khảo sát quy trình xác định đồng thời cl, no2, no3, so4 trong đất bằng phương...

8/20/2019 Khảo sát quy trình xác định đồng thời Cl, NO2, NO3, SO4 trong đất bằng phương pháp sắc ký ion

http://slidepdf.com/reader/full/khao-sat-quy-trinh-xac-dinh-dong-thoi-cl-no2-no3-so4-trong 1/74

1

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP. HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

----- // -----

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do - Hạnh phúc

----- // -----

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Họ và tên sinh viên: PHẠM THỊ NGỌC MINH.

MSSV: 10031951.

Chuyên ngành: Kỹ thuật phân tích.

Lớp: ĐHPT6.

1. Tên đề tài đồ án chuyên ngành: Khảo sát quy trình xác định đồng thời Cl-, NO2-

, NO3-, SO4- trong đất bằng phương pháp sắc ký ion.

2. Nhiệm vụ:

- Tìm hiểu tổng quan lý thuyết về quy trình xác định đồng thời các anion

bằng phương pháp sắc ký ion.

- Tiến hành thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của quy trình xác

định đồng thời Cl-, NO2-, NO3

-, SO4- bằng phương pháp sắc ký ion.

- Kết luận về các điều kiện tối ưu của quy trình xác định đồng thời Cl-, NO2-,

NO3-, SO4

- bằng phương pháp sắc ký ion.

- Xác định hàm lượng Cl-, NO2-, NO3

-, SO4- trong đất

3. Ngày giao đồ án chuyên ngành: 18/11/2013.

4. Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành: 20/06/2014.

5. Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS.TRẦN THỊ THANH THÚY.

TRƯỞNG BỘ MÔN

CHUYÊN NGÀNH

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2013.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



2

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗtrợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt

thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất

nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Công Nghệ

Hóa Học – Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM đã cùng với tri thức và tâm

huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận

lợi cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.

Em xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Thanh Thúy đã tận tâm hướng dẫn

em trong suốt quá trình em thực hiện bài báo cáo đồ án tốt nghiệp. Nếu không có

những lời hướng dẫn trực tiếp, tận tình dạy bảo của cô thì em nghĩ bài báo cáo đồ án

này của em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn

cô.

Con cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Ba Mẹ, vì đã

động viên và tạo điều kiện cho con được học tập thật tốt trong thời gian vừa qua.

Cuối cùng, mình xin cảm ơn tất cả các bạn đã chia sẻ, động viên và giúp đỡ

mình trong suốt thời gian học tập tại trường.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2014

Sinh viên thực hiện

PHẠM THỊ NGỌC MINH




3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

…………………………………………………………………………………….......…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

Phần đánh giá:

Ý thức thực hiện:…………………………………………………………......

Nội dung thực hiện: …………………………………………………….........

Hình thức trình bày: ……………………………………………………........

Tổng hợp kết quả: ……………………………………………………….......

Điểm bằng số:…………………Điểm bằng chữ:……………………….........

Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng……năm 2014

Giáo viên hướng dẫn




4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

…………………………………………………………………………………….......…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

…………………………………………………………………………………….......

Phần đánh giá:

Ý thức thực hiện:…………………………………………………………......

Nội dung thực hiện: ……………………………………………………….....

Hình thức trình bày: ………………………………………………………....

Tổng hợp kết quả: …………………………………………………………...

Điểm bằng số:……………………… Điểm bằng chữ:……………………….....

Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng……năm 2014

Giáo viên phản biện




5

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

1.1. Tổng quan về sắc ký 2

1.1.1. Định nghĩa phương pháp sắc ký 3

1.1.2. Phân loại các phương pháp sắc ký 3

1.1.3. Các lực liên kết trong sắc ký 7

1.1.4. Mô t sô đa i lượ ng cơ ba n trong phân tích sắc ký 9

1.2. Tổng quan về sắc ký ion 14

1.2.1. Định nghĩa và ứng dụng của phương pháp sắc ký ion 14

1.2.2. Cấu tạo của hệ thống sắc ký trao đổi ion 15

1.2.3. Một số loại sắc ký ion 16

1.2.4. Pha tĩnh trong sắc ký ion 17

1.2.5. Pha động trong sắc ký ion 22

1.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến sắc ký ion 23

1.3. Tổng quan về anion 23

1.3.1. Giới thiệu chung về các anion 23

1.3.2. Tính chất của các anion 25

1.3.3. Ảnh hưởng và độc tính của các anion 27

1.3.4. Các phương pháp xác định anion 29

1.4. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu đất 32

1.4.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu đất 32

1.4.2. Xử lý sơ bộ mẫu đất 33




6

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 37

2.1. Mục tiêu nghiên cứu 37

2.2. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 37

2.2.1. Thiết bị, dụng cụ 37

2.2.2. Hóa chất 37

2.3. Nội dung nghiên cứu 38

2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần pha động 38

2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 392.3.3. Khoảng nồng độ tuyến tính của các anion 39

2.3.4. Xây dựng đường chuẩn 39

2.3.5. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 40

2.3.6. Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp 40

2.3.7. Khảo sát hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫu 41

2.3.8. Quy trình phân tích mẫu đất 42

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1. Ảnh hưởng của thành phần pha động 44

3.2. Ảnh hưởng của tốc độ dòng 47

3.3. Khoảng nồng độ tuyến tính của các anion 49

3.4. Xây dựng đường chuẩn 51

3.5. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 52

3.6. Hiệu suất thu hồi của phương pháp 53

3.7. Kết luận về các điều kiện tối ưu 54

3.8. Hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫu đất 54

3.9. Xác định anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong mẫu đất 56




7

KẾT LUẬN 60

KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 63




8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1. Một số loại nhựa trao đổi ion 18

Bảng 2. 1. Tỷ lệ của thành phần pha động khảo sát 38

Bảng 3. 1. Bảng tổng kết thời gian lưu của các anion khi thay đổi thành phần pha

động 46

Bảng 3. 2. Bảng tổng kết thời gian lưu của các anion khi thay đổi tốc độ dòng 49

Bảng 3. 3. Khoảng nồng độ tuyến tính của ion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- 49

Bảng 3. 4. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 52

Bảng 3. 5. Hiệu suất thu hồi của phương pháp 53

Bảng 3. 6. Phân tích mẫu đất D2.03 54

Bảng 3. 7. Hiệu suất thu hồi của qui trình phân tích mẫu đất 55








9

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1. Sơ đồ phân loại các phương pháp sắc ký 3

