Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 41/46 được cho vào bình chiết, sau đó được đặt vào trong hộp chiết của hệ chiết vi sóng và tiến hành chiết dưíi tác dụng của sóng siêu âm thích hợp trong một thời gian nhất định (1,5- 2 giờ). Cách chiết này có thể được thực hiện ở hai trạng thái mẫu đồng thể và dị thể. a)Hệ chiết đồng thể (hệ lỏng-lỏng), ở đây chất mẫu phân tích tan trong dung môi lỏng, như nước và dung môi chiết cũng là chất lỏng, thường là các dung môi hữu cơ không tan trong nước. Ví dụ như chiết các ion kim loại nặng (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, ) từ nước biển ở môi trường pH=4 bằng dung môi MIBK có chứa thuốc thử APDC 0,1%. Sau đó xác định các kim loại này bằng phép đo phổ F-AAS. b)Hệ chiết dị thể (hệ rắn-lỏng), trường hợp này, mẫu phân tích là ở trạng thái rắn, thường được nghiền thành bột, hay được băm nhỏ và bỏ vào trong bình chiết có dung môi chiết. Dung môi chiết là các dung môi hữu cơ. Ví dụ chiết lấy dầu Menton từ lá bạc hà bằng dung môi chiết Benzen. Khi chiết, dưới tác dụng của năng lượng sóng siêu âm có tần số cao, mạng cấu trúc của các phần tử chất mẫu bị phá vỡ, chất phân tích được giải phóng và phân bố (hay tan) vào trong dung môi chiết theo tính chất của nó ở dạng phân tử hay dạng hợp chất phức và ở đây hệ số phân bố K pb của chất giữa hai pha không trộn lẫn vào nhau cũng là yếu tố quyết định hiệu quả chiết. Còn năng lượng siêu âm có tác dụng chính là phá vỡ cấu trúc ban đầu của mẫu, xáo trộn hỗn hợp chiết, tạo điều kiện tốt cho cân bằng chiết xẩy ra dễ dàng, nhanh hơn và triệt để hơn. 5.7.2. Các kiểu chiết và trang thiết bị ♦ Để thực hiện chiết theo kỹ thuật này chúng ta phải có hệ thống bình chiết kín và hệ buồng chiết tạo siêu âm. Các thiết bị này, hiện nay đều có bán trên thị trường theo các quy mô to nhỏ và mức độ chiết khác nhau, chiết phân tích hay chiết bán sản xuất. Về nguyên tắc nó gồm hai bộ phận chính là: Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 42/46 1. Buồng chiết siêu âm khống chế được năng lượng siêu âm. 2. Các rotor chứa bình đựng mẫu để chiết (loại 6 bình, 9 bình hay 12 bình) với dung tích mỗi bình là 200, 150, 100, và 50 mL. Ví dụ : Chiết tách lấy một số hoá chất BVTV từ mẫu đất hay mẫu rau quả. (như Metyl-parathion,Sumithion,Diazinon). Lấy 10 g. mẫu đất đã được nghiền nhỏ cho vào bình chiết, thêm 40 mL etyl-axetat, trộn đều, đặt bình mẫu vào hệ máy chiết, tiến hành chiết trong 90 phút, để nguội yên 10 phút, tách lấy pha hữu cơ etyl-axetat có chứa một số hoá chất BVTV. Dội pha hữu cơ này qua cột sắc ký hấp phụ (có chứa Al 2 O 3 +than hoạt tính+Na 2 SO 4 khan ) để làm sạch chất và làm khô. Sau đó rửa giải cột này bằng 10 mL etyl- axetat, thu lấy dung dịch rửa giải này để xác định các hoá chất BVTV (như Metyl- parathion, Sumithion, Diazinon,v.v.) bằng GC/ECD, HPLC/MS, hay GC/MS. ♦ Kỹ thuật chiết này có ưu điểm là triệt để và hiệu suất cao, nhưng đòi hỏi phải có hệ trang bị chiết siêu âm, có các rotor chiết cho mỗi cách chiết khác nhau và mỗi loại mẫu khác nhau. Kỹ thuật chiết này chưa được ứng dụng phổ biến. Chỉ một số viện nghiên cứu míi có trang bị này. Nên hiện nay ở nước ta còn ít được dùng và chưa phổ biến, nên nhiều người chưa biết. 5.8. Kỹ thuật sắc ký trong xử lý mẫu Hiện nay, sắc ký là một loại phương pháp để tách và xác định đồng thời các chất trong một hỗn hợp, song nó cũng là một kỹ thuật xử lí mẫu phân tích tốt cho nhiều trường hợp để tách và làm giầu lấy các chất cần phân tích. Trong phân tích được ứng dụng để xử lí mẫu phân tích chủ yếu là 2 loại là: a). sắc ký cột và b). sắc ký phẳng (sắc ký líp mỏng và sắc ký giấy). 