1. Trang chủ
  2. Kỹ Thuật - Công Nghệ

Sắc ký trao đổi ion và ứng dụng

27 1.9K 21
Sắc ký trao đổi ion và ứng dụng

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Bài này nằm trong chùm các phương pháp phân tích hoá lý hiện đại, bài trình bày về Sắc ký trao đổi ion và ứng dụng.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tiểu luận Các phương pháp phân tích Hóa lý hiện đại Đề tài GVHD: TS. Huỳnh Khánh Duy HVTH: Hồ Thủy Trúc Mã HV: 13050200 TPHCM, tháng 11 năm 2013 SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 1 MỤC LỤC Trang I. TỔNG QUAN VỀ SẮC KÝ 2 I.1 Lch s sc kí 2  2 I.3 Phân loc ký 2 II. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 4 II.1 Bn cht ca si ion 4 II.2 Chi ion (ionit) 4  i ion 10 III. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 13 III.1 K thut tách 13 III.2 Các yu t n si ion 15 III.3 Ct si ion 16 III.4 Gii ion b hp thu trên ionit 18 III.5 ái sinh ionit 19 IV. ỨNG DỤNG CỦA SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 20 IV.1 ng dng ca si ion 20 IV.2 Các thit b si ion 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 2 I. TỔNG QUAN VỀ SẮC KÝ I.1. Lịch sử sắc ký [1] Nhà thc vt h i Nga Mikhail Tsvet (Mikhail Semyonovich Tsvet) phát minh   t s    1903     u v chlorophyll. Ch sc trong sc kí a là tên cng Nga, và va là màu ca các sc t thc vt ông phân tích vào lúc by gi. Tên này vn tip tc n màu sc. N 1952 Archer John Porter Martin và Richard Laurence Millington Synge c trao gii Nobel Hoá hc cho phát minh ca h v sc kí phân b. t sc kí phát trin nhanh chóng trong sut th k 20. Các nhà nghiên cu nhn thy nguyên tc nn tng ca sc kí Tsvet có th c áp dng theo nhiu cách khác nhau, t t hin nhiu loi sng tht thc hin sc kí  tin b liên tc, cho phép phân tích các phân t  nhau. I.2. Định nghĩa Sc ký là tên gi chung ct. Sc ký là quá trình tách da trên s phân b liên tc các cu t cht phân tích trên hai pha: mng yên có kh p th cht phân tích gt pha di chuyi là ng. Các thành phn ca hn hp có th  v i và tính hp ph d chúng di chuyn vi t khác nhau và tách ra khi nhau. I.3. Phân loại các phương pháp sắc ký Ngi ta phân long pháp sc kí d ch hot ng sc kí: hp ph, phân b, trao t cng pháp th hin sc kí. Ví d: - Ph pháp sc kí lng rn trên cng pháp sc kí phân b khí lng trên ct. -  pháp sc kí phân b lng lng trên bn phng hai chiu. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 3 -  pháp sc kí phân b lng lng pha ngc áp sut cao trên c C ch sc kí có nhi thc hin quá trình sc kí thì ch có hai dng: dng ct và dng bn phng (bn kính, polime, kim loi, giy). Trong sc kí ct, pha tinh c gi trong mt ct ngn và pha ng uc cho chuyn ng qua ct bi áp sut hoc do trng lc. Trong sc kí bn mc ph trên mt mt phng thy tinh hoc kim loi. Th  gin hóa, tuy không chính xác ngui ta gi tt các phng pháp sc kí: sc kí khí, sc kí lng, sc kí lng cao áp, sc kí lp mng, s Trong s các phng pháp sc bit, quan trng nht là sc kí hp ph, sc kí phân b và si. Hình 1. Phân loại các phương pháp sắc ký SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 4 II. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION [2] Si Ion là mt quá trình cho phép phân tách các ion hay các phân t phân cc da trên tính cht ca chúng. II.1. Bản chất của sắc ký trao đổi ion: Hình 2: Bản chất của sắc ký trao đổi ion Si ion da trên hii thun nghch ging cn vi các ion trong dung dch phân tích khi cho dung dt c nng hp này gi là các chi ion (ionit). Bn cht ca quá trình tách là do ái lc khác nhau ca các ion trong dung di vi vi i ion ( nhóm cha ion) ca ionit. II.2. Chất trao đổi ion (ionit) Ionit là các hp chtan có cha nhóm hong, bao g  tng h             nhiên (cellulose, lông thú, than bùn, than nâu ) và các ionit hng hc gi là nha i ion. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 5  c s dng trong thc t  b  bn hóa và kh i ion thp c s dng nhiu nht là các ionit h tng hp cha nhi ion. II.2.1.Nhựa trao đổi ion Nhc cu to hp cht polymer hn hydrocarbon (polystyrene) có mang các nhóm chc cha ion có kh i, các nhóm chc này ni vng bng ln. Các nha trao i ion c ch to bi s ng trùng hp gia styrene vi divinyl benzene có hàm lng thay i t 1 dn 16 %  c liên kt ngang ca polymer, dn dn ch  c. Các nhân benzene sau ó c gn vào các nhóm SO 3 H  to nha cationit hoc các nhóm amin NR 3 + to nha anionit. Nu axit metaacrylic duc dùng thay th cho styrene thì nha cationit axit yu c to thành. Có hai loi nha chính: cation (nhi cation), anion (nhi anion). Ngoài ra còn có các loc bii c anion và cation) ionit có cha nhóm to phc, Ionit cha nhóm oxy hóa kh, ionit lng và c màng trao i ion. Hình 3. Sơ đồ tổng hợp nhựa ionit SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 6  Tính chất của nhựa trao đổi ion a) Độ bền: Trong công nghing sn xut ionit  dng hng kính 0,3-0,8 ng phi dùng ionit có ht rng nhng kính ht không ln quá 0,2 mm. Nói chung các ionit bi vi các tác dng ca kim mnh, axit mnh không b oxi hóa bi các ch    ng. Tuy vy các cht oxi hóa mc, nóng ( 2,5M) s phá hy các ionit. Các nha phenolfomandehit ít bi vi các cht oxi hóa ha polystyrene. Peroxyt hydro tác dng chm vi các ionit. b) Hấp thụ nước: S ng khi có tác dc hoc các dung môi khác thì các ionit b  tích lng. Nguyên nhân là do s xut hin áp sut thm thu cao do s chênh lch v n các ion trong nha và trong dung môi: m phng ph thuc vào nhiu yu t: - Bn cht ca nn và liên k liên kt ngang thì nha ít b  phng. Ví d mt nha polystyron dng H + có s liên kt n  ng vi 5% divinylbenzen hp th c/1g nha, còn loi 10% divinylbenzen thì hp th 0,9g c. - Bn cht và n dung dch ngoài: trong các dung dch chn ly n cao thì s c hoc trong các dung dch loãng. Trong các dung môi phân cc mnh ( H 2 O) thì s ng xy ra m dng các dung môi ít phân cc (dung môi h. - M  n tích: S           i  n tích). Các ionit cha các nhóm hong vn tích b ng mi các ion mi ng ca ionit gim xung. c) Trao đổi ion: Các ionit có kh i vi mi ion có mt trong dung dch. Phn i ion có th biu dii dng: RH + K + + Cl - -> RR + H + + Cl - (cationit) (2) 2RH +Ca 2+ + 2Cl - -> CaR 2 + 2H + + 2Cl - (dng H + ) (3) ROH + H + + NO 3 -> RNO 3 + H 2 O (anionit dng OH - ) SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 7  Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion - Nha ch s d i ion ch  lc huyn phù, cht keo và  có mt các cht này có th rút ngn tui th ca nha. - Loi b các cht hng nha rt phc tp, cn có nghiên cc bit. - S có mt cc vng ln có th gây nhiu lon hot ng ca nha. - Các cht oxy hoá mnh Cl 2 , O 3  tác dng xu lên nha. II.2.2.Cationit Cationit cha nhóm hong là các anion R - ng là M + anion R - có th là nhóm sulphonate, nhóm phosphoate, carboxylate hoc amino diacetate. Hình 4: Cationit Nh    c trao tng hp b     u là sn phm phn  ca phenol hoc dn xut phenol vi fomalin. Do phenol cha OH - nên sn phc có tính acid rt yu và ch thích hp làm vic trong môi ng kim.  khc phi không gian ca cation các nhóm chc khác nhau  c cation acid m có th là nhóm sulphonate, nhóm photphate, nhóm carboxylate hoc nhóm amino  trên. Cationit cha nhóm chc ni vi nhân benzene có tính acid m   i cationit có nhóm chc  m   c tng hp bng  bn i vi các tia ng có cht oxy hóa. Sn phc  dng khu chnh mc liên kt ngang. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 8 Các cationit tng hp bp monomer    bn hóa hc và bn nhit cao, li ch cha mt loi nhóm chc nên rt d u chnh mc liên kt ngang. Sn phc là các ht tròn nh nên rt thun tin khi s dng. Phn ng trùng hp ph bin nht là trùng hp styrene vi divinylbenzene (DVB). Ngoài styrene, còn có th trùng hp acid metacrylic hay acid acrylic vi di sn xut các cationit acid yu. Muc các sn phm cationit acid m  p tc sulpho hóa (hoc photphate hóa ) các sn phm cationit acid yu nói trên. II.2.3.Anionit Hình 6: anionit Anionit có dng R + X - vi nhóm hong R + ng là nhóm amin. Do có nhóm amin gn trên mi cao phân t  base ph thuc vào  base ca nhóm amin (amin thng > m; amin bc 4 > amin bc 3 > amin bc 2 > amin bc 1). Anionit ph bing cha amin bc 4. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 9 Anionit có th c tng hp b ho h  tng hp anionit b    nh     amin mch thng ho   i formalin hoc vi halogenepoxy.    có tính base y bn hóa hc kém, không bng cha các cht oxy hóa. c tng hp bp có tính base mnh, bn hóa và bn nhit tt li c s dng r. Quá trình sn xut anionit bc tin hành bng cách trùng hp styrene hoc dn xut cu styrene vc chlometyl hóa) và tip tc amin hóa vi trimetylamin ho c anionit base mnh. Hình 7: Các nhóm chức được sử dụng cho các ionit II.2.4. Ionit lưỡng tính Trên mi không gian cng tính va cha nhóm chc acid va cha nhóm chc base nên có kh i c cation lc tng hp b. Ví d  tng hng tính bu tiên trùng hp styren hoc clorua vinyl vi DVB rp tc amin hóa và sulpho hóa sn phc. Trong các loi ionit, cationit sulphonate (- SO 3 H) là cationit acid mnh, anionit amin t là anionit kim mnh (ho ng tt trong m  ng acid, base, trung tính); cationit carboxylate (- COOH) là cationit acid yu (hong tng kim); anionit amin tam, nh, nht là các anionit kim yu (hong tng acid). [...]... tâm trao đổi ion tử được tách dọc còn gọi là sắc ký khí phụ và chất bị hấp (nhóm chứa ion) của theo lớp mỏng của lỏng phụ ionit lỗ giấy IV ỨNG DỤNG CỦA SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION IV.1 Ứng dụng của sắc ký trao đổi Phương pháp sắc ký trao đổi ion được sử dụng rất hiệu quả trong việc tách và phân tích các chất phức tạp ở dạng khí hoặc lỏng, thậm chí cả ở chất rắn Phương pháp trao đổi ion thường được dử dụng. .. trao đổi - Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng) - Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn - Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung dịch Về mặt định lượng, khả năng trao đổi ion của ionit là trao đổi theo đương lượng các chất II.3.1.Cơ chế trao đổi ion của cationit Hình 8 Cơ chế trao đổi ion của cationit 11 SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION Pha tĩnh trao đi cation có các nhóm... đầu 14 ) ra khỏi nhựa SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION III.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sắc ký trao đổi ion: a) Dung dịch đệm pH: Chọn theo nguyên tắc dung dịch đệm cation sử dụng cho nhựa trao đổi cation, dung dịch đệm anion sử dụng nhựa trao đổi anion Ví dụ: dung dịch đệm anion CH3COO-NH4 sử dụng cho nhựa trao đổi cation COONên sử dụng dung dịch đệm ở nồng độ 0,1 mol/lít Đôi khi người ta thêm vào dung dịch đệm một... pH thấp hơn pI, protein sẽ mang điện tích dương và ngược lại, pH cao hơn pI, protein sẽ mang điện tích âm Dựa vào tính chất đó mà ta có thể tiến hành phân tách hay tinh sạch protein theo phương pháp sắc ký trao đổi ion 21 SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION IV.2 Các thiết bị sắc ký trao đổi ion Hình 11: Sơ đồ chung của một hệ thống sắc ký trao đổi ion a) Máy sắc kí ion (MetroHM – nguồn gốc Thụy Sỹ) - HÃNG CUNG CẤP:... 