Hình 1. 2. Sắc ký đồ phân tích tiền lưu 5

Hình 1. 3. Sắc ký đồ phân tích thế đẩy 6

Hình 1. 4. Sắc ký đồ phân tích rửa giải 7

Hình 1. 5. Thời gian lưu của cấu tử phân tích 11

Hình 1. 6. Thành phần cơ bản của máy sắc ký ion 15

Hình 1. 7. Sắc ký trao đổi ion sử dụng suppressor 16

Hình 1. 8. Sắc ký trao đổi ion không sử dụng suppressor 16

Hình 1. 9. Công thức Chloride 24

Hình 1. 10. Công thức Nitrite 24

Hình 1. 11. Công thức Nitrate 25

Hình 1. 12. Công thức Sulfate 25

Hình 1. 13. Một số phương pháp lấy mẫu đất thông dụng nhất 33

Hình 1. 14. Sơ đồ nguyên lý chung xử lý mẫu đất 36

Hình 3. 1. Sắc ký đồ của hỗn hợp dung dịch chuẩn Cl -, NO2-, NO3

-, SO42- 2 ppm ứng

với thành phần pha động 1 (2 mmol/L NaHCO3/1.5 mmol/L Na2CO3) 44

Hình 3. 2. Sắc ký đồ của hỗn hợp dung dịch chuẩn Cl -, NO2-, NO3-, SO42- 2 ppm ứngvới thành phần pha động 2 (2 mmol/L NaHCO3/1.3 mmol/L Na2CO3) 45



với thành phần pha động 3 (1.7 mmol/L NaHCO3/1.8 mmol/L Na2CO3) 45

Hình 3. 4. Sắc ký đồ của hỗn hợp dung dịch chuẩn Cl-, NO2-, NO3

-, SO42-2 ppm ứng

với thành phần pha động 4 (1.5 mmol/L NaHCO3/2 mmol/L Na2CO3) 46




10



với tốc độ dòng 0.4 mL/min 47

Hình 3. 6. Sắc ký đồ của hỗn hợp dung dịch chuẩn Cl-

, NO2

-

, NO3

-

, SO4

2-

2 ppm ứngvới tốc độ dòng 0.8 mL/min 48



với tốc độ dòng 1.0 mL/min 48

Hình 3. 8. Đồ thị biễu diễn khoảng nồng độ tuyến tính của của ion Cl -, NO2-, NO3

-,

SO42- theo phương trình bậc nhất 51

Hình 3. 9. Đồ thị biễu diễn đường chuẩn của của các ion Cl-, NO2-, NO3-, SO42- 52




11

LỜI MỞ ĐẦU

Đất là tài sản của tự nhiên, có trước lao động và cùng với quá trình lịch sử pháttriển kinh tế - xã hội, đất là điều kiện lao động. Đất đóng vai trò quyết định cho sự tồn

tại và phát triển của xã hội loài người. Nếu không có đất thì rõ ràng không có bất kỳ

một ngành sản xuất nào, cũng như không thể có sự tồn tại của loài người. Đất là một

trong những tài nguyên vô cùng quý giá của con người, là điều kiện sống cho động vật,

thực vật và con người trên trái đất.

Môi trường đất không tồn tại độc lập với các môi trường khác, nó luôn tiếp xúc

trực tiếp với môi trường nước, không khí và sinh quyển. Vì thế, nếu môi trường đất bị

ô nhiễm sẽ làm ảnh hưởng đến các môi trường khác. Một số nguên nhân gây ô nhiễm

môi trường đất như: hiện tượng xói mòn đất, núi lửa phun trào, chất thải trong công

nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, … gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và các

loài sinh vật đang sống trên Trái Đất.

Vì vậy, chúng ta cần đề ra một số phương pháp để xác định hàm lượng các chất

gây ô nhiễm môi trường đất cũng như một số biện pháp để phòng chống, bảo vệ tài

nguyên đất quý giá. Đó cũng là lý do em chọn đề tài “Khảo sát quy trình xác định đồng

thời Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong đất bằng phương pháp sắc ký ion”.


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



12

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1. Tổng quan về sắc ký [1]Phương pháp sắc ký được phát triển vào năm 1903 do nhà thực vật học 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 detector 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(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 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), 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.





13

1.1.1. Định nghĩa phương pháp sắc ký

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 là 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.

1.1.2. Phân loại các phương pháp sắc ký

1.1.2.1. 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?

Phương pháp sắc ký

Sắc ký khí (GC) Sắc ký lỏng (LC)

Sắc kýkhí - lỏng

HPLC Sắc ký phẳngSắc kýkhí - rắn

Sắc ký phân bốlỏng - lỏng

Sắc kýrắn - lỏng

Sắc ký điện dimao quản

Sắc kýlớp mỏng

Sắc ký giấy

Sắc ký ion Sắc ký

rây phân tửSắc ký hấp phụ Sắc ký phân bố

Hình 1. 1. Sơ đồ phân loại các phương pháp sắc ký





14

1.1.2.2. Phân loại theo cơ chế tách

1.1.2.2.1. Sắc ký hấp thụ

Sắc khí hấp thụ là phương pháp dựa trên cơ sở phân bố chất phân tích giữa phatĩnh 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 xúc 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.

1.1.2.2.2. 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: sắcký 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

tượng trôi mất pha tĩnh làm cho độ lặp lại bị giảm.

1.1.2.2.3. 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 năngtrao đổi anion gọi là 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 kính 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:





15

2R-SO3H + Ca2+ = (R-SO3)2Ca + 2H+

Phản ứng của anionit bazo mạnh với Cr :

R-N(CH3)3OH + Cr = R-N(CH3)3Cr + 3OH-

1.1.2.2.4. Sắc ký rây phân tử

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 kích thước cở phân tử. Các phân tử chất phân

tích có thể thấm vào chất đó ở mức độ khác nhau tuỳ theo kích thước của chúng. Các

chất phân tích có kích thước lớn không thể đi vào sâu vào pha tĩnh được, sẽ bị rửa giải

nhanh còn các phân tử chất phân tích có kích thước nhỏ phân bố sâu vào pha tĩnh sẽ bị

rửa giải chậm. Thứ tự rửa giải là các chất có kích thước nhỏ đi ra sau và ngược lại.

Thời gian lưu của các chất tỷ lệ nghịch với kích 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.

1.1.2.3. Phân loại theo cách hình thành sắc đồ

1.1.2.3.1. 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 ra 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.

Nồng độ

A

BC

A

B

A

t, V

Hình 1. 2. Sắc ký đồ phân tích tiền lưu





16

1.1.2.3.2. 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:

Nồng độ

A B C D

t, V

Hình 1. 3. Sắc ký đồ phân tích thế đẩy

1.1.2.3.3. 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 (cấu 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 dùng chất rửa giải có nồng độ lớn hơn chất

phân tích rất nhiều.





17

Chiều cao (h)

Diện tích (S)Thời gian (t)

t, V

AB

C

Hình 1. 4. Sắc ký đồ phân tích rửa giải

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 làchất 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 vục phân tích do hiệu quả tách cao.

1.1.3. Các lực liên kết trong sắc ký

Trong hệ sắc ký có ba thành phần chủ yếu 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 là 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 suốt 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 phần trong hệ sắc ký. Chất phân tích có thể là ion, phân tử trung hoá hay chất





18

phân cực, đối tượng liên kết của nó cũng có thể là ion, phân tử, chất phân cực. Như

vậy, tùy thuộc vào độ lớn của điện tích, kích 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:

1.1.3.1. 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 phatĩnh cần có các trung 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 tĩnh. 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 HC1 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.

1.1.3.2. Lực phân tử

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, đólà điều cần thiết để phân chia chúng trong các phép tách sắc ký.

Thí dụ: các Cresol (o-, m-, p- cresol) chỉ khác nhau về vị trí nhóm CH 3- trong

phân tử. Chính sự khác nhau về vị trí này làm cho mật độ electron trong phân tử cresol





19

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.

1.1.3.3. Lực Van-der-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 .

Thí 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.

1.1.3.4. 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.

1.1.4. Mô t sô đa i lượ ng cơ ba n trong phân tích sắc ký[3]

1.1.4.1. Hệ số phân bố

Cân bằng của một cấu tử X trong hệ sắc ký có thể được mô tả bằng phương trình

như sau:

X pha động X pha tĩnh

Hằng số cân bằng K cho cân bằng này được gọi là tỉ lệ phân bố hay hằng số phân

bố (partition coefficient) và được tính như sau:

Trong đó: CS: nồng độ cấu tử trong pha tĩnh.





20

CM: nồng độ cấu tử trong pha động.

Hệ số K tùy thuộc vào bản chất pha tĩnh, pha động và chất phân tích.

1.1.4.2. Thời gian lưuThời gian lưu của một chất là thời gian tính từ khi bơm mẫu vào cột cho đến khi

chất đó ra khỏi cột đạt giá trị cực đại.

Thời gian lưu của mỗi chất là hằng định và các chất khác nhau thì thời gian lưu sẽ

khác nhau trên cùng một điều kiện sắc ký đã chọn .Vì vậy thời gian lưu là đại lượng để

phát hiện định tính các chất. Thời gian lưu phụ thuộc vào các yếu tố:

- Bản chất sắc ký của pha tĩnh.- Bản chất, thành phần, tốc độ của pha động.

- Cấu tạo và bản chất phân tử của chất tan.

- Trong một số trường hợp thời gian lưu còn phụ thuộc vào pH của pha động.

Trong một phép phân tích nếu tr nhỏ quá thì sự tách kém, còn nếu tr quá lớn thì

peak bị doãng và độ lặp lại của peak rất kém, thời gian phân tích rất dài đồng thời kéo

theo nhiều vấn đề khác như hao tốn dung môi, hoá chất, độ chính xác của phép phân

tích kém. Để thay đổi thời gian lưu chúng ta dựa vào các yếu tố trên đã trình bày.

Trong đó: tR : thời gian lưu của một cấu tử từ khi vào cột đến khi tách ra khỏi cột.

tO: thời gian pha động đi từ đầu cột đến cuối cột và còn gọi là thời gian

lưu chết.

tR’: thời gian lưu thật của một cấu tử.





21

C (n ng độ)

tR

tR’

t0

t (thời gian)

Hình 1. 5. Thời gian lưu của cấu tử phân tích

1.1.4.3. Hệ số dung lượng K’

Hệ số dung lượng của một chất cho biết khả năng phân bố của chất đó trong hai pha cộng với sức chứa cột tức là tỷ số giữa lượng chất tan trong pha tĩnh và lượng chất

tan trong pha động ở trong thời điểm cân bằng.

Nếu K’ nhỏ thì tR cũng nhỏ và sự tách kém. Nếu K’ lớn thì Peak bị doãng. Trong

thực tế K’ từ 2 - 5 là tối ưu, nhưng khi phân tích một hỗn hợp phức tạp, K’ có thể chấp

nhận trong khoảng rộng 1 - 20.1.1.4.4. Số đĩa lý thuyết N

Số đĩa lý thuyết là đại lượng biểu thị hiệu năng của cột trong một điều kiện sắc ký

nhất định. Mỗi đĩa lý thuyết trong cột sắc ký giống như là một lớp pha tĩnh có chiều

cao là H. Tất nhiên lớp này có tính chất động tức là một khu vực của hệ phân tách mà

trong đó một cân bằng nhiệt động học được thiết lập giữa nồng độ trung bình của chất

tan trong pha tĩnh và pha động. Bề dày H phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Đường kính và độ hấp phụ của hạt pha tĩnh.

- Tốc độ và độ nhớt (độ phân cực) của pha động.

- Hệ số khuyếch tán của các chất trong cột.





22

Vì vậy với một điều kiện sắc ký xác định thì chiều cao H cũng hằng định đối với

một chất phân tích và số đĩa lý thuyết của cột cũng được xác định. Số đĩa lý thuyết N

được tính theo công thức sau:

Trong đó: tR : Thời gian lưu của chất phân tích.

W1/2: Độ rộng tại điểm 1/2 của Peak.

Trong thực tế N nằm trong khoảng 2500 đến 5500 là vừa đủ. [9]

1.1.4.5. Độ chọn lọc

Độ chọn lọc cho biết hiệu quả tách của hệ thống sắc ký, khi hai chất A, B có K’ A và K’B khác nhau thì mới có khả năng tách, mức độ tách biểu thị ở độ chọn lọc.

Với điều kiện K’B > K’A, càng khác 1 thì khả năng tách càng rõ ràng.

1.1.4.6. Độ phân giải

Độ phân giải là đại lượng biểu thị độ tách của các chất ra khỏi nhau trên một điều

kiện sắc ký đã cho. Đây là đại lượng biểu thị rõ cả ba khả năng của cột sắc ký: sự giải

hấp, sự chọn lọc và hiệu quả tách. Độ phân giải của hai peak cạnh nhau phải được tính

theo công thức sau:

Trong thực tế nếu các peak cân đối (Gass) thì độ phân giải tối thiểu để 2 peak

tách là R = 1,0. Trong phép định lượng R = 1,5 là phù hợp. Nếu R nhỏ thì các peak

chưa tách hẳn, việc tính toán diện tích peak sẽ không chính xác, lúc này phải tìm cáchtăng R theo ba cách sau:

- Làm thay đổi K’ bằng cách thay đổi lực rửa giải của pha động (thay đổi độ

phân cực nếu là RP - HPLC, thay đổi cường độ ion nếu là IE - HPLC ....).





23

- Làm tăng số đĩa lý thuyết của cột bằng cách dùng cột dài hơn hoặc cột có kích

thước nhỏ hơn.

- Làm tăng độ chọn lọc bằng cách dùng cột khác phù hợp hơn với quá trình

tách hoặc thay đổi thành phần pha động.

Nếu R lớn quá thì thời gian phân tích sẽ lâu, tốn nhiều pha động, độ nhạy sẽ kém.

Để khắc phục ta có thể thay đổi hệ pha động hay dùng chương trình Gradient dung

môi. Tuy nhiên trong quá trình chạy sắc ký dùng chương trình dung môi thì một số pha

động có tỷ lệ thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi đường nền làm ảnh hưởng rất lớn đến

thời gian lưu và diện tích của các peak ta phân tích.

Trong thực tế nên hạn chế sử dụng chương trình Gradient dung môi mà chủ yếulà chúng ta phải tìm được hệ pha động rửa giải phù hợp, đáp ứng các yêu cầu trong quá

trình phân tích.

1.1.4.7. Hệ số không đối xứng T

Hệ số không đối xứng T cho biết mức độ không đối xứng của peak trên sắc ký đồ

thu được. T được tính bằng tỷ số độ rộng của hai nửa peak tại điểm 1/10 chiều cao

peak:

Peak dạng đôi xứng hình Gauss trên thực tế khó đạt được vì vậy phải quan tâm

đến hệ số không đối xứng T:

Khi T 2,5 thì phép định lượng được chấp nhận.

Khi T > 2,5 thì điểm cuối của peak rất khó xác định, vì vậy phép định lượng cần

phải thay đổi các điều kiện sắc ký để làm cho peak cân đối hơn theo các cách sau:

- Làm giảm thể tích chết tức là đoạn nối từ cột đến đầu dò.

- Thay đổi thành phần pha động sao cho khả năng rửa giải tăng lên.





24

- Giảm bớt lượng mẫu đưa vào cột bằng cách pha loãng mẫu hay giảm thể tích

tiêm mẫu.

1.2. Tổng quan về sắc ký ion

Phương pháp lý tưởng để phân tích các cation, anion, các chất phân cực đó là sắc

ký ion. Nó có thể để sử dụng để định lượng chính xác các chất trong khoảng độ rộng

của nồng độ. Tất cả các ion khác nhau có thể được phân tích tròn một phương pháp

đơn lẻ. sắc ký ion dễ dàng hoàn thành một cách tự động và giúp tiết kiệm thời gian và

giảm chi phí. Nhờ đó nó đáng tin cậy và chắc chắn, sắc ký ion được sử dụng trong

nhiều ứng dụng thuộc các lĩnh vực khác nhau.

1.2.1. Định nghĩa và ứng dụng của phương pháp sắc ký ion

Sắc ký trao đổi ion (IC) là quá trình phân tích dựa trên cơ sở của sự trao đổi thuận

nghịch, đúng tỷ lượng các ion trong dung dịch và các ion trong ionit. Nguyên tắc của

sắc ký trao đổi ion dựa trên hiện tượng trao đổi thuận nghịch giữa các ion linh động

của pha tĩnh rắn với các ion trong dung dịch, khi cho dung dịch này đi qua cột được

nạp đầy pha tĩnh (chất trao đổi ion – ionit). Bản chất của quá trình tách là do ái lực

khác nhau của ion trong dung dịch đối với các trung tâm trao đổi ion của ionit. [3]Ứng dụng của phương pháp sắc ký trao đổi ion:

- Tách và xác định các ion hoặc các hợp chất có thể ion hóa.

- Thích hợp cho xác định đồng thời các ion trong hỗn hợp với hàm lượng thấp.

- Xác định các anion hoặc cation vô cơ, axit hữu cơ, các amine, amino acid,

carbohydrate… trong nhiều loại mẫu khác nhau.

- Xác định các hợp chất ion trong lĩnh vực sinh học.

- Dùng trong xử lý, xác định các thành phần và kiểm tra, đánh giá chất lượng

nước, nước thải công nghiệp… (ví dụ: Khử ion, khử độ cứng và khử muối của

nước).





25

- Kiểm tra đánh giá các giai đoạn trung gian của các qui trình trong công nghiệp

(ví dụ: Tinh chế hóa chất như tinh chế HCl (loại Fe3+)).

- Tách các thành phần trong hỗn hợp trước khi phân tích bằng kỹ thuật quang

phổ hay khối phổ (ví dụ: Chuyển ion cần phân tích về dạng thích hợp với

phương pháp phân tích).

- Nhận dạng và khử các ion tạp (ví dụ: Đuổi ion cản trở).

1.2.2. Cấu tạo của hệ thống sắc ký trao đổi ion

Dung môi

Hệ thốngtiêm

Bơm

Cột phân tích

Bộ triệtnhiễu nền

Đầu dò Bộ ghi

Máy inMáy tínhMàn hình

Hình 1. 6. Thành phần cơ bản của máy sắc ký ion

1.2.3. Một số loại sắc ký ion

1.2.3.1. Sắc ký trao đổi ion sử dụng suppressor





26

Suppressor được sử dụng thay thế giữa cột và detector như hình 1. 7. Khi

suppressor được sử dụng thì detector hầu như chắc chắn là detector độ dẫn.

Dung môirửa giải

Bơm Buồngtiêm mẫu Cột

Bộ traođổi

Đầu dòđộ dẫn

Hình 1. 7. Sắc ký trao đổi ion sử dụng suppressor

Tác dụng của suppressor là làm tăng độ nhạy của anion, tuy nhiên cùng thời điểm

đó nền độ dẫn của dung môi rửa giải giảm rất thấp. Các bộ suppressor như nhau có thể

được sử dụng để làm tăng độ nhạy của axit hữu cơ sử dụng một kỹ thuật đã biết là

suppressor đảo. Hỗn hợp anion sẽ được tách bằng trao đổi ion và phát hiện bằng độ

dẫn. Yếu tố then chốt của kỹ thuật suppressor là loại bỏ các chất điện ly không mong

muốn trước khi đo độ dẫn. [6]

1.2.3.2. Sắc ký trao đổi ion không sử dụng suppressor

Dung môirửa giải

Bơm Buồngtiêm mẫu Cột Đầu dò

độ dẫn

Hình 1. 8. Sắc ký trao đổi ion không sử dụng suppressor

Sơ đồ trên biễu diễn một hệ thống sắc ký ion không suppressor. Mẫu được đưa

vào hệ thống qua vòng bơm mẫu trên injector. Khi tại vị trí bơm thì mẫu được bơm với





27

dung môi rửa giải trên cột và các mẫu ion được hút vào pha tĩnh được nạp vào cột.

Dung môi rửa giải được nạp giải hấp, các ion được giữ lại sau đó đi qua detector (thông

thường là detector độ dẫn) và được mô tả như là các peak trên sắc ký đồ. Trong trường

hợp cột trao đổi ion có khả năng trao đổi rất cao và eluent sử dụng ở nồng độ pha loãng

thì không cần suppressor. Loại nhựa thường được sử dụng là loại có dung lượng

khoảng 5equiv/g.

Với sắc ký anion: dung môi rửa giải là muối Na + hoặc K + của axit benzoic, p-

hydroxubenzoic hoặc phtalic như kali hydrogen phthalete, natri benzoate. Các dung

môi rửa giải này có độ dẫn thấp. Độ mạnh của dung môi rửa giải thay đổi theo sự thay

đổi pH (điện tích dung môi rửa giải nằm trong khoảng 0 đến -2) do đó có thể kiểmsoát. Trong một số trường hợp, dung môi rửa giải có thể là axit cacboxylic (ion hóa

yếu).

Với sắc ký cation: pha động sử dụng là HNO3 loãng đối với ion hóa trị một và

muối ethylenediammonium đối với ion hóa trị 2. [6]

1.2.4. Pha tĩnh trong sắc ký ion [1]

1.2.4.1. IonitIonit là hợp chất polymer vô cơ và hữu cơ không tan có chứa nhóm hoạt động,

bao gồm ionit vô cơ tự nhiên (nhóm zeolite, nhóm đất sét, nhóm glauconit,...) ionit vô

cơ tổng hợp (các xenlulose như permunit, zeolite), ionit hữu cơ tự nhiên và các ionit

hữu cơ tống hợp, được gọi là nhựa trao đổi ion.

Các ionit vô cơ và hữu cơ tự nhiên ít được sử dụng trong thực tế vì có độ bền cơ,

độ bền hóa và khả năng trao đổi ion thấp, được sử dụng nhiều nhất là các ionit hữu cơ

tổng hợp chứa nhựa trao đổi ion.

Nhựa trao đổi ion được cấu tạo hợp chất polymer hữu cơ gồm các sườn

hydrocarbon có mang các nhóm chất hoạt động, các nhóm chức này nối với các ion

linh động bằng lực hút tĩnh điên. Có hai loai nhựa chính: cation (nhựa trao đổi cation),





28

anion (nhựa trao đổi anion). Ngoài ra cón có các loại ionit đặc biệt như ionit lưỡng tính

(trao đổi cả anion và cation), ionit có chứa nhóm tạo phức, ionit chứa nhóm oxy hóa

khí, ionit lỏng và cả màng trao đổi ion.

Bảng 1. 1. Một số loại nhựa trao đổi ion

Tên nhựa

trao đổi ion

Tính acid –

bazo Nhóm hoạt động

Khoảng pH

hiệu quả

Khả năng trao đổi

trên resin khô

Nhựa SP Acid mạnh -SO3H 1 – 14 4 mmol H+/g

Nhựa CM Acid yếu -CH2-COOH 5 – 14 9 – 10 mmol H+/g

Nhựa QAE Bazo yếu -CH2-CH2-N+R -R 2 1 – 15 4 mmol OH-/g

Nhựa

DEAE Bazo yếu -CH2-CH2-NR 2 1 - 9 4 mmol OH-/g

Ngoài ra còn có các ionit đặc biệt như:

- Ionit có nhóm tạo phức, trên mạng lưới của các ionit có những nhóm tạo phức

với một số loại ion nào đó.

