Đề tài Ứng dụng phức chất để tách, phân chia, cô đặc, làm sạch bằng dung môi hữu cơ, sắc ký

ổ phát xạ nguyên tử là một phép đo chính xác tương đối cao. Trong nhiều trường hợp, với nồng độ nhỏ (cỡ ppm) mà sai số của phép đo là dưới 10%. Tất nhiên với những trang bị và máy móc cổ điển thì sai số có thể lớn hơn. Song thực tế nó đã bị những trang bị hiện đại đẩy lùi. + Phương pháp phân tích theo phổ phát xạ là một phương pháp phân tích tiêu tốn ít mẫu, chỉ cần từ 1 đến vài chục miligam mẫu là đủ. Đặc biệt là kĩ thuật phổ phát xạ. + Phương pháp phân tích này có thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trí (chỗ) khác nhau. Vì thế cũng được ứng dụng để kiểm tra độ đồng nhất của bề mặt vật liệu. + Trong nhiều trường hợp, phổ của mẫu nghiên cứu thường được ghi lại trên phim ảnh, kính ảnh hay trên băng giấy. Nó là những tài liệu lưu trữ và khi cần thiết có thể đánh giá hay xem xét lại mà không cần phải có mẫu phân tích. - Bên cạnh những ưu điểm đã nêu, phương pháp này cũng có một số nhược điểm và hạn chế nhất định. Trước hết phải nói đến là: Phương pháp này chỉ cho chúng ta biết được thành phần nguyên tố của mẫu phân tích, mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó ở trong mẫu. Độ chính xác của phép phân tích phụ thuộc vào nồng độ chính xác của thành phần của dãy mẫu đầu vì các kết quả định lượng đều phải dựa theo các đường chuẩn của các dãy mẫu đầu đã được chế tạo sẵn trước. † Mặc dầu có một số nhược điểm và hạn chế, nhưng phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử ngày càng được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau để xác định lượng vết các nguyên tố trong các đối tượng mẫu khác nhau. Đó là một phương pháp phân tích nhanh, có độ chính xác bảo đảm và độ nhạy khá cao, đặc biệt thích hợp cho phân tích đất hiếm, các loại nước, không khí, v.v. f, Khả năng và phạm vi ứng dụng - Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử ngày nay giữ vai trò quan trọng trong hóa học phân tích. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là vật lí và hóa học, sự phát triển của kĩ thuật đo và ghi tín hiệu, đã làm tăng khả năng ứng dụng to lớn của nó. Bằng phương pháp này người ta có thể xác định định tính, bán định lượng và định lượng được hơn năm chục kim loại và gần một chục nguyên tố á kim trong các đối tượng mẫu khác nhau (vô cơ và hữu cơ). Phương pháp phân tích này đã trở thành công cụ phân tích nguyên tố đắc lực chó nhiều lĩnh vực, nhất là sau khi có nguồn kích thích ICP. v Phân tích quang phổ phát xạ trong ngành hóa và công nghiệp hóa học. Nó là công cụ để các nhà hóa học xác định thành phần định tính và định lượng của nhiều chất, kiểm tra độ tinh khiết của các hóa phẩm, nguyên liệu và đánh giá chất lượng của chúng. Nó cũng là một phương pháp để xác định các đồng vị phóng xạ và nghiên cứu cấu trúc nguyên tử. v Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử trong địa chất. Ngay từ khi mới ra đời, phương pháp này đã được các nhà địa chất sử dụng phân tích các mẫu quặng phục vụ cho công việc thăm dò địa chất và tìm tài nguyên khoáng sản. Vì thế ngành địa chất của tất cả các nước đều có phòng phân tích quang phổ phát xạ rất hiện đại và hoàn chỉnh. v Phân tích quang phổ phát xạ trong luyện kim. Luyện kim cũng là một ngành sử dụng phương pháp phân tích quang phổ phát xạ đầu tiên vào mục đích của mình trước cả ngành hóa. Chính tính chất nhanh chóng và độ nhạy của phương pháp này là một điều rất cần thiết đối với ngành luyện kim. Nó