15 SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION b) pK a và pI [4] Khi bắt đầu tiến hành sắc ký , pha di động thường là một dung dich đệm để nó có thể rửa và hỗ trợ các ionit đạt trang thái cân bằng, Có một qui tắc chọn pH của dung dịch đệm là nó phải nằm giữa hằng số pKa và điểm đẳng điện pI bất kể nó là trao đổi anion hay cation Ví dụ như đối với sắc ký trao đổi cation, sử dụng cột trao đổi có nhóm chức có pHa là 1.2 và mẫu...SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION II.3 Cơ chế trao đổi ion Mạng lưới của ionit là mạng không gian cao phân tử không đồng đều của các liên kết hydrocacbon Khả năng trao đổi ionit phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc mạng lưới ionit, cụ thể là các mức lien kết ngang, số lượng bản chất các nhóm chức Nói khả năng trao đổi ion của ionit phụ thuộc vào cấu trúc bởi vì tính ưa nước này cho các ionit có khả năng... SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION V: thể tích dung dịch Mn+ (mL) 103 và Mn+ vẫn nằm trong dung Quá trình trao đổi được xem là hoàn toàn khi k dịch k 10-3 II.3.2.Cơ chế trao đổi ion của anionit Nhóm amin của anionit tác dụng tương tự như các amin trong dung dịch nước: RNH2 + H2 O RNH3OH- Ion OH- trên anionit được trao đổi với các anion trong dung dịch: RNH3OH- + HCl RNH3Cl- + H2 O Hằng số trao đổi của anionit, hệ số... Cạnh ngoài lớp hấp phụ, các ion có tính hoạt động tương đối lớn, có khả năng khuếch tán vào trong dung dịch nên gọi là lớp khuếch tán Khi nhựa trao đổi ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, các tác dụng sau đây sẽ diễn ra: + Tác dụng trao đổi Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngược dấu khác trong dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau Nhưng do quá trình trao đổi ion không giới hạn ở lớp khuếch... cất và với dung dịch nước muối cho đến khi dung dịch qua lọc hết tính base So sánh với các phương pháp khác a a) Điểm giống nhau - Sử dung để định tính và định lượng một hỗn hợp nhiều cấu tử - Thiết bị sắc kýthường bao gồm các bộ phận chính như: bộ phận nạp mẫu, cột sắc ký và đầu dò - Gồm hai quá trình là quá trình tĩnh và quá trình động b) Điểm khác nhau Sắc ký hấp phụ lỏng Sắc ký trao đổi ion Sắc ký. .. ký trao đổi ion Sắc ký giấy Sắc ký khí + Là quá trình khác + Dựa trên hiện + Sắc ký giấy thuộc + Sắc ký khí là sắc nhau của cấu tử lỏng tượng trao đổi thuận dạng sắc ký phân bố khí mà pha động là và chất hấp phụ rắn nghịch giữa các ion lỏng, mà chất mang dạng khí hoặc ở + Lực hấp phụ bao linh động của pha pha lỏng là giấy sắc dạng hơi gồm lực Vander – tĩnh rắn với các ion ký Waats là lực tương trong . KÝ TRAO ĐỔI ION 15 III.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sắc ký trao đổi ion: a) Dung dm pH: Chn theo nguyên tc dung dm cation s dng cho nhi cation, dung dm anion. ion mi ng ca ionit gim xung. c) Trao đổi ion: Các ionit có kh i vi mi ion có mt trong dung dch. Phn i ion. tip trong dung dch theo phn ng hóa hng. Tuy nhiên, khi dung dch cha nhiu ion cùng có kh i ion vi nha thì s có s cnh tranh gia các ion trong dung dch và

Ngày đăng: 21/04/2014, 20:24

Xem thêm: Sắc ký trao đổi ion và ứng dụng, Sắc ký trao đổi ion và ứng dụng

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan