đầu tiên
Kết thúc
a: tách hoàn hảo
b: tách tốt
c: tách kém
CHƯNG CẤT TRONG CHÂN KHÔNG
Mục đích
Giảm áp suất để làm giảm nhiệt độ sôi
B.p. tương ứng áp suất P
B.p. tương ứng áp suất thường
(760 mmHg)
Áp suất chân không P
Vd: Vòi nước tạo áp suất kém (10-15 mmHg)
B.p. tương ứng 760 mmHg là 180C
B.p. tương ứng 10-15 mmHg là 70C
CHƯNG CẤT TRONG CHÂN KHÔNG
Nối với bơm tạo chân không
Trường hợp sử dụng
Chất có b.p. > 150C
Chất không bền ở t cao
adapter 3 nhánh để thay đổibình hứng không ảnh hưởng đếnáp suất hệ thống
CHƯNG CẤT TRONG CHÂN KHÔNG
Chưng cất lượng nhỏ bằng thiết bị Kugelrohr
Kugelrohr (German) = ball tube
Heating cage
Bulb containing
solution to be distilled
Cooling bath
Vacuum outlet
Bulb containing distillate
Hệ thống ngắn tăng tốc độ chưng cất và hiệu suất thu hồi
Môi trường chân không giảm b.p. và làm bền các chất dễ bị oxi hóa
KỸ THUẬT THEO DÕI CÁC PHÂN ĐOẠN CHƯNG CẤT
Nếu chất cần tinh chế đã biết tra b.p. và theo dõi nhiệt độ ở
đầu cột
Chính xác hơn: theo dõi các phân đoạn chưng cất bằng TLC, GC,
HPLC
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ
Loại bỏ tạp chất
Tinh chế sản phẩm
Tinh chế dung môi (THF, toluene, DCM, acetonitrile, MeOH, EtOH)
Tinh chế hợp chất tự nhiên
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Nguyên tắc
Dung môi (lẫn H2O):
• analytical reagent – grade
• HPLC grade
1. Tác nhân làm khan
2. Chưng cất
Dung môi khan
Vd: dung môi còn H2O < 10 ppm có thể dùng nghiên cứu xúc tác acidLewis
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế Tetrahydrofuran (THF)
THF (H2O 108 ppm)
1. KOH viên
2. Na, benzophenone xanh3. Chưng cất
THF(H2O 43 ppm)
Chỉ thị benzophenone:
Xanh dương đậmTrắng
THF: dung môi hút ẩm mạnh (hygroscopic), chứa nồng độ cao peroxide dễ gây nổ
sử dụng butylated hydroxytoluene (BHT) để ức chế, không chưng cất đến cạn
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế Tetrahydrofuran (THF)
Bradley et al. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế THF – loại peroxide
Hạn chế sự hình thành peroxide bằng chất chống oxi hóa (tác nhân khử) như BHT
ROO + ArOH ROOH + ArO
ROO + ArO sản phẩm không chứa gốc tự do
Loại peroxide bằng zeolite, alumine
Wortel et al. J. Org. Chem. 1980, 45, 4763
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế Toluene
Toluene (H2O 225 ppm)
1. CaCl2, CaH2 hay CaSO4
2. Na, benzophenone xanh3. Chưng cất
THF(H2O 31 ppm)
Bradley et al. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế Dichloromethane (DCM) CH2Cl2
DCM (H2O 22 ppm)
CaH2, chưng cấtDCM
(H2O 13 ppm)
Bradley et al. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế Acetonitrile CH3CN
Acetonitrile (H2O 142 ppm)
P2O5 5% (w/v), 24h Acetonitrile(H2O 9 ppm)
Acetonitrile: phân cực, không proton, ái lực mạnh với H2O khó làm khan
Bradley et al. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế MeOH
MeOH (H2O 175 ppm)
MeOH(H2O 54 ppm)
Mg/I2, chưng cất
Bradley et al. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TRONG PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ: Tinh chế dung môi cho tổng hợp hữu cơ
Tinh chế EtOH
EtOH (H2O 1428 ppm)
EtOH(H2O 26 ppm)
KOH (10% m/v), chưng cất
Bradley et al. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351
Hệ thống chưng cất dung môi trong môi trường khan và trơ
Từ thế kỷ IX, bởi người Arab
Lịch sử
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Tách các hợp chất tự nhiên (vd: tinh dầu) ra khỏi thực vật
Thích hợp cho các hợp chất kém bền nhiệt (khó tách bằng các phương pháp chiết ở nhiệt độ cao hay phương pháp chưng cất ở nhiệt độ sôi), tuy nhiên hợp chất phải bền ở 100C
Chất cần lôi cuốn phải dễ bay hơi (P vài kPa ở 100C) và gần như không tan trong nước
Trường hợp sử dụng
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Mang các nhóm chức alcol, aldehyde, acid, ester…
Thành phần hóa học của tinh dầu
Lý – hóa tính của tinh dầu
Thường ở dạng lỏng
Không tan trong nước, tan trong cồn và một số dung môi hữu cơ
Thường có màu, mùi thơm
Dễ bị oxi hóa, polymer hóa
Các phản ứng đặc trưng tùy thuộc thành phần nhóm chức
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Nguyên tắc
Hơi nước Cất kéo tinh dầu Hỗn hợp nước và tinh dầu
Tách
Nước
Tinh dầuLàm khan
Na2SO4 khan
Tinh dầu
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Nguyên tắc – Sự khác biệt giữa chưng cất thường và chưng cất lôi cuốn hơi nước
Chưng cất thường Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Dung dịch đồng nhất 2 chất lỏng ảnh hưởng lẫn nhau
Dung dịch hai pha 2 chất lỏng gần như độc lập nhau
Áp suất tổng theo định luật Raoult Áp suất tổng theo định luật Raoult
PT = NA.PA + NB.PB PT = PA + PB
Nếu dd gần lý tưởng b.p. của dd nằm giữa b.p. A và b.p. B
B.p. của dd < b.p. A và b.p.B
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Nguyên tắc – Sự khác biệt giữa chưng cất thường và chưng cất lôi cuốn hơi nước
Chưng cất thường Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Phân mol của mỗi cấu tử trong pha hơi theo định luật Dalton
XA = NA.PA / PT , XB = NB.PB / PT
Sự làm giàu ở pha hơi phụ thuộc áp suấtriêng phần
Phân mol của mỗi cấu tử trong pha hơi theo định luật Dalton
XA = PA / PT , XB = PB / PT
Sự làm giàu ở pha hơi phụ thuộc áp suất hơi bão hòa của chất lỏng tinh khiết
Tỉ lệ phân mol ở pha ngưng tụ Tỉ lệ phân mol ở pha ngưng tụ
XA / XB = NA.PA / NB.PB XA / XB = PA / PB
Công thức tính lượng nước để chưng cất tinh dầu trong nguyên liệu:
tdtd
nn
tdnMP
MPww
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Hệ thống đơn giản trong phòng thí nghiệm
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Hệ thống có bộ phận tách nước và tinh dầu
Bộ Dean-Stark để tách nước và tinh dầu
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Hệ thống có bộ phận tách nước và tinh dầu
Hệ thống thực tế
Bình đun tạo hơi nước
Lớp nguyên liệu chứa tinh dầu
Ngưng tụ hơi
Bình tách tinh dầu
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Phân tích sản phẩm
Phân tích sản phẩm bằng GC, IR…
Định tính – để xác định thành phần các hợp chất trong tinh dầu
và định lượng để xác định tỉ lệ hàm lượng của các hợp chất
CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC
Khuyết điểm
Chỉ tách được tinh dầu trong những nguồn chưá tinh dầu có hàm lượng
tương đối cao
Sản phẩm dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt (nhiệt phân, polymer hoá …) do tinh
dầu có chứa những hợp chất dễ biến đổi dưới tác dụng nhiệt
Bị mất 1 số thành phần chưá oxy, dễ tan trong nước
Tốn nhiều nhiên liệu và nước giải nhiệt
Ưu điểm
Quy trình đơn giản
Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo
Thời gian tách nhanh
Có thể áp dụng tách nhiều loại tinh dầu
PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ(CHROMATOGRAPHY)
CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
Chiết “xuôi” Chiết “xuôi” và chiết “ngược”
CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
Phương pháp sắc ký được nghĩ ra đầu tiên bởi Mikhail Tswett, nhà thực
vật học Nga.