- Ionit lưỡng tính, trên mạng lưới không gian của ionit lưỡng tính vừa chứa

nhóm chức bazo, vừa chữa nhóm chức acid. Ionit lưỡng tính được tổng hợp

bằng hai phương pháp: ngưng tụ và trùng hợp.

- Ionit redox là những ionit mà trong mạng lưới cao phân tử của nó có chứa

nhóm chức có khả năng trao đổi electron với các ion của dung dịch.- Ionit lỏng là những hợp chất hữu cơ có tính acid hay bazo, không tan trong

nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ và có khả năng trao đổi các ion

linh động của mình với các ion trong dung dịch chất điện ly.





29

1.2.4.2. Cationit

Cationit là những ionit có chứa nhóm chức axit như –SO3-, -CO3

-, -PO3-, -

N(CH2CO2-), được kí hiệu là R (-)H(+) trong đó R là gốc nhựa, vậy bộ khung của cationit

có nhóm chứa điện âm. Điện tích âm của khung bù vào điện tích dương của ion trái

dấu. Do các ion dương của cation có tính linh động (khác với nhóm chứa điện tích âm

của bộ khung) nên có thể chuyển vào dung dịch và có thể xảy ra phản ứng trao đổi với

lượng cation tương đương trong dung dịch. Hiện tượng trao đổi ion này dẫn đến thiết

lập cân bằng động giữa các cation có trong nhựa và cation có trong dung dịch được

biểu diễn như sau:

R (-)H(+) + M+ ↔ R (-)M(+) + H+

Ngày nay loại cation dùng phổ biến nhất là cation dựa vào sự sunfon hóa các sản

phẩm đồng trùng hợp của các styrol và đivinylbenzen như các loại Dowek – 50,

Imberlite – 120…đặc điểm của cationit sunfonic là có độ bền cơ và hóa học cao, vận

tốc thiết lập cân bằng phản ứng trao đổi ion lớn.

Với các cationit người ta còn phân biệt cationit axit mạnh (có chứa nhóm

–SO3H), cationit axit trung bình (có chứa nhóm –PO3H) và cationit axit yếu (có chứanhóm -COOH).

1.2.4.3. Anionit

Anionit có dạng R +X- với nhóm hoạt động R + thường là nhóm amin. Do có nhóm

amin gắn trên mạng lưới cao phân tử nên anionit mang tính bazơ. Độ bazơ phụ thuộc

vào độ bazơ của nhóm amin (amin thẳng > ammoniac > amin thơm; amin bậc 4 > amin

bậc 3 > amin bậc 2 > amin bậc 1). Anionit phổ biến thường chứa amin bậc 4.

Anionit có thể được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ hoặc phương pháp

trùng hợp. Để tổng hợp anionit bằng phương pháp thứ nhất, người ta ngưng tụ amin

mạch thẳng hoặc amin thơm với formalin hoặc với halogenepoxy. Anionit ngưng tụ có





30

tính bazơ yếu, độ bền hóa học kém, không bền trong môi trường chứa các chất oxy

hóa.

Anionit được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp có tính bazơ mạnh, bền hóa

và bền nhiệt tốt lại đơn chức nên được sử dụng rộng rãi hơn anionit ngưng tụ. Quá

trình sản xuất anionit bằng phương pháp trùng hợp được tiến hành bằng cách trùng hợp

styrene hoặc dẫn xuất của styrene với divinylbenzene DVB (đã được clometyl hóa) và

tiếp tục amin hóa với trimetylamin hoặc dimetyletanolamin để thu được anionit bazơ

mạnh.

1.2.4.4. Ionit lưỡng tính

Trên mạng lưới không gian của ionit lưỡng tính vừa chứa nhóm chức acid vừa

chứa nhóm chức bazơ nên có khả năng trao đổi cả cation lẫn anion. Ionit lưỡng tính

cũng được tổng hợp bằng hai phương pháp trùng hợp và ngưng tụ. Ví dụ: Để tổng hợp

ionit lưỡng tính bằng phương pháp trùng hợp, đầu tiên trùng hợp styren hoặc clorua

vinyl với DVB rồi sau đó tiếp tục amin hóa và sulpho hóa sản phẩm thu được.

Trong các loại ionit, cationit sulphonate (- SO3H) là cationit acid mạnh, anionit

amin tứ là anionit kiềm mạnh (hoạt động tốt trong mọi môi trường acid, baz, trungtính); cationit carboxylate (- COOH) là cationit acid yếu (hoạt động tốt trong môi

trường kiềm); anionit amin tam, nhị, nhất là các anionit kiềm yếu (hoạt động tốt trong

môi trường acid).

1.2.4.5. Cơ chế trao đổi ion

Mạng lưới của ionit là mạng không gian cao phân tử không đồng đều của các

mạch liên kết hydrocacbon. Khả năng trao đổi ion của ionit phụ thuộc rất lớn vào mạng

lưới cấu trúc của ionit, cụ thể là các mức liên kết ngang, số lượng và bản chất các

nhóm chức, nói khả năng trao đổi ion của ionit phụ thuộc vào cấu trúc bởi vì tính ưa

nước của ionit được quyết định bởi cấu trúc, mà chính tính ưa nước này làm cho ionit





31

có khả năng trương trong nước, cho phép các ion từ dung dịch khuyết tán nhiều hay ít

bên trong mạng lưới.

Khi ngâm nhựa vào nước, nhựa trương nở, các nhóm chứa ion trở nên linh động

hơn và có thể bị phân li một phần, các phản ứng trao đổi xảy ra giữa các ion pha tĩnh

và các ion trong dung dịch rất tương đồng các phản ứng trao đổi giữa các cấu tử tiếp

xúc với nhau trực tiếp trong dung dịch theo phản ứng hoá học thông thường, tuy nhiên,

khi dung dịch chứa nhiều ion cùng có khả năng trao đổi ion với nhựa thì sẽ có sự cạnh

tranh giữa các ion trong dung dịch và qua trình trở nên phức tạp.

Ion trong lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ có thể phân ra: lớp hấp

phụ và lớp khuếch tán. Lớp ion có tính hoạt động tương đối kém bị hấp phụ bám chặtvào bề mặt cao phân tử gọi là lớp hấp phụ (lớp cố định), nó bao gồm lớp ion bên trong

và một bộ phận ion ngược dấu. 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

tán, do quan hệ cân bằng động, trong dung dịch cũng có một số ion ngược dấu trước

tiên trao đổi đến lớp khuếch tán, sau đó sẽ trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp

phụ.

Tác dụng nén ép

Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng lớn, có thể làm cho lớp khuếch tán bị

nén ép lại. Từ đó, một số ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu

trong lớp hấp phụ. Phạm vi hoạt động của lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho quá





32

trình trao đổi ion. Do đó cần chú ý, nếu nồng độ dung dịch hoàn nguyên quá lớn,

không những không thể nâng cao mà còn giảm thấp hiệu quả hoàn nguyên.

Tốc độ quá trình trao đổi ion

Như trong quá trình hấp phụ, tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của các quá

trình thành phần sau:

- Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn.

- Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt 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.

Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion

- Nhựa chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không dùng để lọc huyền phù, chất keo

và nhũ màu. Sự có mặt các chất này có thể rút ngắn tuổi thọ của nhựa.