có thể là công cụ giúp các nhà luyện kim xác định ngay được thành phần của các chất đang nóng chảy trong lò luyện kim; qua đó mà họ có thể điều chỉnh nguyên liệu đưa vào để chế tạo được những hợp kim có thành phần mong muốn, kiểm tra thành phần, kiểm tra nguyên liệu. v Phân tích quang phổ phát xạ trong tiêu chuẩn học. Trước đây con người tưởng rằng khó có thể hiểu biết được thành phần hóa học của các hành tinh xung quanh trái đất chúng ta. Nhưng phương pháp phân tích quang phổ phát xạ ra đời đã mở rộng tầm với cho con người. Bằng phương pháp phổ phát xạ và kết hợp với một số kính thiên văn, các nhà thiên văn có thể quan sát được thành phần của các nguyên tố hóa học của các hành tinh khác như mặt trăng, các vì sao. Chính những kết quả phân tích thành phần của các mẫu đất do vệ tinh lấy từ mặt trăng về đã nói lên ý nghĩa của phép đo phổ phát xạ trong lĩnh vực nghiên cứu thiên văn. Vì những kết quả phân tích thực tế các mẫu là rất phù hợp với những số liệu thu được trước đây qua phân tích tia sáng từ mặt trăng bằng hệ thống máy quang phổ và kính thiên văn. v Phân tích quang phổ phát xạ trong nông nghiệp, y và sinh học. Đây là những ngành khoa học sử dụng phương pháp này đcm lại nhiều kết quả rực rỡ, đặc biệt là trong việc nghiên cứu thổ nhưỡng, nghiên cứu các nguyên tố vi lượng trong đất trồng, trong cây trồng, trong phân bón của nông nghiệp, hay nghiên cứu thành phần thức ăn phục vụ chăn nuôi, phân tích nguyên tố vi lượng trong máu, serum, nước tiểu, phục vụ chữa bệnh. v Phân tích quang phổ trong các lĩnh vực khác. Ngoài những lĩnh vực đã nêu, phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử còn được một số ngành khác sử dụng như là một công cụ phân tích. Ví dụ như trong ngành dược để kiểm tra một số kim loại độc hại trong các dược phẩm (Pb, Cu, Zn, Hg,...). Ngành nghiên cứu cổ sử, công an, toà án, ngoại thương, cũng là những nơi đã sử dụng phương pháp phân tích quang phổ trong các lĩnh vực nghiên cứu và đã nâng phép đo phổ nguyên tử lên ngang tầm của thời đại. 3, Chiết huỳnh quang nguyên tử - Phổ tán sắc năng lượng tia X, hay Phổ tán sắc năng lượng là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử). Trong các tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt là EDX hay EDS xuất phát từ tên gọi tiếng Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy. - Nguyên lý của EDX: Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở đó, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vàonguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley[1]: - Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này (xem chi tiết về cơ chế tạo tia X). - Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được phát triển trong các kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện từ. Phổ tia X phát ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân tich nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũng như thành phần. Kỹ thuật EDX được phát triển từ những năm 1960s và thiết bị thương phẩm xuất hiện vào đầu những năm1970s với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge[2]. v Kỹ thuật ghi nhận và độ chính xác của EDX Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) sẽ có năng lượng biến thiên trong dải rộng, sẽ được đưa đến hệ tán sắc và ghi nhận (năng lượng) nhờ detector dịch chuyển (thường là Si, Ge, Li...) được làm lạnh bằng nitơ lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do tương tác với tia X, rồi được lái vào một anốt nhỏ. Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu. Độ phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độ nhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector). Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên). Tuy nhiên, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C...) và thường xuất hiện hiệu ứng trồng chập các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát ra nhiều đỉnh đặc trưng Kα, Kβ..., và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể chồng chập lên nhau gây khó khăn cho phân tích). Phổ tán sắc năng lượng tia X mẫu màng mỏng, ghi nhận trên kính hiển vi điện tử truyền qua FEI Tecnai TF20. v Những biến thể của EDX Phổ điện tử Auger (Auger Electron Spectroscopy (AES)): thay vì phát ra các tia X đặc trưng, khi các điện tử có năng lượng lớn tương tác với lớp điện tử sâu bên trong sẽ khiến một số điện tử lớp phía ngoài bị bật ra tạo ra phổ AES. Phổ huỳnh quang tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)): tương tác giữa điện tử và chất rắn gây phát ra phổ huỳnh quang của tia X, có thêm các thông tin về năng lượng liên kết. Phổ tán sắc bước sóng tia X (Wavelength-Dispersive X-ray Spectroscopy (WDS)): tương tự như phổ EDX nhưng có độ tinh cao hơn, có thêm thông tin về các nguyên tố nhẹ, nhưng lại có khả năng loại nhiễu tốt hơn EDS và chỉ phân tích được một nguyên tố cho một lần ghi phổ. 4, Chiết hoá – phóng xạ - Phương pháp dựa trên sự yếu dần của tia gamma xuất phát từ một nguồn gamma (thường ở đầu dò di động) do ảnh hưởng của tán xạ Compton và hấp thụ điện-quang. Cường độ của tia gamma khi tới đầu thu (thường được gắn cố định ở bản đáy của máy) tỷ lệ thuận với mật độ điện tử. Tương tác giữa tia gamma và nguyên tử vật liệu càng mạnh thì vật liệu bị chiếu tia càng đặc chắc. Điều này cho ta biết khối lượng thể tích tự nhiên của đất thông qua việc xác định cường độ tia gamma khi truyền qua môi trường đất trên cơ sở so sánh với một biểu giá trị chuẩn thích hợp. - Theo nguyên tắc này, có hai cách đo khối lượng thể tích tự nhiên: v Phương pháp phóng xạ truyền trực tiếp: + Nguồn tia gamma được gắn ở đầu dò di động và được đưa xuống dưới sâu vào vị trí cần đo. + Đầu thu tia gamma được gắn cố định vào bản đáy của máy. + Tia gam ma thu được ở đâu thu từ nguồn phát sau khi đã đi qua môi trường vật liệu cần đo. Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý đo truyền trực tiếp Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý đo tán xạ ngược Phương pháp tán xạ ngược: + Nguồn tia gamma được gắn ở đầu dò thường đặt ở vị trí dưới bản đáy của máy. + Đầu thu tia gamma được gắn cố định vào bản đáy của máy. + Tia gam ma thu được ở đâu thu từ nguồn phát sau khi đã đi vào môi trường vật liệu cần đo và tán xạ ngược trở lại bề mặt tiếp xúc giữa môi trường cần đo và máy. Ví dụ: Tài liệu đính kèm theo bài B/ Phức chất dùng tách bằng phương pháp sắc ký I- Vài nét lịch sử : - Phương pháp sắc ký được phát triển vào năm 1903 do nhà thực vật hoc người Nga Michael C.Txvet.