Mikhail Tswett (1872-1919)
CaCO3
Petroleum ether
Plant extract
Chromatography = “color” + “to write”
1941: Martin và Synge tiên phong trong sắc ký phân bố lỏng-lỏng, phát
triển lý thuyết sắc ký (giải Nobel 1952)
Sắc ký đồ
CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
Theo pha động Theo pha tĩnh
Sắc ký lỏng (liquid chromatography, LC) Sắc ký hấp phụ (adsorption chromatography)
Sắc ký khí (gas chromatography, GC) Sắc ký phân bố (partition chromatography)
Sắc ký trao đổi ion (ion-exchange chromatography, IEC)
Sắc ký rây phân tử (size exclusion chromatography)
PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ THEO PHA TĨNH
Sắc ký hấp phụ (tách hữu cơ):
Pha tĩnh là chất rắn vô cơ (Al2O3, SiO2…)
Pha động là chất lỏng hay chất khí
Sắc ký phân bố (tách hữu cơ, cơ sở là phương pháp chiết):
Pha tĩnh là chất lỏng được giữ trên bề mặt rắn (SiO2…)
Pha động là chất lỏng hay chất khí
Pha thuận Pha đảo (chủ yếu)
Pha tĩnh phân cực Pha tĩnh không phân cực
Phân tích những chất phân cực trung bình đến cao Phân tích những chất phân cực thấp
Sắc ký trao đổi ion (tách vô cơ):
Pha tĩnh là polymer rắn có các nhóm hoạt động RSO3-H+, RN(CH3)3
+OH-
Pha động là chất lỏng (chủ yếu: H2O)
Sắc ký rây phân tử (tách polime, hợp chất cao phân tử):
Pha tĩnh là chất rắn có những lỗ trống kích thước nhỏ giữ lại những
phân tử nhỏ
Pha động là chất lỏng hay chất khí
PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ THEO PHA TĨNH
Sắc ký lỏng:
Pha động là chất lỏng
Sắc ký khí:
Pha động là chất khí
PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ THEO PHA ĐỘNG
Khả năng tách gấp nhiều lần sắc ký lỏng
chiếm 80
chiếm 20
Ưu tiên cho mẫu bay hơi được (M < 500, ts < 350C)
PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ – TÓM TẮT
Sắc ký khí: dùng cho những chất dễ bay hơi M < 500, ts < 350C
Sắc ký lỏng: mẫu bay hơi được hay không
Mẫu
M > 2000Rây phân tử
M < 2000
Không tan
trong nước
Tan
trong nước
Đồng phân
Sắc ký phân bố
Kích thước
Khác nhau
Ion hóa dễ dàng
Ion hóa một phần
Đồng đẳng
Sắc ký hấp phụ
Rây phân tử
Sắc ký trao đổi ion
Sắc ký phân bố
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
tm: thời gian lưu chết (thời gian lưu của dung môi)
tr: thời gian lưu chất A
tr = thời gian trong pha động + thời gian trong pha tĩnh
= tm + ts = tm + tm.ts/tm
= tm + tm.K’ = tm (1 + K’)
Thời gian lưu t (retention time)
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
K’ = =
Hệ số dung lượng K’ (capacity factor)
Thời gian A trong pha tĩnh
Thời gian A trong pha động
Lượng A trong pha tĩnh
Lượng A trong pha động
K’ = = KCs.Vs
CM.VM
Vs
VM
K: hệ số phân bố giữ 2 pha
Phụ thuộc bản chấtchất tan, pha tĩnh, pha động
Phụ thuộc cột, Vs + VM = Vcột = const
Pha tĩnh silica
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Hệ số dung lượng K’
K’ có thể được xác định dựa vào sắc ký đồ
Ý nghĩa: K’ càng lớn thời gian lưu càng lớn
K’ phụ thuộc bản chất chất tan, pha động và bản chất cột (pha tĩnh, kích thước)
Thường điều chỉnh pha tĩnh, pha động sao cho: 1 < K’ < 10
Với hỗn hợp đơn giản: 1 < K’ < 5
= = =
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Độ chọn lọc (selectivity factor)
Là tỉ lệ giữa hệ số dung lượng K’ của 2 chất cần tách
K’2
K’1
K2
K1
Ý nghĩa: 2 chất (2 mũi sắc ký) tách ra được khi > 1
phụ thuộc bản chất pha tĩnh và pha động
tr,2 - tm
tr,1 - tm
BÀI TẬP 9
Xác định độ chọn lọc trong mỗi sắc ký đồ tách các đồng phân R/S sau:
Đáp số: a. = 2,16b. = 1,26c. = 1,63
(R/S)-3,5-dinitro-N-(1-phenylethyl)benzamide
(R/S)-3,5-dinitrobenzoyl--amino-2,2-dimethyl-4-pentenyldimethylphosphonate
(R/S)-(3,5-dinitrobenzoyl)phenylglycine
Là đại lượng định lượng mức độ phân tách giữa 2 mũi sắc ký
Để tách tốt: R > 1,25
R = =tr,2 – tr,1
0,5(w2 + w1)
2tr
(w2 + w1)
tr,2
tr,1
w2w1
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Độ phân giải R (Resolution)
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Độ phân giải R – Mức độ tách
Độ phân giải % tách được
0,4 Gần như 1 mũi
0,6 88%
0,8 95%
1,0 98%
1,25 99,4%
BÀI TẬP 10Phân tích sắc ký tinh dầu chanh cho 2 mũi limonene (8,36 min, bề rộng đáy mũi 0,96min) và -terpinene (9,54 min, bề rộng đáy mũi 0,64 min). Tính độ phân giải giữa 2mũi?
Đáp số: R = 1,48
Tăng tr (tăng khoảng cách giữa 2 mũi): tăng tương tác giữa 2 chất với cột hay
tăng độ chọn lọc của cột đối với 1 trong 2 chất
thay đổi pha tĩnh/pha động, thường thay đổi pha động
Giảm bề rộng đáy: liên quan đến yếu tố động học của sắc ký (sự di chuyển của
chất bên trong và giữa pha động và pha tĩnh)
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Độ phân giải R – Các phương pháp cải thiện R
R = =tr,2 – tr,1
0,5(w2 + w1)
2tr
(w2 + w1)
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Hiệu năng của cột sắc ký (column efficiency)
Hiện tượng tăng bề rộng đáy mũi (band broadening): xảy ra khi chất tan di chuyển
từ đầu cột đến đầu dò
(a): rectangular
(b), (c), (d): Gaussian profile
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Hiệu năng của cột sắc ký (column efficiency)
Tương tự cột chưng cất phân đoạn, có thể xem cột sắc ký gồm nhiều lát mỏng,
mỗi lát gồm vài lớp hạt. Ở mỗi lát có sự thiết lập cân bằng chất tan trong 2 pha. Mỗi
lát mỏng như vậy gọi là một đĩa lý thuyết
MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ CỘT
Hiệu năng của cột sắc ký (column efficiency)
Hiệu năng của cột sắc ký (chiều dài L) được đánh giá trên số đĩa lý thuyết N hay
chiều cao của một đĩa lý thuyết H
N =
để tăng hiệu năng của cột cần tăng số đĩa lý thuyết N hay giảm chiều cao của
một đĩa lý thuyết H
Số đĩa lý thuyết có thể tính dựa vào sắc ký đồ
L
H
tr
w
2
N = 16tr
w1/2
2
N = 5,545
Phân tích sắc ký mẫu thuốc trừ sâu dẫn xuất clo cho mũi của Dieldrin ở 8,68 min (bềrộng đáy mũi 0,29 min).a. Tính số đĩa lý thuyết của sự phân tách trên?b. Giả sử chiều dài cột đã sử dụng là 2 m, tính chiều cao của một đĩa lý thuyết?