- Loại bỏ các chất hữu cơ bằng nhựa rất phức tạp, cần có nghiên cứu đặc biệt.

- Sự có mặt của khí hoà tan trong nước với lượng lớn có thế gây nhiễu loạn hoạt

động của nhựa.- Các chất oxy hoá mạnh Cl2, O3,.... có thể tác dụng xấu lên nhựa.

Về mặt định lượng, khả năng trao đổi ionit là trao đổi theo đương lượng các chất.

1.2.5. Pha động trong sắc ký ion [1]

Pha động trong sắc ký ion là các dung dịch rửa giải (H+, Na+,… cho các cation và

Cl-, OH- cho anion), đệm pH và nếu cần thì thêm một lượng ligand tạo phức với các

cation cần tách hoặc dùng phương pháp gradient rửa giải.

1.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến sắc ký ion [1]





33

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến khả năng áp dụng và hiệu quả của quá trình này

bao gồm:

- Dầu và mỡ trong nước ngầm có thể làm tắc nghẽn các nhựa trao đổi. Chất rắn

lơ lửng lớn hơn 10 ppm có thể gây ra nhựa làm mù.

- pH của nước chảy đến có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn nhựa trao đổi ion.

- Oxy hóa trong nước ngầm có thể làm hỏng nhựa trao đổi ion. Xử lý nước thải

được tạo ra trong các bước tái tạo và sẽ cần điều trị bổ sung và xử lý.

Đối với sắc kí trao đổi ion cationit acid mạnh, khi các cation có bán kính càng

nhỏ thì khả năng hidrat hóa trong dung dịch nước càng lớn. Do đó, những ion có bán

kính càng nhỏ thì bán kính hidrat hóa càng lớn, do đó ái lực tương tác với pha tĩnhcàng yếu nên ít bị giữ lại. Còn đối với cột cationit acid yếu thì khả năng lưu giữ chủ

yếu dựa trên tương tác của pha tĩnh với H+ có tính acid của các phân tử nước bị hidrat

hóa nên thứ tự, ngược lại (đính chính với lần trước là tương tác giữa pha tĩnh với chất

tan chứ không phải dung môi rửa giải với chất tan). Còn đối với cột anionit bazơ thì

thứ tự rửa giải phụ thuộc vào khả năng tương tác của pha tĩnh với chất tan.

1.3. Tổng quan về anion

1.3.1. Giới thiệu chung về các anion

1.3.1.1. Ion Cl-

Ion clorua là anion (ion mang điện tích âm) Cl -. Nó được hình thành khi nguyên

tố Clo (halogen) tăng một electron hoặc khi một hợp chất như hydro clorua được hòa

tan trong nước hoặc dung môi phân cực khác. Muối clorua như natri clorua tan được

trong nước. Clorua là một chất điện phân cần thiết nằm trong tất cả các chất dịch của

cơ thể sống chịu trách nhiệm cho việc duy trì sự cân bằng axit/bazơ, truyền xung thần

kinh và điều tiết chất lỏng trong và ngoài tế bào. Clorua cũng có thể là một phần của

tên của các hợp chất hóa học trong đó một hoặc nhiều nguyên tử clo liên kết hóa trị. Ví

dụ, methyl chloride, thường được gọi là chloromethane, (CH3Cl) là một hợp chất hữu





34

cơ với một liên kết cộng hóa trị C-Cl. Nó không phải là một nguồn gốc của ion clorua.

[8]

Cl-

Hình 1. 9. Công thức Chloride

1.3.1.2. Ion NO2-

Ion Nitrite có công thức hóa học NO2-. Nitrite có vai trò quan trọng trong sinh hóa

như là một nguồn của các thuốc giãn mạch như nitric oxide. Trong hóa học hữu cơ,

nhóm NO2-

có mặt trong các este của axit nitơ và các hợp chất nitro. Nitrit cũng đượcsử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm để làm đông thịt. [10]

N-O O

Hình 1. 10. Công thức Nitrite

1.3.1.3. Ion NO3-

Ion nitrat là ion gồm nhiều nguyên tử với công thức phân tử NO 3- và khối lượng

phân tử là 62,0049 g/mol. Ion nitrat là bazơ liên hợp của axit nitric, gồm một nguyên

tử nitơ trung tâm bao quanh bởi ba nguyên tử ôxy giống hệt nhau trong xếp trên một

mặt phẳng tam giác. Hầu như tất cả các muối nitrat vô cơ hòa tan trong nước ở nhiệt độ

và áp suất tiêu chuẩn. Trong hóa học hữu cơ, nitrat (không nên nhầm lẫn với nitro) là

một nhóm chức năng với công thức hóa học chung là RONO2 trong đó R là kí hiệu của

dư lượng hữu cơ. Chúng là những este của axit nitric và rượu được hình thành bởi quá

trình “nitroxyl hóa”. Ví dụ như “metyl nitrat” được hình thành bởi phản ứng

của metanol và acid nitric, nitrat của axit tartaric và thường được gọi một cách không

phù hợp là nitroglycerin. [9]



http://vi.wikipedia.org/wiki/Nitroglycerin

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Axit_tartaric&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Methanol

http://vi.wikipedia.org/wiki/Este

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Nh%C3%B3m_ch%E1%BB%A9c_n%C4%83ng&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%E1%BB%A3p_ch%E1%BA%A5t_nitro&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%C3%B3a_h%E1%BB%AFu_c%C6%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%87t_%C4%91%E1%BB%99_v%C3%A0_%C3%A1p_su%E1%BA%A5t_ti%C3%AAu_chu%E1%BA%A9n

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%87t_%C4%91%E1%BB%99_v%C3%A0_%C3%A1p_su%E1%BA%A5t_ti%C3%AAu_chu%E1%BA%A9n

http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C6%B0%E1%BB%9Bc

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%C3%B2a_tan&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nit%C6%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Axit_nitric

http://vi.wikipedia.org/wiki/Axit_li%C3%AAn_h%E1%BB%A3p

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Kh%E1%BB%91i_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_ph%C3%A2n_t%E1%BB%AD&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Kh%E1%BB%91i_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_ph%C3%A2n_t%E1%BB%AD&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_th%E1%BB%A9c_h%C3%B3a_h%E1%BB%8Dc

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nguy%C3%AAn_t%E1%BB%AD

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ion



35

N+

-O

O

O-

Hình 1. 11. Công thức Nitrate

1.3.1.4. Ion SO42-

Ion Sulfate có công thức phân tử là SO42- có khối lượng phân tử là 96.06 g/mol, nó

bao gồm một trung tâm nguyên tử lưu huỳnh được bao quanh bởi bốn nguyên tử oxy

được sắp xếp theo một hình tứ diện. Nguyên tử lưu quỳnh có trạng thái oxy hóa là +6,

trong khi bốn nguyên tử oxy là -2. Ion sulfate mang hai tiêu cực phí và là cơ sở liên

hợp của bisulfate (hoặc hydrogen sulfate), là cơ sở liên hợp của H2SO4, acid sulfuric,

sulfate hữu cơ, chẳng hạn như dimethyl sulfate là hợp chất cộng hóa trị và este của acid

sulfuric. [12]

S

O

O

-

O O-

Hình 1. 12. Công thức Sulfate

1.3.2. Tính chất của các anion

1.3.2.1. Ion Cl-

Clorua có thể được oxy hóa nhưng không bị giảm số oxi hóa. Quá trình oxy hóađầu tiên được sử dụng trong quá trình Chlor - kiềm, chuyển đổi thành khí Clo. Clo có

thể tiếp tục bị oxy hóa thành oxit và oxyanions khác bao gồm hypochlorite (ClO -, các

thành phần hoạt chất trong thuốc tẩy), chlorine dioxide (ClO2), clorat (ClO3-), và

perchlorate (ClO4-). [8]