Ông thực sự là người đầu tiên có công tìm ra phương pháp, giải quyết vấn đề tách các chất có tính chất giống nhau theo một cơ chế độc đáo, hoàn toàn khác với phương pháp tách đã từng có trước đây, tuy nhiên phát hiện này đã bị lãng quên nhiều năm. - Năm 1941, Martin và Synge đã phát triển sắc ký phân bố trên giấy và đưa ra lý thuyết đĩa để giải thích các quá trình sắc ký, các tác giả đã ứng dụng để tách các ancaloit từ các cây thuốc phục vụ cho chế tạo dược phẩm. Do có công trong việc phát triển lý thuyết của phương pháp cho nên năm 1952 hai ông được nhận giải thưởng Nobel về hoá học. - Cũng từ năm 1952 những máy sắc ký mới ra đời tỏ ra có ưu thế do có hiệu quả tách rất cao. Cột mao quản và các detectơ sau này được cải tiến tăng độ phân giải và độ nhạy của phương pháp người ta có thể phân tích được các chất có hàm lượng nhỏ cở ppm và ppb. Từ đây phương pháp được phát triển nhanh, ứng dụng được nhiều trong thực tế. - Về sắc ký lỏng một kỹ thuật mới được phát hiện từ năm 1970 làm tăng hiệu quả tách đó là sắc ký lỏng hiệu năng cao (high performance lipuid chromatography- HPLC): Chất nhồi cột được cải tiến, máy tính và thiết bị vào bổ trợ được đưa vào, tăng cường khả năng của phương pháp. - Ngày nay kỹ thuật ghép nối giữa sắc ký và các phương pháp khác được áp dụng. Đó là kỹ thuật ghép nối giữa sắc ký và khối phổ ( GC-MS, GC-MS) sắc ký và cộng hưởng hạt nhân, sắc ký đa chiều, sắc ký điện mao quản(CEC)... Phương pháp có độ chính xác và độ nhạy rất cao, phân tích được nhiều đối tượng phức tạp hơn. II- Phân loại – Nguyên tắc: 1, Định nghĩa: - Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tích trên hai pha: một pha thường đứng yên có khả năng hấp thụ chất phân tích gọi là pha tĩnh, một pha di chuyển qua pha tĩnh gọi lạ pha động; do các cấu tử chất phân tích có ái lực khác nhau với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau. 2, Phân loại các phương pháp tách sắc ký a/ Phân loại theo hệ pha Phương pháp đầu tiên được nhiều người quan tâm, đây là phương pháp phân loại đơn giản theo hệ pha tức là chất phân tích phân bố giữa hai pha là gì? Sơ đồ phân loại các phương pháp sắc ký hệ pha Cơ chế b/ phân loại theo cơ chế tách: b1- Sắc ký hấp thụ: - sắc khí hấp thụ là phương pháp dựa trên cơ sở phân bố chất phân tích giữa pha tĩnh và pha động nhờ tương tác phân tử thông qua các trung tâm hấp thụ. Pha tĩnh là các chất rắn hoặc lỏng có diện tích bề mặt lớn, bền vững về mặt hoá học. Chúng hấp thụ chất phân tích trên bề mặt của chúng ở các mức độ khác nhau khi cho pha động chứa chất phân tích tiếp xúa với chúng. Tuỳ thuộc lực liên kết giữa pha tĩnh và từng cấu tử chất phân tích có trong pha động, khi cho pha động đi qua pha tĩnh chúng sẽ di chuyển với tốc độ khác nhau. b2- Sắc ký phân bố lỏng - lỏng - sự phân biệt giữa sắc ký phân bố lỏng-lỏng và sự phân bố thông thường là ở chỗ sắc ký phân bố lỏng - lỏng còn được gọi là sắc ký chiết, pha tĩnh là chất lỏng pha động cũng là chất lỏng, sự phân bố chất phân tích giữa hai pha lỏng giống như quá trình chiết, còn sự phân bố nói chung là sự phân chia chất phân tích vào hai pha không cần xét tới lỏng hay rắn. - Điểm khác nhau cơ bản giữa sắc ký phân bố lỏng - lỏng và sắc ký hấp phụ là ở chỗ: sắc ký phân bố lỏng- lỏng có đường đẳng nhiệt tuyến tính ở khoảng nhiệt độ lớn, phương pháp có độ nhạy cao nhưng có nhược điểm là pha tĩnh không được bền vững, hiện tương trôi mất pha tĩnh làm cho độ lặp lại bị giảm. b3- Sắc ký ion ( trao đổi ion) - pha tĩnh thường là pha rắn có khả năng trao đổi ion của nó với các chất phân tích trong pha động.Chất có khả năng trao đổi cation gọi là cationit, còn chất có khả năng trao đổi anion gọi lá anionit. Lực liên kết chủ yếu giữa chất phân tích và pha tĩnh chủ yếu là liên kết tĩnh điện , phụ thuộc nhiều vào điện tích của ion chất phân tích, pH của dung dịch và bán kýnh hidrat hoá của các ion chất phân tích. Ví dụ: phản ứng trao đổi ion giữa cationit acid mạnh và Ca2+ có thể viết như