Đáp số: a. N = 14300b. H = 0,14 mm
BÀI TẬP 11
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Một trong những cách tiếp cận hiệu quả làm tăng hiệu năng của cột là giảm
chiều cao H của một đĩa lý thuyết
để giảm H cần xét các yếu tố thực nghiệm ảnh hưởng đến sự tăng bề rộng đáy
mũi (band broadening)
Chiều cao của một đĩa lý thuyết H bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố
1. Tính không đồng nhất của cột
2. Hiện tượng khuếch tán dọc
3. Sự truyền khối
Các yếu tố ảnh hưởng đến bề rộng đáy mũi và chiều cao đĩa lý thuyết H
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Tính không đồng nhất của cột
Các chất tan vào cột cùng lúc nhưng ra cột không cùng lúc, do chiều dài đường đicủa các chất tan khác nhau
Nguyên nhân: kích thước hạt pha tĩnh không đồng nhất pha tĩnh không được nhồi đồng nhất trong cột
Định lượng:
Cách giảm Hp: sử dụng hạt pha tĩnh có kích thước nhỏ ( nhỏ), nhồi chặt, sửdụng cột rỗng – cột mao quản (Hp = 0)
Hp = 2dp
Hp: chiều cao đĩa lý thuyết gây ra do tính không đồng nhất của cột
: const, cho biết độ không đồng nhất khi nhồi cột
dp: đường kích trung bình của hạt pha tĩnh
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Hiện tượng khuếch tán dọc
Do sự chênh lệch nồng độ chất tan chất tan khuếch tán lên và xuống trong
pha động dọc theo đường đi band broadening
Định lượng:
Cách làm giảm Hd: tăng vận tốc pha động, giảm nhiệt độ để giảm Dm
2Dm
uHd =
Dm: hệ số khuếch tán của chất tan trong pha động (Dm trong
chất khí lớn hơn trong chất lỏng)
u: vận tốc pha động
: hằng số phụ thuộc vào sự nhồi cột
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Sự truyền khối
Do sự di chuyển chậm của chất tan từ pha động (hay pha tĩnh) đến bề mặt phâncách giữa 2 pha (sự truyền khối) để đảm bảo sự cân bằng của chất tan giữa 2 pha
nếu tốc độ pha động quá nhanh thì không đủ thời gian cho cân bằng của chất tangiữa 2 pha được thiết lập
làm giảm hiệu quả tách
df
Sự khuếch tán của chất tan trong pha động bị ứ đọng
trong các hốc pha tĩnh
Sự khuếch tán của chất tan trong pha tĩnh là chất lỏng
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Sự truyền khối
Định lượng:
qK’df2
(1 + K’)2Ds
Hs =
Hs : do sự truyền khối trong pha tĩnhq: hằng số phụ thuộc vào sự nhồi cộtK’: hệ số dung lượngdf: độ dày của pha tĩnhu: vận tốc pha độngDs: hệ số khuếch tán của chất tan trong pha tĩnhHm: do sự truyền khối trong pha độngdp: đường kính của hạt pha tĩnhdc: đường kính của cộtDm: hệ số khuếch tán của chất tan trong pha động
f(dp2, dc
2)
Dm
Hm =
u
u
Cách làm giảm Hs và Hm :
Giảm vận tốc pha động
Giảm kích thước hạt pha tĩnh
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến H
H = Hp + Hd + Hs + Hm
H = 2dp + + + 2Dm
u
qK’df2
(1 + K’)2Ds
f(dp2, dc
2)
Dm
u u
Cách làm giảm H:
Giảm kích thước hạt pha tĩnh dp (cỡ vài m)
Giảm độ dày pha tĩnh df (lớp pha tĩnh tráng trên bề mặt rất mỏng)
Thay đổi tốc độ pha động u phù hợp
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Phương trình Van Deemter
H = Hp + Hd + Hs + Hm
H = A + + CuBu
Cho thấy sự ảnh hưởng của tốc độ pha động đến chiều cao của một đĩa lý thuyết
uop
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Ý nghĩa của phương trình Van DeemterH = A + + Cu
Bu
Cho thấy bề rộng đáy mũi và chiều cao đĩa lý thuyết H phụ thuộc vào các yếu tốđộng học của kỹ thuật sắc ký: tốc độ pha động u và sự di chuyển của các phân tửtrong cột luôn đi kèm với sự khuếch tán của chúng
A, B, C: các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào các điều kiện thực nghiệm và cácthông số của cột tách
A (cm): do tính không đồng nhất của cột (do sự khuếch tán hỗn loạn)
Không phụ thuộc tốc độ pha động u
Phụ thuộc kích thước hạt pha tĩnh
Phụ thuộc sự phân bố kích thước hạt pha tĩnh
Phụ thuộc tính đồng nhất khi nhồi cột
Cột mao quản có A = 0
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Ý nghĩa của phương trình Van DeemterH = A + + Cu
Bu
B (cm2/s): do sự khuếch tán dọc
Do yếu tố entropy
Quan trọng trong trường hợp sắc ký khí
Các chất tan có thể lại trộn lẫn vào nhau nếu tốc độ pha động quá nhỏ
không nên dừng cột sắc ký trong quá trình tách
C (s): do sự truyền khối
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Phương trình Hawkes
H = + (Cs + Cm)uBu
Phương trình Knox
H = Au + + CuBu
1/3
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Tốc độ tối ưu của pha động
Nếu chọn tốc độ tối ưu của pha động theo pt Van Deemter (uop) thì thời gian phân
tích rất lâu thường chọn tốc độ u gấp vài lần uop và chấp nhận số đĩa lý thuyết
giảm vài chục %
Tốc độ u Số đĩa lý thuyết N
uop 200.000
4uop 180.000
Trong thực tế, uop thường được xác định bằng thực nghiệm
ĐỘNG HỌC CỦA SẮC KÝ
Các yếu tố khác ảnh hưởng đến bề rộng đáy mũi sắc ký
Lượng mẫu cho/tiêm vào ban đầu lớn
Tốc độ cho/tiêm mẫu chậm
Thể tích chết giữa buồng tiêm và cột, giữa cột và đầu dò, trong đầu dò
(do tốc độ di chuyển của chất lỏng khác nhau giữa tâm cột đến thành cột)
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
R = tr,2 – tr,1
0,5(w2 + w1)
tr,2
w2
2
N2 = 16
tr,2 – tr,1
w2
(do w1 w2)
R 1
4𝑁2
tr,2 – tr,1
tr,2
tr = tm (1 + K’)
R 1
4𝑁2
K’2 – K’1
1 + K’2
=K’2
K’1
R 1
4𝑁2
K’2
1 + K’2
– 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Hiệu năng của cột sắc ký
Độ chọn lọc Hệ số dung lượng
R 1
4𝑁2
K’2
1 + K’2
– 1
Với giá trị R, K’2 cho trước: N thay đổi thế nào nếu tăng ?
Với giá trị R, cho trước: N thay đổi thế nào nếu tăng K’2?
a. Giả sử K’2 = 5. Tính số đĩa lý thuyết N cần thiết theo giá trị cho trước đểcó độ phân giải R = 1
BÀI TẬP 12
Độ chọn lọc Số đĩa lý thuyết N
1,01
1,02
1,03
1,05
1,1
1,2
1,5
b. Do giới hạn áp lực của pha động, thực tế số đĩa lý thuyết trong sắc ký lỏngthường không thể tăng quá 10.000. Vậy trong sắc ký lỏng phải ở mức giátrị nào?
Độ chọn lọc Số đĩa lý thuyết N
1,01 235 031
1,02 59 927
1,03 27 159
1,05 10 160
1,1 2 788
1,2 829
1,5 207
a. Giả sử = 1,05. Tính số đĩa lý thuyết N cần thiết theo giá trị K’2 cho trướcđể có độ phân giải R = 1
BÀI TẬP 13
Hệ số dung lượng K’2 Số đĩa lý thuyết N
0,1
0,2
0,5
1
5
10
b. Nhận xét sự thay đổi giá trị N theo giá trị K’2. Trong sắc ký lỏng, K’2 thườngphải ở mức giá trị nào?
Hệ số dung lượng K’2 Số đĩa lý thuyết N
0,1 853 776
0,2 254 016
0,5 63 504
1 28 224
5 10 161
10 8 538
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Ảnh hưởng của hệ số dung lượng K’2
K’2 Độ tăng R (%)
1
10 82%
15 87,5%
K’2 Độ tăng tr (%)
2
10 100%
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Các phương pháp tăng K’2
Để tăng K’2 sao cho không thay đổi đáng kể cần thay đổi điều kiện sắc ký sao cho
K’ của 2 chất cần tách đều tăng như nhau
Sắc ký khí Sắc ký lỏng
Giảm nhiệt độ cột Giảm lực pha động (bằng cách thay đổi
độ phân cực của pha động)
Tăng thời gian trong pha tĩnh Tăng thời gian trong pha tĩnh
Tăng thể tích pha tĩnh Tăng thể tích pha tĩnh
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Ảnh hưởng của việc tăng K’2
Tăng K’2 thường dẫn đến tăng thời gian lưu (vấn đề rửa giải)
Thường chọn tăng K’2 để tách hai mũi chập nhau khi thời gian lưu ngắn
Hay tăng K’2 có điều chỉnh (vd: rửa giải gradient trong sắc ký lỏng, chương trìnhnhiệt trong sắc ký khí)
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Ảnh hưởng của độ chọn lọc
Độ thay đổi Độ thay đổi R
= 1Không thể cải thiện R bằng cách
thay đổi K’2 hay N
Tăng từ 1,1 đến 1,5 Tăng độ phân giải 267%
Tăng thường giúp cải thiện đáng kể độ phân giải R hơn so với tăng K’2
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Các phương pháp tăng
Nguyên tắc chung: thay đổi thành phần pha tĩnh/pha động sao cho có
phản ứng cân bằng thứ cấp đối với một trong 2 chất tan
tăng chọn lọc K’ tăng
Sắc ký lỏng: thường thay đổi thành phần pha động
Sắc ký khí: thường thay đổi pha tĩnh
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Các phương pháp tăng
Ví dụ thay đổi bằng cách thay đổi pH của pha động trong sắc ký lỏng
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Ảnh hưởng của NL
HN =
Tăng N bằng cách tăng L hay giảm H (giảm H tiện hơn tăng L – tăng thời gian)
Giảm H bằng cách kiểm soát tốt các yếu tố trong phương trình Van Deemter
Tăng N làm cho mũi nhọn hơn
Thường chọn tăng N để tách hai mũi chập nhau khi thời gian lưu dài
Tăng N
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ PHÂN GIẢI R
Ảnh hưởng của N
Ba hợp chất A, B, C được phân tách bằng phương pháp sắc ký, sử dụng cột maoquản dài 20m. Dữ liệu phân tích như sau:
BÀI TẬP 14
Hợp chất tr (min) w (min)
Pha động 1,19
A 8,04 0,15
B 8,26 0,15
C 8,43 0,16
a. Tính số đĩa lý thuyết cho mỗi chất và số đĩa lý thuyết trung bình cho cột
b. Tính chiều cao trung bình của mỗi đĩa lý thuyết
c. Giải thích vì sao mỗi chất có số đĩa lý thuyết khác nhau
d. Tính độ chọn lọc cho mỗi cặp chất ra kế nhau
e. Tính độ phân giải cho mỗi cặp chất ra kế nhau theo công thức đúng và công
thức gần đúng. So sánh các kết quả.
f. Bàn luận các cách làm tăng độ phân giải giữa cặp chất B và C.