36

Về tính axit - bazơ của nó, clorua là một bazo rất yếu được chỉ ra bởi giá trị âm

của pK a của acid hydrochloric. Clorua có thể được proton hóa bằng axit mạnh, chẳng

hạn như axit sulfuric:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

Muối clorua phản ứng với ion muối khác để trao đổi anion. Sự hiện diện của

clorua thường được phát hiện bởi sự hình thành của bạc clorua không tan khi phản ứng

với ion bạc:

Cl- + Ag+ → AgCl

1.3.2.2. Ion NO2-

Trong hóa học hữu cơ, nitrit là este của axit nitơ và chứa nhóm chức năng

nitrosoxy. Các hợp chất nitro chứa nhóm C - NO2. Nitrit có công thức chung RONO,

trong đó R là một aryl hoặc alkyl. Amyl nitrite và nitrit alkyl khác được sử dụng trong

y học để điều trị bệnh tim. Một phản ứng có tên cổ điển để tổng hợp nitrit alkyl là sự

tổng hợp Meyer trong đó halogenua alkyl phản ứng với kim loại nitrit một hỗn hợp để

nitroalkanes và nitrit.

Nitrobenzene là một ví dụ đơn giản của một hợp chất nitro. Trong phản ứng nitrat

hóa vòng thơm liên kết C-H bị phá vỡ, để lại hai electron trên nguyên tử cacbon. Hai

điện tử được thêm vào ion nitronium, khử nó để thành nitrit. [10]

1.3.2.3. Ion NO3-

Nitrat là muối của axit nitric. Ion NO3- không có màu nên các muối nitrat của

những cation không màu đều không có màu. Hầu hết các muối nitrat đều dễ tan trong

nước. Một vài muối hút ẩm trong không khí như NaNO 3 và NH4 NO3. Muối nitrat củanhững kim loại hoá trị hai và hoá trị ba thường ở dạng hydrat. Muối nitrat khan của

kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thăng hoa trong chân không ở 380 –





37

500oC). Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân huỷ khi đun nóng. Độ bền nhiệt của

muối nitrat phụ thuộc vào bản chất cation kim loại. [9]

Tất cả các muối nitrat đều tan tốt trong nước và phân li hoàn toàn thành ion. Do

đó, dễ dàng tham gia phản ứng trao đổi ion với axit, kiềm và muối khác.

AgNO3 + NaCl →AgCl↓ + NaNO3

Cu(NO3)2 + 2KOH → Cu(OH)2↓ + 2KNO3

NaNO3 + H2SO4(đặc) → Na2SO4 + HNO3

1.3.2.4. Ion SO42- [12]

Ion sunfat là muối của axit sunfuric. Mang tính chất của một axít, axít sulfuric phản ứng với phần lớn các bazơ và oxit bazơ để tạo ra muối sulfat tương ứng.

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O

Axít sulfuric cũng có thể sử dụng để đẩy các axít yếu hơn ra khỏi muối của

chúng.

H2SO4 + CH3COONa → NaHSO4 + CH3COOH

Axít sulfuric phản ứng với phần lớn các kim loại trong phản ứng thế đơn để tạo ra

khí hiđrô và muối sulfat của kim loại.

Fe(r) + H2SO4(dd) → H2(k) + FeSO4(dd)

1.3.3. Ảnh hưởng và độc tính của các anion

1.3.3.1. Ion Cl-

Đất có hàm lượng clorua cao thường do hiện tượng thẩm thấu từ nước biển hoặc

do ô nhiễm từ việc sử dụng phân bón hóa học, các loại nước thải như mạ kẽm, khai

thác dầu, sản xuất giấy, sản xuất nước từ quy trình làm mềm xả trực tiếp xuống sông

ngòi.



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Sulfat_s%E1%BA%AFt_(II)&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Sulfat_s%E1%BA%AFt_(II)&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BA%AFt

http://vi.wikipedia.org/wiki/Hi%C4%91r%C3%B4

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ax%C3%ADt_ax%C3%AAtic&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%93ng(II)_%C3%B4x%C3%ADt

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Sulfat&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Baz%C6%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt



38

Clorua không gây hại cho sức khỏe. Giới hạn tối đa của clorua được lựa chọn

theo hàm lượng với natri. [8]

1.3.3.2. Ion NO2-

Nitrit là một hợp chất trung gian trong quá trình oxy hóa nitơ amoniac thành

nitrate do vi khuẩn nitrat hóa trong đất và nước, độc hơn nitrate nhiều. Nó cũng có thể

là một sản phẩm của vi khuẩn khử Nitơ ở lớp trầm tích kỵ khí hoặc trong nước. Nitrit

cuối cùng bị oxy hóa thành nitrat khi có oxy hòa tan.

Khi xâm nhập vào cơ thể, nitrit kết hợp với hemoglobin trong máu để tạo thành

methemoglobin. Do đó sẽ làm cản trở quá trình vận chuyển oxy của hemoglobin đi

nuôi cơ thể làm cho cơ thể bị thiếu oxy. Máu chứa nhiều methemoglobin sẽ có màu

nâu (ngộ độc nitrit còn gọi là “bệnh máu nâu”). Người bị thiếu oxy nặng biểu hiện toàn

thân tím tái năng, thở nhanh, tim nhanh. Sau đó hôn mê, tử vong nhanh nếu không

được điều trị kịp thời. Ngoài ra, nitrit có thể tác động với acid amin (có được từ việc

thoái hóa các protein) tạo thành nitrosamine là hợp chất có khả năng gây đột biến và

sinh ung thư. [7]

1.3.3.3. Ion NO3

-

Nitrat có mặt trong đất do việc sử dụng phân bón hóa học và từ các quá trình

chuyển hóa của nitơ trong đất. Dạng phân sử dụng để bón cây thường là dạng nitrat.

Tuy nhiên, cây trồng chỉ hấp thụ một phần nitrat, một phần được giải phóng dưới dạng

N2, NH3 do các vi sinh vật trong đất phân giải và phần còn lại sẽ tích tụ lại trong đất và

tan trong nước.

Trong tất cả các hợp chất của nitơ dạng vô cơ, nitrat được xem là hợp chất có tính

độc thấp nhất. Tuy nhiên, khi nitrat xâm nhập vào cơ thể thông qua các loại thực phẩm

có chứa nitrat, độc tính sẽ tăng lên chuyển thành nitrit nhờ hệ vi khuẩn có trong hệ tiêu

hóa của con người. [7]

2H+ + 2e → H2O





39

NO3- + 2e + 2H+ → NO2

- + NAD+ + H2O

1.3.3.4. Ion SO42-

Sunfat có mặt trong đất do việc sử dụng phân bón hóa học (phân lân) và sự oxy

hóa của quặng pirit.

2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+

Sunfat tích luỹ trong đất ở tầng lớp đất dưới và thích ứng với các cây có rễ ăn sâu.

Một trong những nguyên nhân gây chua đất là do có sunfat.

Ngoài ra sunfat có mặt trong đất còn do nham trầm tích có chứa thạch cao

CaSO4.2H2O, các khoáng vật sunfua, dung nham núi lửa, ….