5.8.1. Kỹ thuật sắc ký cột 5.8.1.1. Nguyên tắc và điều kiện Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 43/46 Nguyên tắc chung + Kỹ thuật xử lí mẫu này dựa trên cơ sở tính chất hấp phụ hay trao đổi ion của các chất phân tích để hấp thu chất phân tích lên chất nhồi (pha tĩnh) ở trong cột sắc ký, để giữ và tách chúng ra khỏi các chất khác có trong mẫu ban đầu. Sau đó dùng một dung môi thích hợp (pha động) để rửa giải và để tách nó ra khỏi cột sắc ký, rồi xác định chúng trong pha động này bằng một phương pháp phù hợp. Ví dụ như AES, AAS, UV-VIS, HPLC, GC, EC, CEC, Vì thế trưíc hết phải đưa mẫu phân tích về dạng dung dịch, để có thể nạp chất mẫu vào cột sắc ký được. Sự tách ở đây là dựa trên sự phân bố của một nhóm chất phân tích giữa hai pha không trộn vào nhau, pha tĩnh (chất rắn sắc ký), pha động (chất lỏng, dung môi rửa giải). Vì thế nó cũng tương tự như kỹ thuật chiết pha rắn. Chủ yếu được sử dụng cho xử lý mẫu là: • Trưíc tiên là sắc ký cột hấp phụ (pha thường và pha ngược) dùng pha tĩnh là các Silica hay nhôm ôxit xốp, có cỡ hạt 25-70 àm. • Tiếp đến là sắc ký trao đổi ion trên cột của pha tĩnh trao đổi ion (trao đổi Cation và Anion). 5.8.2. Các điều kiện sắc ký Đối với sắc ký cột để có được sự tách tốt các chất phân tích, cần phải: • Chọn pha tĩnh có tính chất chọn lọc cho một nhóm chất phân tích, • Dung môi làm pha động sắc ký phải có độ tinh khiết đạt yêu cầu, • Chọn pha động phù hợp cho chất cần xử lý, để thu được sự tách tốt. • Cân bằng trong quá trình sắc ký xẩy ra nhanh và có tính thuận nghịch. • Chọn điều kiện sắc ký thích hợp (pH, T, ) để góp được chất phân tích vào một nhóm hay tách ra thành từng chất thì càng tốt, cũng như làm giầu chúng. 5.8.3. Trang bị và cách xử lý Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 44/46 Muốn thực hiện tách chất theo kiểu này chúng ta phải có các hệ trang bị sắc ký phù hợp. Có thể chỉ là các cột tách đơn giản và cũng có thể là các hệ thống tự động hoàn chỉnh. Tuỳ loại chất phân tích, mà chúng ta có thể chọn hệ pha sắc ký hấp phụ, hay hệ pha trao đổi ion để tách lấy các chất cần phân tích. Nó bao gồm các bộ phận: • Trưíc hết là hệ cột sắc ký chứa các chất để sắc ký, nó là các chất Silica, hay oxit Al xốp có khả năng sắc ký hấp phụ, hay chất trao đổi ion (cation hay anion) với một nhóm các chất phân tích nhất định có trong mẫu. Khi cần cột sắc ký còn phải đặt trong buồng điều nhiệt, để khống chế nhiệt độ thích hợp. • Các dụng cụ để nạp dung dịch mẫu lên cột sắc ký, khống chế tốc độ nạp và rửa giải chất phân tích ra khỏi cột. • Thứ ba là các dung môi để hoà tan mẫu phân tích thành dung dịch để có có thể nạp được mẫu lên cột sắc ký. • Thứ tư là các dung môi để pha chế pha động phục vụ cho việc rửa giải các chất phân tích ra khỏi cột sắc ký. 5.8.4. Ví dụ ứng dụng ♦ Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định một số anion trong mẫu nước ví dụ: Cl - , Br - ,I - , NO 3 - , SO 4 2- ,, v.v). Trước hết mẫu nước (250 mL) phải chính pH=8, và lọc bỏ cặn. Sau đó nạp lên cột sắc ký pha tĩnh trao đổi iôn loại Dowex-50A12-OH (150 x 8 mm) với tốc độ chảy 1-2 mL/phút, để các anion được giữ lại trên cột sắc ký. Khi mẫu chảy hết, dội qua cột 5 mL nước cất hai lần. Sau đó dùng 20 mL dung dịch NaOH 0,5M để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký với tốc độ 1-1,5 mL/phút. Như vậy chất phân tích sẽ tan vào pha động rửa giải, và tiến hành xác định nó