BÀI TẬP 14 – HƯỚNG DẪN GIẢI
Hợp chất N N trung bình
A 45 967
46 300B 48 517
C 44 416
a.
b. H trung bình = L/N trung bình = 0,43 mm
d.
Cặp chất
A, B 1,03
B, C 1,02
= = =K’2
K’1
K2
K1
tr,2 - tm
tr,1 - tm
tr
w
2
N = 16
BÀI TẬP 14 – HƯỚNG DẪN GIẢIe. Công thức đúng
R = =tr,2 – tr,1
0,5(w2 + w1)
2tr
(w2 + w1)
Công thức gần đúng
R 1
4𝑁2
K’2
1 + K’2
– 1
Cặp chất K’2 R đúng R gần đúng
A, B 5,94 1,47 1,47
B, C 6,08 1,10 1,10
Một thí nghiệm phân tích sắc ký được thực hiện trên cột dài 2m, thu được sắc ký đồnhư sau:
BÀI TẬP 15
Xác định tr, w, K’, N, và H.
BÀI TẬP 16
a. Xác định độ phân giải giữa 2 mũi sắc kýb. Thời gian chết của cột là 50s. Tính chiều dài cột cần thiết để đạt độ phân giải
1,5.c. Tính chiều cao đĩa lý thuyết cần thiết để đạt độ phân giải 1,5 mà không cần
tăng chiều dài cột.
Một thí nghiệm phân tích sắc ký được thực hiện trên cột dài 2m, thu được sắc ký đồnhư sau:
BÀI TẬP 17
Điền những giá trị thích hợp vào ô trống của Bảng sau:
N2 K’2 R
100.000 1,05 0,50
10.000 1,10 1,50
10.000 4,0 1,00
1,05 3,0 1,75
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Đại cương
Ra đời đầu tiên: sắc ký cột, sắc ký bản mỏng
Pha tĩnh là chất rắn vô cơ phân cực: silica gel (SiO2), alumina (Al2O3), MgO,
Florisil (MgO & SiO2)
Pha động: lỏng/khí
Cơ chế hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Trường hợp sử dụng:
Chất cần tách có độ phân cực từ thấp đến trung bình
Có M < 1000
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Đại cương – Hiện tượng hấp phụ vs hiện tượng phân bố
Sắc ký phân bố: K = Cs/CM = tg = const
CM
Cs Sắc ký hấp phụ: K = Cs/CM = tg: thay đổi
CM nhỏ lớn K lớn dung dịch càng loãng, chất càng bị hấp phụ mạnh hiện tượng tailing khó tách
SKPB SKHP
Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Đại cương – Khắc phục tailing trong sắc ký hấp phụ
Pha loãng dung dịch cần tách
(khi dung dịch rất loãng, K thay đổi rất ít mũi đối xứng)
Làm giảm hoạt tính của chất hấp phụ (vd: cho hấp phụ nước)
+ H2O
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Pha tĩnh
Tinh bột (Tswett, 1903)
Silica gel
Alumina
Florisil
Than hoạt tính
Pha tĩnh silica – tâm hoạt tính
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Silanol kết hợp
Silanol tự do Siloxane
Nhóm chức Silanol kết hợp Silanol tự do Siloxan
Hoạt tính Cao Thấp Rất thấp
Tâm silanol kết hợp có hoạt tính cao do có 2 nhóm OH nằm cạnh nhau, có thể tạo
liên kết chelat bền
Pha tĩnh
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Pha tĩnh silica gel
+ H2O
Nước phá hủy liên kết hidro của các nhóm silanol kết hợp
Nước tạo liên kết hidro với các nhóm silanol
Nước làm giảm hoạt tính của các tâm hấp phụ
Khi bề mặt silica hấp phụ nước:
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Pha tĩnh silica gel
Hoạt tính của silica gel tùy thuộc vào tỉ lệ 2 nhóm silanol tạo thành sau khi
điều chế
Nung silica gel ở 150C trong vài h để mất H2O
Nếu nung ở trên 300C thì các nhóm OH tách H2O tạo nhóm siloxane
Có thể điều chỉnh hoạt tính silica gel bằng cách điều chỉnh lượng H2Othêm vào
Nguyên tắc điều chế
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Pha tĩnh silica gel – Khả năng hấp phụ
Hấp phụ vật lý
Hấp phụ hóa học: các nhóm silanol có tính acid hấp phụ mạnh những
chất có tính bazơ
Hấp phụ chọn lọc: có tính chọn lọc cao đối với các đồng phân vị trí
Vd: Hydroquinone bị giữ trên silica gel mạnh hơn catechol do hydroquinonetạo được liên kết chelat bền với các tâm silanol còn catechol chỉ tạo liên kếtđơn nha
Pha tĩnh
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Pha tĩnh alumina – So sánh với silica gel
Silica gel Alumina
Tâm hoạt tính là nhóm silanol Tâm hoạt tính là Al3+, O2-
Si-OH: tính acid hấp phụ các chấtcó tính bazơ
Al3+: acid Lewis hấp phụ các chấtgiàu electron (vd: arene)
O2-: hấp phụ các chất cho proton
Nung loại nước ở trên 300C làmgiảm hoạt tính do tạo nhómsiloxane
Nung loại nước ở trên 300C làmtăng hoạt tính do loại các nhómOH
Có tính acid hấp phụ hóa họccác chất có tính bazơ
Có tính bazơ hấp phụ hóa họccác chất có tính acid
Hấp phụ mạnh hơn silica gel nên cóthể gây những phản ứng hóa họcphụ
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Pha tĩnh Florisil (MgSiO3)
Thường sử dụng ở giai đoạn làm sạch để loại bớt một số tạp chất trước khi
cho vào cột
Pha tĩnh than hoạt tính
Nếu nung C trong khí trơ (N2) để loại H2O tạo C: không phân cực giữ
lại những chất không phân cực và theo kích thước (chất có kích thước càng
lớn thì lực Van der Waals càng lớn)
Nếu nung C rồi cho vào một chất oxi hóa để chuyển thành andehyde, acid
tạo những chất phân cực hấp phụ những chất phân cực (giống silica gel,
alumina)
Do kích thước hạt không đều thời gian lưu không lặp lại ít dùng trong
sắc ký, chủ yếu để loại bớt tạp chất, màu, mùi...
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
Cho biết cơ chế ảnh hưởng của 3 yếu tố: pha tĩnh, pha động, chất tan
Áp dụng trong trường hợp pha động là dung môi kém phân cực
M M M M M
Pha tĩnh
X M
X
Chất tan X tiếp xúc bề mặt pha tĩnh sẽ thế chỗ phân tử dung môi pha động M
Nếu M bị hấp phụ yếu X thế chỗ dễ dàng X ra chậm
Nếu M bị hấp phụ mạnh X thế chỗ khó X ra nhanh
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
lgK’ = lgVa + *
2,3RT(nGM - GX)
K’ Hệ số dung lượng của chất tan X
Va Thể tích chiếm bởi pha động trong 1 mol pha tĩnh
* Hệ số hoạt tính của pha tĩnh
nhiều nhóm silanol kết hợp, * càng lớn
nhiều nhóm siloxane hay nhiều nước, * càng nhỏ
khan nước hoàn toàn, * = 1
T Nhiệt độ tuyệt đối, T càng cao sự hấp phụ càng yếu
n Tỉ lệ số phân tử M bị đẩy ra/số phân tử X thế chỗ
= Tỉ lệ diện tích X/diện tích M = AX / AM
GM < 0 Năng lượng hấp phụ của 1 mol pha động
GM càng âm, K’ càng nhỏ
GX < 0 Năng lượng hấp phụ của 1 mol X
GX càng âm, K’ càng lớn
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
lgK’ = lgVa + *
2,3RT(nGM - GX)
= lgVa + *nGM GX
2,3RT 2,3RT-
ĐặtGX
2,3RT= SX > 0 : năng lượng hấp phụ tuyệt đối của 1 mol X-
GM
2,3RTAM
= o > 0- : năng suất rửa giải của dung môi pha độngo càng lớn, dung môi pha động càng mạnh, K’ càng bé
lgK’ = lgVa + * (SX - oAX)
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
lgK’ = lgVa + * (SX - oAX)
Ảnh hưởng của chất tan
SX càng lớn K’ càng lớn X ra càng chậm
Pha tĩnh phân cực X càng phân cực, càng bị giữ lại mạnh
Hydrocarbon no
Anken Aren Dẫn xuất halogen
Ete Nitro AndehitXetonEste
AncolAmin
Amid Axitcarboxylic
Độ phân cực tăng dần
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
Ảnh hưởng của chất tan
Nếu xét phân tử gồm nhiều mảnh nhỏ thì mỗi mảnh có năng lượng hấp phụ riêng
Công thức gần đúng:
Năng lượng hấp phụ của phân tử X = tổng năng lượng hấp phụ của từng mảnh
SX = Qi Qi năng lượng hấp phụ của 1 mảnh phân tử
Mảnh phân tử Qi (silica gel) Qi (alumina)
CH3 0,11 0,06
CH2 0,07 0,12
CH= 0,25 0,31
CHO 3,48 3,35
RCOOR’ 4,18 4,02
OH 4,2 7,4
NH2 5,1 4,4
COOH 6,1 19
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
Ảnh hưởng của chất tan
Nhóm CH3, CH2: năng lượng hấp phụ rất nhỏ
sắc ký hấp phụ không tách được các chất đồng đẳng
Hấp phụ hóa học:
Nhóm NH2 (tính bazơ): bị hấp phụ mạnh trên silica do silica có tính acid
Nhóm COOH (tính acid): bị hấp phụ mạnh trên alumina do alumina có tính bazơ
Công thức trên chỉ là công thức gần đúng do chưa tính đến yếu tố: các chất bị
hấp phụ mạnh sẽ làm giảm sự hấp phụ của các chất bị hấp phụ yếu hơn
Thực tế: SX < Qi
SX = Qi
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
lgK’ = lgVa + * (SX - oAX)
Ảnh hưởng của dung môi pha động
o không phụ thuộc bản chất của chất tan, chỉ phụ thuộc bản chất của
dung môi pha động
thứ tự rửa giải của chất tan không đổi khi thay đổi dung môi pha
động
o càng lớn (dung môi càng mạnh) K’ càng nhỏ chất tan ra càng
nhanh
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
Ảnh hưởng của dung môi pha động
Dung môi o (silica gel) o (alumina) Ghi chú
n-Pentane
o (silica gel)
= 0,77o (alumina)
0,00
Isooctane 0,01
Carbon tetrachloride 0,18
Xylene 0,26
Toluene 0,29
Benzene 0,32
Chloroform 0,40Có thể tạo LK hidro, kéo mạnhnhững chất có thể tạo LK hidro
Dichloromethane 0,42 Không thể tạo LK hidro
Ethylacetate 0,58
Acetonitrile 0,65
Isopropanol 0,82
Methanol 0,95
Water > 0,95 Không sử dụng trong SKHP
SẮC KÝ HẤP PHỤ - CÔNG THỨC SNYDER
Ảnh hưởng của dung môi pha động
Lý thuyết có nhiều dung môi nhưng thực tế chỉ dùng một số dung môi
nhất định
Ban đầu thường dùng các dung môi ít phân cực
Nếu chất tan bị giữ lại mạnh mới trộn dung môi ít phân cực với dung môi
phân cực mạnh hơn (theo thứ tự độ phân cực tăng dần) để tăng độ phân
cực của dung môi pha động
Lưu ý hàm lượng nước trong pha động và trong pha tĩnh phải cân đối
nhau nếu không thời gian lưu sẽ thay đổi khi lập lại thí nghiệm
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Cấu tạo cột sắc ký
Ứng dụng: tách, tinh chế các chất hữu cơ (tổng hợp/hợp chất tự nhiên)
Khoảng khối lượng có thể tách: vài mg – vài gam
Sử dụng cột thủy tinh hình trụ, chiều dài cột: vài cm – 1m,
đường kính trung bình 1/15 chiều dài
Đáy cột được bít bằng bông
Trên lớp bông là lớp cát 1 cm
Trên lớp cát là lớp pha tĩnh: silica gel hay alumina
Trên lớp pha tĩnh, cuối cùng là lớp cát 1 cm
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Thông số cấu trúc Giá trị
Đường kính hạt trung bình 40-200 m
Đường kính lỗ xốp trung bình 40-300 Å
Diện tích bề mặt 100-800 m2/g
Sắc ký cột – Pha tĩnh silica
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Cách nhồi cột
Cho silica vào cột rỗng để đo một lượng silica thích hợp (vd: 15 cm)
Cho silica đã đo vào Erlen 250 mL, cho vào dung môi kém phân cực ngập lớp silica
Bít đáy cột bằng bông: lượng bông chỉ đủ để cát không lọt qua vòi khóa cột mà
không làm thay đổi tốc độ pha động
Giữ cột cố định bằng kẹp trên và kẹp dưới: cột phải được giữ thẳng đứng
Thêm vào lớp cát thô (loại dành cho sắc ký)
Thêm vào lớp dung môi khoảng 5 cm
Gõ vào cột để cố định lại lớp cát
Nhồi cột bằng silica: lớp silica phải luôn ngập trong dung môi, không để cột khô
Vừa nhồi vừa gõ cột để cố định lớp silica
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Cách nhồi cột
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Cách nhồi cột
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Chuẩn bị mẫu và cho mẫu vào cột sắc ký
Mẫu được hòa tan trong lượng tối thiểu (hệ) dung môi kém phân cực nhất có
thể, tốt nhất hòa tan trong chính hệ dung môi rửa giải
Vd: Hệ dung môi rửa giải là Hexane/EtOAc thì dung môi hòa tan mẫu là
Hexane/EtOAc 9:1
Nếu mẫu không tan trong hệ dung môi rửa giải:
dùng DCM hay toluene nếu giá trị Rf trong các dung môi này < 0,3
Nếu giá trị Rf lớn: cho thẳng mẫu khan dung môi
Khóa vòi cột, cho trước vào cột lớp dung môi 1-2 mm
Dùng pipette Pasteur để cho mẫu vào cột sắc ký sao cho không làm xáo trộn lớp
cát và không để mẫu thấm vào lớp silica trước khi cho hết mẫu
Sau khi cho hết mẫu, bắt đầu cho dung môi chạy, luôn đảm bảo lượng dung môi
cao hơn lớp cát 3-10 cm
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Chuẩn bị mẫu và cho mẫu vào cột sắc ký
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Chuẩn bị mẫu và cho mẫu vào cột sắc ký
SẮC KÝ HẤP PHỤ
Sắc ký cột – Chạy cột
Rửa giải cột với tốc độ 5 cm/phút, thu mỗi phân đoạn mỗi 30s
Kiểm tra thành phần mỗi phân đoạn bằng sắc ký bản mỏng, phổ UV-VIS,
NMR, MS
Gom các phân đoạn có thành phần giống nhau lại và loại bỏ dung môi để
thu được sản phẩm mong muốn
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Cấu tạo bản mỏng
Bản mỏng là một tấm thủy tinh, nhựa hay nhôm
Lớp pha tĩnh (100-200 m) được tráng trên bản mỏng, thành phần: silica gel,
alumina
Lớp pha tĩnh được giữ dính trên bản mỏng bởi một chất kết dính hữu cơ hay vô
cơ thêm vào trong quá trình chế tạo
Chất kết dính hữu cơ: tinh bột, polymer hữu cơ
Chất kết dính vô cơ: CaSO4.0,5H2O
Chất chỉ thị phát huỳnh quang (fluorescent, vd: kẽm orthosilicate - Zn2SiO4, Mn
hoạt hóa) được thêm vào pha tĩnh để hiển thị các chất hấp thu trong vùng UV
Ứng dụng: theo dõi phản ứng tổng hợp hữu cơ, kiểm tra độ tinh khiết trong quá
trình tách và tinh chế