sau: 2R-SO3H + Ca2+ = (R-SO3)Ca + 2H+ phản ứng của anionit bazơ mạnh với Cl- : R-N(CH3)3OH + Cl- = R-N(CH3)3Cl + OH- b4- Sắc ký rây phân tử (sắc ký loại cở) - pha tĩnh là các chất rắn có diện tích bề mặt lớn, xốp, có những đường đi trong lòng chất rắn, còn gọi là mao quản có kých thước cở phân tử. Các phân tử chất phân tích có thể thấm vào chất đó ở mức độ khác nhau tuỳ theo kých thước của chúng. Các chất phân tích có kých thước lớn không thể đi vào sâu vào pha tĩnh được, sẽ bị rửa giải nhanh còn các phân tử chất phân tích có kých thước nhỏ phân bố sâu vào pha tĩnh sẽ bị rửa giải chậm. Thứ tự rửa giải là các chất có kich thước nhỏ đi ra sau và ngược lại. Thời gian lưu của các chất tỷ lệ nghịch với kých thước phân tử của chúng. Tuy nhiên chất phân tích có thể có tương tác khác với pha tĩnh. Như vậy một phép sắc ký có thể tách theo một hay nhiều cơ chế khác nhau mà chúng ta không xét ở đây. c/ phân loại theo cách hình thành sắc đồ c1- phân tích tiền lưu - các cấu tử A, B, C có ái lực với pha tĩnh là A < B< C. Cho hỗn hợp chất phân tích liên tục đi qua cột, chất phân tích có ái lực với pha tĩnh thấp nhất đi trước, tiếp theo là chất có ái lực yếu hơn. Tuy nhiên do chúng ta cho liên tục chất phân tích vào nên đi sau A là A + B và A+B+C. chỉ có một phần chất tinh khiết A đi trước C A B B A nồng độ Sắc đồ phân tích tiền lưu t. V A c2- phân tích thế đẩy - trong sắc ký này, chúng ta cũng nạp lượng nhỏ hỗn hợp chất phân tích A, B, C vào cột sau đó cho chất D là chất đẩy liên tục đi qua cột. Ái lực hấp thụ là A<B<C<D. Do D đẩy C, C lại đẩy B,B lại đẩy A nên sắc đồ có dạng như sau: Sắc đồ phân tích thế đẩy nồng độ A B C D t, V c3- Phân tích rửa giải: - Đưa một lượng nhỏ mẫu bao gồm các chất A, B, C vào cột sau đó dùng chất E có ái lực hấp thụ với pha tĩnh yếu nhất để rửa giải liên tục. Cả A, B, C, E đều tan tốt trong pha động . Thứ tự ái lực hấp thụ là E<A<B<C. Một câu hỏi đặt ra làm sao E có ái lực hấp thụ yếu nhất với pha tĩnh lại có thể rửa giải A, B, C ? Để trả lời câu hỏi này chúng ta hình dung là sự tranh chấp những trung tâm hoạt đông ở pha tĩnh không phải chỉ có một cấu tử chất phân tích tương tác với cấu tử chất rửa giải mà ở đây có thể có nhiều cấu tử rửa giải tham gia (câu tử có thể là ion hoặc phân tử). - Giả sử có chất tan C(phân tử hoặc ion) đã hấp thụ vào pha tĩnh, để phân bố C trở lại pha động phải cần tới nhiều cấu tử rửa giải E. Quy luật ưu thế số đông xem ra có tác dụng. Vì vậy khi rửa giải người ta thường chất rửa giải có nồng độ lớn hơn chất phân tích rất nhiều. chiều cao(h) Sắc đồ phân tích rửa giải diện tích(S) thời gian(t) † tóm lại một phép sắc ký nhìn theo cách phân loại nào cũng có thể liên quan đến một hay nhiều cách phân loại khác, thí dụ ở sắc ký lỏng- rắn chỉ đơn giản là pha tĩnh là chất rắn, pha động là chất lỏng theo cách phân loại theo liên kết pha nhưng theo cách phân loại theo cơ chế thì lỏng rắn ở đây có thể là hấp phụ,trao đổi ion. Tuỳ theo pha tĩnh sử dụng, sắc ký lớp mỏng có thể là sắc ký trao đổi ion, hấp phụ, phân bố, rây phân tử. Ngược lại sắc ký hấp phụ xét về mặt tương tác pha có thể thuộc loại sắc ký - rắn hay lỏng- rắn. - Sắc ký rửa giải có ứng dụng nhiều trong lĩnh vực phân tích do hiệu quả tách cao 3, Các lực liên kết trong hệ sắc ký - Trong hệ sắc ký có ba thành phân chủ yếu tác quyết định sự tồn tại của hệ, chất phân tích, pha tĩnh, pha động tạo nên sự phân bố cần thiết, giúp cho sự di chuyển các chất phân tích dọc theo chiều dài cột với tốc độ khác nhau. Chúng ta thường nói chất phân tích phân bố giữa hai pha, tuy nhiên đây la cân bằng động chất phân tích luôn thay đổi pha liên kết (trừ một số trường hợp đặc biệt nó chỉ ở một pha trong suôt quá trình phân tích) vấn đề là tại sao chất phân tích được giữ trong pha tĩnh? Hơn nữa ba thành phần này tương tác như thế nào với nhau, bằng các lực liên kết nào mà kết quả các chất phân tích lại phân bố vào pha tĩnh ở mức độ khác nhau? Câu trả là do bản chất các của các thành phân trong hệ sắc ký. Chất phân tích có thể là ion, phân tử trung hoá hay chất phân cực, đối tượng liên kết của nó cũng có thể là ion, phân tử, chất phân cực. Như vậy tuy thuộc vào độ lớn của điện tích kich thước phân tử, độ phân cực mà chúng tương tác với nhau theo các lực liên kết khác nhau.Người ta chia các lực liên kết thành bốn loại: a/ Lực liên kết ion - trên bề mặt pha tĩnh có các trung tâm hoạt động là ion. Đó là các phần tử có khả năng phân ly tạo thành các ion, tạo nên trung tâm hoạt động ion chung tham gia liên kết với các ion chất phân tích trong dung dịch theo lực tương tác tĩnh điện gọi là liên kết ion. Để giữ các anion chất phân tích trong dung dịch pha tĩnh cần có các trung tâm cation trên bề mặt, và ngược lại để giữ các cation chất phân tích trong dung dịch pha tĩnh cần có các ctrung tâm anion cũng tương tự, pha động cũng có các trung tâm hoạt động là các ion, chúng tham gia tương tác với chất phân tích và pha tỉnh. Chúng có khả năng phân li trong dung dịch tạo thành các cation và anion. Thí dụ khi rửa giải các ion kim loại trên cột cationit, ta có thể dùng pha động là dung dịch HCl loãng. Các phương pháp sắc ký thường gặp có sự tham gia của các liên kết ion gọi là sắc ký ion, sắc ký cặp ion. b/ Lực phân cực - Trong phân tử chất phân tích, chất rửa giải trong pha động cũng như các phân tử trên bề mặt pha tĩnh có các trung tâm phân cực, chúng có thể là các lưỡng cực điện cố định, cũng có thể là các lưỡng cực điện do cảm ứng. Các trung tâm phân cực của chất này liên kết với trung tâm phân cực của chất khác bằng lực liên kết phân cực. Sự phân cực trong các phân tử đôi khi rất nhỏ và sự chênh lệch về độ phân cực cũng rất nhỏ. Tuy nhiên, sự chênh lệch này là yếu tố quan trọng để có độ bền liên kết khác nhau, đó là điều cần thiết để phân chia chúng trong các phép tách sắc ký. Ví dụ: các Cresol (o-, m-,p- cresol) chỉ khác nhau về vị trí nhóm CH3- trong phân tử. Chính sự khác nhau về vị trí này làm cho mật độ electron trong phân tử cresol khác nhau tạo nên một sự khác biệt nhỏ về độ phân cực, từ đó lực liên kết với pha tĩnh khác nhau. Là nguyên nhân chênh lệch thời gian lưu trong quá trình sắc ký c/ Lực Van- de- Van (lực phân tán) - Lực này có bản chất điện, tuy nhiên không hề có cực điện trong mạng lưới phân tử, cũng không liên quan tới phân tử lưỡng cực hay cố định. Tương tác phân tán điển hình là mạch hidrocacbon nó là tương tác phân tử . Ví dụ: n-heptan là chất lỏng chứ không phải là chất khí sự tương tác giữa các phân tử n-heptan là lực phân tán đủ lớn để giữ chất này ở trạng thái lỏng. Để tách các hidrocacbon người ta dùng hidrocacbon khác làm pha tĩnh. d/ Lực tương tác đặc biệt - Lực tương tác đặc biệt là lực tương tác tạo thành do các liên kết hydro, liên kết cho nhận mà có.Sự hình thành liên kết giữ nguyên tử hidro và các nguyên tử có độ âm điện cao như O, N, F... gọi là liên kết hidro. Khi tham gia liên kết, các electron còn gọi là đám mây electron chuyển dịch sang nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Như vậy các nguyên tử có độ âm điện cao hơn, liên kết hidro càng bền chặt. 4, Sự tương tác giữa ba thành phần trong hệ sắc ký, tối ưu hoá hệ sắc ký - Khi nạp chất phân tích vào hệ sắc ký, nó được phân bố giữa hai pha, pha tĩnh và pha động, tuỳ theo lực liên kết giữ từng pha với chất phân tích mà chúng có thời gian ở pha nào nhiều hơn. Như vậy thực chất là ba thành phần trong hệ sắc ký tương tác với nhau, pha tĩnh, pha động, và chất phân tích. Ta xét từng thành phần và quan hệ của chúng. - Pha tĩnh phài lưu giữ được chất phân tích, tuy nhiên để tách được các chất, nó không được giữ quá chặt chất phân tích để có điều kiện phân bố vào pha động và sau đó, ở một thời điểm khác, nó lại bị hấp thụ vào pha tĩnh. Các chất phân tích có tính chất càng giồng nhau sự phân bố càng phải lặp đi lặp lại nhiều lần, ở đây ta muốn nói đến số lần phân bố đạt cân bằng hay số đĩa lí thuyết phải đủ lớn để tách có hiệu quả, do đó các vấn đề vật liệu làm pha tĩnh, chiều dài cột tách và cách nạp cột cũng cần được quan tâm. Ngày nay ta có thể sử dụng những cột có sẵn trên thị trường nhưng đôi khi, cùng một loại pha tĩnh, các hãng khác nhau có thể tạo được các sản phẩm với tính chất khác nhau. - Vấn đề tiếp theo là pha động và cách vận hành tức là tóc độ pha động, nhiệt độ, lượng mẫu đưa vào cột, tái sinh cột...Pha động phải hoà tan dược chất phân tích, tuy nhiên thành phần pha động phải phù hợp sao cho chất phân tích không bị giữ quá lâu ở pha động để nó có thể liên kết trở lại với pha tĩnh. - Sự tương tác giữa pha động và pha tĩnh cũng là vấn đề cần bàn. Pha động không được làm ảnh hưởng tới pha tĩnh, không làm thay đổi tính chất hoá lý của pha tĩnh. Pha động không được liên kết với pha tĩnh một cách quá bền vững để tạo điều kiện cho các chất phân tích có thể phân bố vào pha tĩnh được. Ngoài ra tốc độ pha động, nhiệt độ hệ trong đó có nhiệt độ của từng bộ phận riêng, đặc biệt là trong sắc ký khí phải được quan tâm khống chế một cách chặt chẽ. - Để làm sáng tỏ vấn đề trên ta lấy một ví dụ tách các ion kim loại M+ bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion. Pha tĩnh là cationit axit mạnh, nhóm trao đổi là R-SO3H: Pha động là dung dịch đệm có chất rửa giải là H+. Sự tương tác của ba đại lượng trên được miêu tả bằng hình sau: chất phân tích M+ Pha động H+ Pha tĩnh R-SO3- Sự tương tác của 3 đại lượng chủ yếu trong hệ sắc ký Pha tĩnh (RSO3) có khả năng hấp thụ chất phân tích theo phản ứng sau: R-SO-3 +M+ Æ R-SO3M * Mặt khác chất rửa giải trong pha động cũng tương tác với pha tĩnh theo phản ứng R-SO3- + H+ Æ R-SO3H ** - Ion kim loại M+ cần liên kết với pha tĩnh ở một mức độ không quá bền vững, phản ứng hấp thụ ở đây là phản ứng thuận nghịch. Cân bằng phân bố là cân bằng động và hợp chất R-SO3M có liên kết bền vững sao cho M+ dễ dàng đi vào pha động. Đến lượt H+, không được liên kết bền vững với R-SO3-, nói một cách khác là nồng độ H+ không quá cao sao cho phản ứng ** xảy ra thuận nghịch. Mặt khác tương tác giữa M+ và H+ là tương tác phủ định nhau, cạnh ranh nhau. Chính H+ là yếu tố cạnh tranh để cho phản ứng ** xảy ra. Như vậy vai trò của nồng độ chất rửa giải,(H+) ở đây rất quan trọng nó có giá trị phù hợp sao cho hiệu quả tách tốt nhất. Phương pháp đưa thêm chất tạo phức vào pha động cũng thường được áp dụng trong sắc ký trao đổi ion. III- Một số đại lượng dùng trong sắc ký 1, Hệ số phân bố KD và cách xác định Cấu tử A phân bố giửa pha động và tĩnh khi cân bằng được thiế