trong pha động rửa giải này bằng một trong các phương pháp AES, AAS, UV-VIS. Cách này có thể Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 45/46 dùng để xử lý mẫu cho xác định một số anion trong các loại nước thải, nước sông hồ, v.v. 5.8.5. Kỹ thuật sắc ký phẳng (sắc ký giấy và sắc ký bản mỏng) 5.8.5.1. Nguyên tắc chung Quá trình sắc ký ở đây là dựa trên cơ sở ở trong một hệ pha dung môi nhất định, thì sự di chuyển và phân bố của các chất phân tích trên màng phẳng (líp mỏng phẳng) silicagel xốp được tráng trên bản thuỷ tinh hay polyme cứng, hoặc là sự phân bố của chất trên bản giấy xốp sắc ký là khác nhau để tạo ra sự tách sắc ký của các chất. Trong quá trình sắc ký các chất sẽ di chuyển khác nhau tạo ra mỗi chất sẽ có một vùng riêng trên bản mỏng và tách khỏi nhau. Vì thế míi có tên là sắc ký phẳng (sắc ký bản mỏng và sắc ký giấy). Vì quá trình sắc ký xẩy ra trên một mặt phẳng nhỏ (ví dụ 4x20 cm) của nguyên liệu có tính chất sắc ký, đó là bản giấy sắc ký hay bản mỏng Silicagel. Đặc trưng cho quá trình sắc ký của các chất phân tích ở đây là hệ số chạy R f của chất trên mặt phẳng tách (tấm giấy hay bản mỏng Silicagen). Trong một hệ pha sắc ký và trong một điều kiện nhất định phù hợp, mỗi chất phân tích sẽ có hệ số R f này khác nhau và tạo ra sự sắc ký của các chất trong một hỗn hợp mẫu. Hệ số R f này được xác định bởi: + Bản chất của các chất sắc ký (giấy sắc ký hay Silica gel), + Bản chất của các chất phân tích trong mẫu, + Bản chất và tính chất của hệ pha động chạy (hay khai triển) sắc ký, + Điều kiện chạy sắc ký, chủ yếu là nhiệt độ và áp suất hơi pha động trong bình triển khai sắc ký. 5.8.5.2. Các trang bị, cách tiến hành và ví dụ Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 46/46 Muốn thực hiện tách chất theo kiểu này chúng ta phải có các hệ trang bị sắc ký phẳng, nó bao gồm: • Các loại bản mỏng sắc ký, có thể là: + Bản mỏng Silicagel hay oxit Al trên tấm thuỷ tinh hay PE + Bản giấy sắc ký xốp có khả năng hấp phụ các chất phân tích. • Các hệ dung môi để hoà tan mẫu phân tích, • Các bình hay hộp để chạy sắc ký (triển khái sác ký). • Pha động hay hệ dung môi chạy sắc ký (phát triển sắc ký). • Bộ trang bị để phát hiện các chất sau khi tách ở trên bản mỏng. Tuỳ loại chất phân tích, mà chúng ta có thể chọn hệ pha sắc ký giấy hay sắc ký líp mỏng Silicagel hoặc oxit nhôm. Bản mỏng hay giấy sắc ký sau khi chấm mẫu (nhỏ mẫu) lên được làm khô và ngâm vào dung môi (pha động) trong bình chạy sắc ký. Lúc này các chất phân tích sẽ chạy theo dung môi từ dưíi lên trên, và tạo thành từng vùng chất sau một thời gian nhất định. Sau khi chạy sắc ký, làm khô bản sắc ký, phun chất hiện mầu để nhận biết các vùng chất và tách các vùng mẫu để hoà tan vào dung môi phù hợp và xác định các chất bằng các phương pháp phổ phân tử (hấp thụ UV-VIS ), HPLC, hay GC. Cũng có thể đo trực tiếp cường độ mầu trên vùng mẫu bằng máy phổ phản xạ UV-VIS, hay các máy Densitometer. . Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 45/ 46 dùng để xử lý mẫu cho xác định một số anion trong các loại nước thải, nước sông hồ, v.v. 5. 8 .5. Kỹ thuật sắc. liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa - Viện KNATVSTP quốc gia 43/46 Nguyên tắc chung + Kỹ thuật xử lí mẫu này dựa trên cơ sở tính chất hấp phụ hay trao đổi ion của các chất phân tích. cần phân tích. Trong phân tích được ứng dụng để xử lí mẫu phân tích chủ yếu là 2 loại l : a). sắc ký cột và b). sắc ký phẳng (sắc ký líp mỏng và sắc ký giấy). 5. 8.1. Kỹ thuật sắc ký cột 5. 8.1.1.