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – chuẩn bị
Chuẩn bị bình giải ly, thường bằng thủy tinh trong suốt, kích thước nhỏ nhất phùhợp với bản mỏng (lớn hơn một chút so với kích thước bản mỏng) và có nắp đậykín
Chuẩn bị các vi quản từ các ống thủy tinh dùng để đo điểm nóng chảy (10-10 cm,đường kính 1-2 mm)
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Chuẩn bị bản mỏng dài khoảng 5 cm (cắt ra từ bản 2020 cm)
Dùng bút chì vạch nhẹ mức xuất phát và mức tiền tuyến dung môi (mức tiềntuyến cũng có thể được vạch sau khi kết thúc giải ly)
Mức xuất phát
Mức tiền tuyến dung môi
1 cm
0,5 cm
Chuẩn bị dung dịch mẫu: hòa tan mẫu trong dung môi hữu cơ thích hợp(không nhất thiết là dung môi giải ly) với nồng độ 2-5%
Nguyên tắc thực hiện – chuẩn bị
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – chấm mẫu
Có thể chấm nhiều mẫu lên bản mỏng, các vết cách nhau 1 cm, cách bìa 1,5 cm
Có thể chấm nhiều mẫu vào cùng một điểm (nội chuẩn)
S1 S2 P hay S1, S2, P
S1 + S2 P
Cho dung dịch mẫu lên bản mỏng bằng vi quản, vết chấm không nên quá đậmđặc và quá rộng, làm giảm hiệu quả tách (tailing)
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – giải ly
Cho khoảng 10 mL dung dịch giải ly vào bình
mực dung môi giải ly phải thấp hơn mức xuất phát của bản mỏng,tránh hòa tan các vết chấm
lượng dung môi giải ly phải đủ lớn để bão hòa bầu khí quyển củabình, tránh hiện tượng mức tiền tuyến dung môi có hình lõm (dodung môi đi ở 2 bên cạnh nhanh hơn đi ở giữa bản)
Lượng dung môi giải ly đủ bão hòa bình
Lượng dung môi giải ly chưa đủ bão hòa bình
Đặt tấm bản mỏng vào bình giải ly, cạnh đáy của tấm ngập vào dung dịchgiải ly khoảng 0,5 cm, có thể bắt đầu tính thời gian giải ly
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – giải ly
Dung môi giải ly bắt đầu đi lên bản mỏng nhờ lực mao dẫn và đẩy các vếtmẫu với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ tương tác của mẫu với phatĩnh và độ tan của mẫu trong pha độngVd: Các dung môi không phân cực sẽ đẩy các hợp chất không phân cực lênđến mức tiền tuyến
Lấy bản mỏng ra khỏi bình khi dung môi lên đến cách cạnh trên 0,5 cm.Dùng viết chì vạch nhẹ ngay mức tiền tuyến, tránh để dung môi lên quá cạnhtrên của bản
Để dung môi bay hơi hoàn toàn
Sau 5 min Sau 10 min Sau khi dung môi bay hơi hoàn toàn
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – hiện hình các vết sau giải ly
Các hợp chất có màu có thể thấy được bằng mắt thường Phần lớn các hợp chất hữu cơ không có màu cần hiện hình bằng phương pháp
vật lý hoặc hóa học
Phương pháp vật lý
Sử dụng đèn UV có thể chiếu 2 loại tia 254 và 366 nm Không phá hủy mẫu (non-destructive)
Đèn chiếu tia UV 254 nm Đèn chiếu tia UV 366 nm
Dùng để nhận ra các hợp chất có thể hấpthu tia UV do tạo thành vết có màu tốisẫm trên nền bản mỏng xanh lục sáng chói
Dùng để nhận ra những hợp chất có thểphát huỳnh quang do tạo thành vết cómàu sáng trên nền bản mỏng sẫm màu
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – hiện hình các vết sau giải ly
Phương pháp hóa học
Thuốc thử được hòa tan trong dung môi thích hợp
Phun xịt dung dịch thuốc thử lên bản mỏng
Thuốc thử + hợp chất dẫn xuất có màu
Đa số phá hủy mẫu (destructive)
Phân loại thuốc thử: thuốc thử không đặc trưng và thuốc thử đặc trưng
Thuốc thử không đặc trưng Thuốc thử đặc trưng
Tạo vết có màu với hầu hết các tấtcả các hợp chất hữu cơ
Chỉ tác dụng với những nhóm chứchóa học đặc biệt, tạo vết có màuđặc trưng
Vd: I2, H2SO4, rhodamin B, chất chỉthị phát huỳnh quang
Vd: Thuốc thử dinitrophenylhydrazin tác dụng với nhóm carbonyl tạo màu đỏ đậm
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – hiện hình các vết sau giải ly
Phương pháp hóa học
Thuốc thử Đặc trưng Hợp chất Màu của vết Ghi chú
Hơi I2 không Hầu hết các hợp chất
hữu cơ
Vàng hay nâu Không phá hủy mẫu
Phun H2SO4 + đốt thành than
không Hầu hết các hợp chất
hữu cơ
đen Phá hủy mẫu, không định lượng được
2,7-Fluorescein không Hầu hết các hợp chất
hữu cơ
Lục - vàng
2,4-Dinitrophenylhydrazin
có Aldehyd, ceton Đỏ - cam
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Nguyên tắc thực hiện – phân tích kết quả
60 mm
54 mm
22mm
34 mm
Mẫu Rf
S1 34/60 = 0,57
S2 22/60 = 0,37
P 54/60 = 0,90
Rf = Đoạn đường di chuyển của hợp chất
Đoạn đường di chuyển của dung môi
Rf (retardation factor) phụ thuộc vào các yếu tố:
Pha động (thành phần hệ dung môi, độ bão hòa dung môi trong bình) Pha tĩnh (kích thước hạt, hàm lượng nước, độ dày) Lượng mẫu chấm lên bản Nhiệt độ
Cần có chất chuẩn trong mỗi bản
SẮC KÝ BẢN MỎNGỨng dụng
Để theo dõi diễn tiến của phản ứng tổng hợp hữu cơ
SẮC KÝ BẢN MỎNGỨng dụng
Biết được số hợp chất có trong hỗn hợp mẫu ban đầu
Chuẩn bị nhiều bản
Chấm mẫu chất lên mỗi bản
Mỗi bản giải ly với một hệ dung môi khác nhau
Dò tìm hệ dung môi thích hợp có thể tách các hợp chất trong mẫu ra trên bản
Số vết trên bản cho biết gần đúng số hợp chất trong mẫu (lưu ý: do độ phân giảithấp nên một vết trên bản chưa chắc đó là một chất)
Biết được sơ bộ tỉ lệ hàm lượng của các hợp chất có trong mẫu ban đầu
Sau khi biết được số hợp chất có trong mẫu, dựa vào độ đậm nhạt của vết có thểđoán được hợp chất nào là sản phẩm chính, hợp chất nào là tạp chất
Từ đó đề xuất các xử lý thích hợp nhằm cô lập và tinh chế
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Ứng dụng
Biết được tính phân cực của các hợp chất có trong mẫu ban đầu
Giải ly với nhiều loại hệ dung môi với độ phân cực tăng dần và quan sát kết quả
Các chất có giá trị Rf nhỏ ngay cả với hệ dung môi phân cực mạnh là các chất cótính phân cực mạnh
Các chất có giá trị Rf lớn ngay cả với hệ dung môi phân cực trung bình là các chấtcó tính phân cực yếu
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Ứng dụng
Mẫu là sản phẩm của phản ứng tổng hợp hữu cơ (hỗn hợp chứa 2-3 chất): chọnhệ dung môi sao cho chất quan tâm có Rf 0,2 - 0,3
Mẫu là cao thô chiết xuất từ cây cỏ (gồm nhiều hợp chất từ không phân cực đếnrất phân cực): chọn hệ dung môi đầu tiên sao cho chất ít phân cực nhất có Rf
0,5 và hệ dung môi sau đó sao cho chất phân cực nhất có Rf 0,2
Áp dụng hệ dung môi trên cho sắc ký cột, có thể giảm độ phân cực của hệ dungmôi một chút vì chất lượng pha tĩnh trên cột kém hơn chất lượng pha tĩnh trênbản mỏng
Để tìm hệ dung môi cho sắc ký cột
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Ứng dụng
Để theo dõi quá trình sắc ký cột
SẮC KÝ BẢN MỎNG
Ứng dụng
Để kiểm tra độ tinh khiết của một hợp chất trước khi gửi NMR
Thay thế cho HPLC
Chuẩn bị 3 bản và giải ly mẫu với 3 hệ dung môi khác nhau về độ phân cựcvd: Hexane : CHCl3 (3:1), CHCl3 : EtOAc (1:1), CHCl3 : MeOH (9:1)
Nếu cả 3 bản cùng cho vết tròn, gọn là mẫu tinh khiết, nếu có thêm vết khác làmẫu còn tạp chất cần tinh chế thêm
Để công bố đặc điểm của sản phẩm mới
Giá trị Rf của một chất mới tổng hợp hay mới cô lập có ý nghĩa cung cấp thêmthông tin đặc trưng của chất đó bên cạnh các dữ liệu như NMR, MS, IR, EA vànhiệt độ nóng chảy
Tuy nhiên do giá trị Rf dễ thay đổi theo nhiều yếu tố nên không có độ tin cậy cao
BÀI TẬP 18
Trong một nghiên cứu cơ chế hóa học gây ung thư ở cấp độ phân tử, các
phản ứng tổng hợp sau được tiến hành:
Sắp xếp 4 chất trên theo thứ tự tăng dần giá trị Rf khi phân tích chúng bằng
sắc ký bản mỏng với pha tĩnh là silica gel và dung môi giải ly là CH2Cl2.
BÀI TẬP 19
Theo dõi diễn tiến của phản ứng khử sau bằng sắc ký bản mỏng:
Biết rằng trong hệ dung môi đã chọn, tác chất 5 có giá trị Rf = 0,5. Vẽ và địnhdanh các vết dự đoán thu được khi phản ứng xong 50% và xong hoàn toàn
BÀI TẬP 20
Giải thích ảnh hưởng của các điều sau trong sắc ký bản mỏng:
1. Chấm quá nhiều mẫu vào một điểm
2. Hoạt tính của pha tĩnh quá cao
3. Quên lấy bản mỏng ra khi dung môi đã lên đến cạnh trên của bản mỏng
4. Để quá nhiều dung môi trong bình giải ly, mực dung môi cao hơn mức
xuất phát
5. Để dung môi quá ít trong bình giải ly
6. Độ phân cực của dung môi quá cao
BÀI TẬP 21
So sánh giá trị Rf của ortho- và para-nitroaniline trong sắc ký bản mỏng, pha
tĩnh silica gel. Giải thích?
BÀI TẬP 22
Xét bản mỏng (pha tĩnh silica gel, dung môi hexane) phân tích 3 hợp chất A,B, C sau:
A B C
a. Xác định giá trị Rf của A, B, C với dung môi hexane
b. Sắp xếp A, B, C theo thứ tự độ phân cực tăng dần
c. Dự đoán sự thay đổi giá trị Rf của A, B, C khi đổi dung môi hexane thànhacetone
BÀI TẬP 23
Kiểm tra sắc ký bản mỏng (pha tĩnh silica gel, dung môi hexane/EtOAc 50:50)
của một mẫu X sau tinh chế cho thấy chỉ có một vết với giá trị Rf = 0,55. Mẫu
X có phải là một chất tinh khiết không? Đề xuất các thí nghiệm cần thực hiện
để khẳng định mẫu X là một chất tinh khiết.
BÀI TẬP 24
Sắc ký đồ sau thu được trong một thí nghiệm sử dụng sắc ký bản mỏng để
tìm hệ dung môi cho sắc ký cột để tách ba hợp chất X, Y, Z (pha tĩnh: silica
gel, dung môi hexane/EtOAc 95:5):
Đề xuất hướng thay đổi hệ dung môi giải ly để tách tốt hơn 3 hợp chất này
BÀI TẬP 25
Một sinh viên kiểm tra mẫu thu được sau một phản ứng tổng hợp hữu cơ
bằng sắc ký bản mỏng và thu được kết quả như sau:
Sinh viên trên đã có thao tác gì sai?
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Đại cương
SKPB ra đời có thể khắc phục các nhược điểm của SKHP
Ra sau sắc ký hấp phụ khoảng 50 năm
Ứng dụng nhiều trong sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Sắc ký phân bố có thể khắc phục các nhược điểm của sắc ký hấp phụ
Nhược điểm của SKHP:
Không dùng được cho những chất tan trong H2O và những chất không tan
trong H2O nhưng có độ phân cực cao
chỉ AD cho những chất có độ phân cực từ thấp đến TB
Hệ số phân bố K = CS/CM thay đổi theo CM mũi bị kéo đuôi
Pha tĩnh và pha động trong SKPB
Pha tĩnh: chất lỏng thấm lên trên bề mặt của một chất rắn trơ (Vd: SiO2)
Pha động: chất lỏng khác không tan trong chất lỏng làm pha tĩnh
Nguyên tắc: giống phương pháp chiết
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Đại cương
Phân loại SKPB
Sắc ký phân bố
SKPB pha thuận (thường)
Khi pha tĩnh có độ phân cực cao hơnpha động
Ps > PM
Dùng cho những chất có độ phân cựctừ TB đến cao
Pha động: chỉ có dung môi hữu cơ
Đắt tiền
SKPB pha đảo (trên 75%)
Khi pha tĩnh có độ phân cực kém hơnpha động
PS < PM
Dùng cho những chất có độ phân cựctừ thấp đến TB
Pha động: H2O + dung môi hữu cơ
Rẻ tiền, cột bền hơn
PPSPM
K’ = 1
PX
K’ > 1
PPMPS
K’ = 1
PX
K’ > 1
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Đại cương
So sánh SKPB và SKHP
Sắc ký hấp phụ Sắc ký phân bố
Chỉ tách các chất có độ phân cực từ thấpđến TB
Có thể tách các chất có độ phân cựctừ thấp đến cao
Những chất có độ phân cực cao bị giữ lạimạnh do sự hấp phụ mạnh của pha rắnSiO2/Al2O3
Những chất có độ phân cực cao (SKPBpha thường) bị giữ lại yếu hơn do phatĩnh là chất lỏng
Pha tĩnh là chất rắn các tâm hoạt tínhcố định
Pha tĩnh là chất lỏng có thể xoaytheo hướng chất tan
Hiện tượng kéo đuôi khi dung dịch loãng Hệ số phân bố không phụ thuộc nồngđộ chất tan
Rất chọn lọc đối với đồng phân vị trí Không chọn lọc đối với đồng phân vịtrí
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Đại cương
SKPB cổ điển và SKPB cải tiến
SKPB cổ điển: pha tĩnh chỉ là chất lỏng lớp chất lỏng bị hòa tan một ít sau mỗi
lần sử dụng hư pha tĩnh, tR thay đổi
SKPB cải tiến: pha tĩnh là SiO2 được biến tính, với lớp dung môi hữu cơ được gắn
lên SiO2 bằng phản ứng hóa học
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Đại cương
Phản ứng silan hóa
- HX
Tóm tắt sự khác nhau giữa SKPB pha thường và SKPB pha đảo
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Đại cương
Độ phân cực chất tan
Cao Trung bình Thấp
Pha tĩnh (gốc R)
Độ phân cực pha động
Trung bình Thấp Cao Trung bình
Thành phần pha động
Hexane/DCM
20:80
Hexane/DCM
95:5
H2O/MeOH (hay MeCN)
60:40
H2O/MeOH
10:90
Đặc điểm chung
Pha tĩnh có độ phân cực thấp
Pha động có độ phân cực từ trung bình đến cao
Dùng để tách các chất tan có độ phân cực từ thấp đến trung bình
Chất tan có độ phân cực càng thấp càng bị giữ lại mạnh và ngược lại
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Ảnh hưởng của pha tĩnh
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Pha tĩnh C4 (n = 3)
Pha tĩnh C8 (n = 7)
Pha tĩnh C18 (n = 17)
Ảnh hưởng của pha tĩnh
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Lực tương tác giữa chất tan và pha tĩnh là lực Van der Waals
Lực Van der Waals càng lớn khi n càng tăng cột C18 được sử dụng nhiều nhất
Tổng hợp hữu cơ không thể chuyển hóa 100% các nhóm silanol
dây hydrocarbon càng ngắn càng dễ có hiện tượng SKHP bên cạnh SKPB
cột C18 được sử dụng nhiều nhất
Ảnh hưởng của chất tan
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Pha tĩnh không phân cực chất tan càng kém phân cực, càng bị giữ lạimạnh
Vì bản chất lực tương tác là VDW nên SKPB pha đảo có thể tách được cácchất trong cùng dãy đồng đẳng hay các chất đồng phân có cấu tạo mạchcacbon khác nhau
Đồng đẳng: mạch ngắn ra trước, mạch dài ra sau
Đồng phân: mạch nhánh ra trước, mạch không phân nhánh ra sau
Hydrocarbon no Anken AndehitXetonEste
Amin Ancol, phenol
Axitcarboxylic
Độ phân cực tăng dần, tr giảm dần
Ảnh hưởng của pha động
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Chất càng phân cực ra càng nhanh: PA > PB A ra trước B
Tăng độ phân cực PM của pha động (tăng %H2O) A vẫn ra trước B nhưng cả hai
đều ra chậm hơn
H2O là dung môi yếu nhất trong SKPB pha đảo: pha động càng chứa nhiều H2O thì
thời gian lưu càng lớn
Ảnh hưởng của pha động
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Hai hệ dung môi sử dụng phổ biến: H2O/MeCN, H2O/MeOH
Acetonitrile Methanol
Có momen lưỡng cực lớn = 3,92 D
Tương tác lưỡng cực mạnh vớinhững chất phân cực/dễ phân cực
Momen lưỡng cực = 1,69 D
Tương tác lưỡng cực yếu hơnMeCN nhưng tương tác mạnh vớinhững chất có thể tạo liên kết hidro
Độ nhớt thấp hơn MeOH Độ nhớt cao hơn MeOH
Áp suất hoạt động cao (100 atm)
Ảnh hưởng của pha động – Thang năng suất rửa giải o theo thành phần
pha động
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
40 60 80 100
% MeOH trong hệ MeOH/H2O
% MeCN trong hệ MeCN/H2O
o
o
Thường đầu tiên thử hệ MeCN/H2O với % MeCN thay đổi
Nếu chưa tách tốt thì thử hệ MeCN/MeOH/H2O, hệ MeOH/H2O hay hệ với các
dung môi khác (vd: THF)
Hai hệ dung môi có cùng o sẽ có thời gian lưu tương tự nhau
Thường dò tìm hệ dung môi pha động bằng sắc ký bản mỏng
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha đảo
Ảnh hưởng của pha động – Năng suất rửa giải o theo thành phần pha
động
Đặc điểm chung
Pha tĩnh có độ phân cực cao
Pha động có độ phân cực từ thấp đến trung bình
Dùng để tách các chất tan có độ phân cực từ trung bình đến cao
Chất tan có độ phân cực càng cao càng bị giữ lại mạnh và ngược lại
Cơ chế lưu giữ tương tự như sắc ký hấp phụ
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha thường
Ảnh hưởng của pha tĩnh
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha thường
Các tâm –CN, -NH2 giữ yếu hơn các tâm hấp phụ của SiO2, Al2O3
Dung môi o (Al2O3) o (SiO2) o (-CN) o (-NH2)
Dichloromethane 0,42 0,32 0,14 0,06
SKPB pha thường có thể tách các chất có độ phân cực từ TB đến cao, SKHP
chỉ có thể tách các chất có độ phân cực từ thấp đến TB
Các tâm –CN, -NH2, -OH có tính khử dễ bị OXH, nhất là ở nhiệt độ cao
cột SKPB pha thường kém bền hơn cột SKPB pha đảo
Ảnh hưởng của pha động
SẮC KÝ PHÂN BỐ - Sắc ký phân bố pha thường
Chất càng phân cực ra càng chậm: PA > PB A ra sau B
Giảm độ phân cực PM của pha động (tăng %DCM) A vẫn ra sau B nhưng cả hai
đều ra chậm hơn
BÀI TẬP 26
Haddad và cộng sự nghiên cứu tách hai hợp chất giảm đau salicylamide vàcaffeine bằng HPLC, cột C18, thu được kết quả các giá trị K’ theo thành phầnpha động như sau:
a. Xác định dãy giá trị nào là K’salicylamide, dãy giá trị nào là K’caffeine?b. Phân tích thuận lợi và bất lợi khi sử dụng pha động có %MeOH thấp?
%v/v MeOH 30% 35% 40% 45% 50% 55%
K’? 2,4 1,8 1,6 1,0 0,7 0,7
K’? 4,3 2,8 2,3 1,4 1,1 0,9
Thời gian phân tích (min) 16 11 8 6 5 4
Haddad et al. J. Chem. Educ., 1983, 60, 166
BÀI TẬP 27
Sắc ký đồ phân tích HPLC của 5 dược chất an thần thuộc họ barbiturate thuđược như sau:
Xác định phương pháp phân tích trên là sắc ký pha thường hay pha đảo?
Peak Identification1 . Barbital (0.25 mg/ml)2 . Phenobarbital (0.1 mg/ml)3 . Talbutal (0.3 mg/ml)4 . Amobarbital (0.25 mg/ml)5 . Mephobarbital (0.1 mg/ml)
Biết cấu trúc của hợp chất 1 và 2:
21
BÀI TẬP 28Cho các thông tin và 2 sắc ký đồ ứng với 2 hệ pha động khác nhau như sau:
a. Xác định phương pháp phân tích trên là sắc ký pha thường hay pha đảo?b. Xác định loại cột tách có thể đã sử dụng?c. Xác định thành phần dung môi pha động có thể đã sử dụng?d. Giữa sắc ký đồ A và B: phân tích sự khác biệt trong thành phần dung môi pha
động đã sử dụng?
Các ưu điểm của SKK
SẮC KÝ KHÍ – ĐẠI CƯƠNG
1940: phân tích các phân đoạn nhẹ trong lọc dầu
Có nhiều yếu tố có thể điều chỉnh để tăng hiệu quả tách: nhiệt độ, tốc độ pha
động, bản chất pha tĩnh
Thời gian điều chỉnh các phương pháp phân tích mới ngắn (< 1h)
Các khí mang pha động trơ, không phản ứng với các chất cần tách
Khả năng được tự động hóa
Có thể ghép với phân tích khối phổ
Khả năng tách hơn gấp nhiều lần SKL
Ít tốn kém hơn SKL
Hạn chế của SKK
Các chất cần tách phải có nhiệt độ sôi thấp (b.p. < 350C, M < 500) và bền nhiệt
SẮC KÝ KHÍ – SƠ ĐỒ HỆ THỐNG
SẮC KÝ KHÍ – PHA ĐỘNG
Phổ biến là các khí trơ: He, Ar, N2. Ngoài ra còn có H2
Trơ về mặt hóa học đối với cả pha tĩnh và chất cần tách
Nguyên tắc lựa chọn khí mang chủ yếu quyết định bởi loại đầu dò và loại cột
Tốc độ khí mang: 1-25 mL/min (cột mao quản), 25-150 mL/min (cột nhồi)
Tốc độ khí mang được xác định bởi lưu lượng kế (flow meter) đặt tại đầu ra của
cột
SẮC KÝ KHÍ – PHA ĐỘNG
SẮC KÝ KHÍ – PHA ĐỘNG
SẮC KÝ KHÍ – CÁC LOẠI CỘT
Các loại cột: cột nhồi và cột mao quản
Cột nhồi (packed column): làm bằng thủy tinh, thép không gỉ, Cu, Al
Chất mang pha tĩnh: diatomite (silica 80-90%, alumina 2-4%, oxit sắt 0,5-2%)
Cột mao quản (capillary column, open tubular column): làm bằng thủy tinh nung
chảy, có lớp polymer bảo vệ
Cột WCOT (wall-coated open tubular column): lớp pha tĩnh mỏng 0,25 m
tráng trên thành cột
Cột SCOT (support-coated open tubular column): chất mang rắn dính vào
thành cột, trên chất mang là lớp pha tĩnh lỏng
SẮC KÝ KHÍ – CÁC LOẠI CỘT
SẮC KÝ KHÍ – PHA TĨNH
Ảnh hưởng đến độ chọn lọc
Thứ tự ra của chất tan phụ thuộc chủ yếu vào b.p. và thứ yếu vào tương tác chất
tan – pha tĩnh
Các chất tan tách ra dễ dàng nếu b.p. cách nhau nhiều
Hai chất có b.p. tương tự chỉ tách được nếu pha tĩnh tương tác chọn lọc
với một trong hai chất
Tính chất pha tĩnh cần chọn: trơ về mặt hóa học, bền nhiệt, b.p. cao, có độ phân
cực phù hợp với chất tan cần tách, mỏng ( 0,25 m)
Rất nhiều pha tĩnh đã được nghiên cứu, trong đó nhiều pha tĩnh đã được thương
mại hóa, nhưng chỉ có < 10 pha tĩnh thường được sử dụng
SẮC KÝ KHÍ – PHA TĨNH
SẮC KÝ KHÍ – CHUẨN BỊ MẪU VÀ TIÊM MẪU
Các yếu tố cần cân nhắc
1. Các chất tiêm vào đều phải dễ bay hơi
2. Nồng độ chất tan phải thích hợp
3. Cách tiêm mẫu phải không làm giảm hiệu quả tách
1. Tách các chất dễ bay hơi từ mẫu
Chiết lỏng – lỏng bằng dung môi hữu cơ
Chiết pha rắn
2. Điều chỉnh nồng độ chất tan
Làm giàu bằng phương pháp chiết
Pha loãng bằng dung môi
SẮC KÝ KHÍ – CHUẨN BỊ MẪU VÀ TIÊM MẪU
3. Cách tiêm mẫu
Sử dụng ống tiêm 0,5-10 L (KL mẫu 0,1 – 1 mg)
Nhiệt độ buồng tiêm ít nhất hơn 50C so với b.p.
của chất có b.p. cao nhất
Có 3 loại cách tiêm: chia dòng / không chia dòng /
tiêm trực tiếp vào cột
SẮC KÝ KHÍ – CHUẨN BỊ MẪU VÀ TIÊM MẪU
3. Cách tiêm mẫu
Tiêm chia dòng: để đảm bảo mẫu vào cột chỉ ở khoảng ng (0,1-1% mẫu)
SẮC KÝ KHÍ – CHUẨN BỊ MẪU VÀ TIÊM MẪU
3. Cách tiêm mẫu
Tiêm không chia dòng: để phân tích lượng vết
Đầu dò độ dẫn nhiệt (TCD)
SẮC KÝ KHÍ – CÁC LOẠI ĐẦU DÒ
Đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID)
SẮC KÝ KHÍ – CÁC LOẠI ĐẦU DÒ
Đầu dò bắt giữ điện tử (ECD)
SẮC KÝ KHÍ – CÁC LOẠI ĐẦU DÒ
PHÂN TÍCH THUỐC TRỪ SÂU DẪN XUẤT
CLO TRONG NƯỚC BẰNG SẮC KÝ KHÍ
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
Sơ đồ hệ thống HPLC
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
Buồng tiêm mẫu
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
Pha tĩnh
Sắc ký pha đảo: R = n-octyl (C8) hay n-octyldecyl (C18)
Sắc ký pha thường: R = cyano, diol, amino
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
Pha động
Đầu dò trong HPLC
UV/VIS
Điện hóa
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
Các ví dụ áp dụng
SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
Các ví dụ áp dụng