Với hàm lượng sunfat cao hơn 400 mg/L, có thể gây mất nước trong cơ thể và

làm tháo ruột. [12]

1.3.4. Các phương pháp xác định anion [3]

1.3.4.1. Phương pháp sắc ký ion

Phạm vi áp dụng

Sắc ký ion là phương pháp phân tích công cụ đơn giản được sử dụng rộng rãi để

xác định liên tiếp nhiều anion Cl-, Br -, F-, I-, NO2-, NO3

-, PO43-, SO4

2- trong môi trường.

Nguyên tắc

Sắc ký trao đố ion dựa trên hiện tượng trao đối thuận nghịch giữa các ion linh

động của phân tử tĩnh rắn với các ion trong dung dịch phân tích, khi cho dung dịch này

đi qua cột được nặp đầy pha tĩnh. Các pha tĩnh trong trường hợp này được gọi là chất

trao đối ion, bản chất của các quá trình phân tách là do ái lực khác nhau của các ion

trong dung dịch đổi với các trung tâm trao đôi ion (nhóm chứa ion) của ionit.

Ưu điểm của phương pháp





40

- Có thể xác định một vài anion trong cùng một phép phân tích.

- Phân biệt được các halogen (Br -, Cl-, …) và các anion ở trạng thái õi hóa khác

nhau (NO2-, NO3

-, SO42-, SO3

2-, …) các anion thường ảnh hưởng lẫn nhau trong

phép phân tích ướt.

- Đơn giản và nhanh chóng.

- Độ nhạy phát hiện cao.

Nhược điểm của phương pháp

- Thiết bị hiện đại đắt tiền.

- Người phân tích cần phải có kinh nghiệm sử dụng.

- Hóa chất sử dụng phải là hóa chất tinh khiết phân tích.

1.3.4.2. Phương pháp trắc quang

Nguyên tắc

Dựa trên phép đo quang của dung dịch màu và so sánh cường độ màu (hoặc độ

hấp thu quang) của dung dịch nghiên cứu với dung dịch chuẩn có nồng độ chất cần xác

định đã biết trước.

Ưu điểm của phương pháp- Thời gian phân tích nhanh.

- Một đường chuẩn có thể đo được nhiều mẫu.

- Giới hạn định lượng thấp.


- Thiết bị hiện đại tốn kém.

- Không thể phân tích đồng thời nhiều anion cùng một lúc.1.3.4.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Phạm vi áp dụng





41

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS được dùng để phân tích lượng

nhỏ và lượng vết các nguyên tố kim loại của các chất vô cơ, hữu cơ trong các loại mẫu

khác nhau như quặng, đất, đá, nước, các sản phẩm nông nghiệp, phân bón, … Ngoài ra,

các anoin cũng có thể được xác định gián tiếp bằng phương pháp này.

Nguyên tắc

Đây là một phạm vi áp dụng mới của phép đo phổ hấp thu nguyên tử để phân tích

các chất không có phổ hấp thu nguyên tử hay phổ hấp thu nguyên tử kém nhạy. Các

phương pháp này hiện nay được phát triển và ứng dụng để phân tích các anion và các

chất hữu cơ. Nó là phương pháp gián tiếp dựa theo hai nguyên tắc chính:

- Nguyên tắc thứ nhất: nhờ là phản ứng hóa học trung gian có tính chất định

lượng của chất cần xác định X với một thuốc thử thích hợp có phổ AAS trong

một điều kiện nhất định.

- Nguyên tắc thứ hai: dựa theo hiệu ứng là khi chất phan tích X có mặt trong

mẫu với một vùng nồng độ nhất định, thì nó làm giảm hay tăng cường độ, vạch

phổ hấp thụ của kim loại một cách tuyến tính.

Ưu điểm của phương pháp- Có độ chọn lọc cao và độ nhạy cao.

- Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

- Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong mẫu.

- Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.


- Hệ thống máy tương đối đắt tiền.- Do độ nhạy cao nên sự nhiểm bẩn ảnh hưởng nhiều đến kết quả phân tích hàm

lượng vết.

- Chỉ cho biết thành phần nguyên tố ở trong mẫu mà không chỉ ra trạng thái liên

kết của nguyên tố trong mẫu.





42

1.4. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu đất [5]

1.4.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu đất

1.4.1.1. Nguyên tắc lấy mẫu:Để chọn lựa khu vực lấy mẫu đất mặt, kẻ ô vuông trên toàn bộ khu vực dự đinh

lấy mẫu. Ô vuông được vẽ dựa trên cơ sở về các thông tin chung của khu vực hoặc sử

dụng phương pháp thống kê (số Ô được lấy phải đảm bảo tối thiêu là 25% trên tổng số

ô, số mẫu được lấy trên mỗi ô phải đảm bảo tối thiểu là 10 mẫu). Cách làm này có thể

dẫn tới việc một số điểm "nóng" bị bỏ qua, nhưng kẻ ô vuông có thể liên kết được toàn

bộ các điểm lấy mẫu. Hiện nay, khi tiến hành lấy mẫu các thiết bị định vị toàn cầu

thường được sử dụng kèm theo. Công cụ này giúp cho việc xây dụng các bản đồ phân

bố chất ô nhiễm tích hợp các thông tin cho cái nhìn tổng thể về sự biến đổi chất lượng

đất theo thời gian do ảnh hưởng của các hoạt động sản xuất. Tuỳ thuộc vào mục đích

nghiên cứu trọng lượng mẫu đất được lấy có thể từ 300 - 500 g.

1.4.1.2. Dụng cụ lấy mẫu, túi đựng mẫu

- Dụng cụ lấy mẫu có thể dùng bằng cuốc, xẻng, hoặc các dụng cụ chuyên

dụng...- Túi dụng mẫu có thể dùng túi plastic. Các mẫu đất được lấy yêu cầu phải ghi

rõ tên mẫu, địa điểm, thời gian lấy.

1.4.2.3. Bảo quản mẫu

Cũng giống như đối với mẫu nước, tuỳ thuộc vào đối tượng nghiên cứu sẽ yêu

cầu các phương pháp bảo quản mẫu khác nhau. Đối với các mẫu phân tích các chỉ tiêu

như NO2-, NO3

-, NH4+, các chỉ tiêu vi sinh vật... phải được bảo quản trong điều kiện

lạnh để tránh sự phân huỷ và hoạt động của các vi sinh vật trong mẫu. Mẫu phân tích

các chỉ tiêu này đòi hỏi phải phân tích ngay trong trạng thái mẫu tươi, không qua các

bước xử lý sơ bộ sẽ được đề cập ở phần dưới đây. Đối với các chỉ tiêu phân tích lý hoá

học khác đòi hỏi phải qua bước xử lý sơ bộ trước khi phân tích.





43

Hình 1. 13. Một số phương pháp lấy mẫu đất thông dụng nhất 1.3.5.2.

1.4.2. Xử lý sơ bộ mẫu đất

1.4.2.1. Nguyên tắc

Mẫu đất khô trong không khí, hoặc trong tủ sấy ở nhiệt độ không quá 400C hoặc

làm lạnh khô. Nếu cần, làm vỡ đất trong khi vẫn còn ẩm, còn bở và nghiền lại sau khi

khô. Đất được rây và kích thước phần hạt nhỏ hơn 2 mm được chia thành tác phần

bằng máy hoặc bằng tay để có thể lấy mẫu đại diện để phân tích. Nếu yêu cầu mẫu nhỏ

(< 2 g) để phân tích thì cỡ hạt có phần nhỏ hơn 2 mm phải giâm đi hơn nữa. Các trình

tự cần thiết được thể hiện trong sơ đồ dưới đây.

- Chú ý:

- Làm khô ở nhiệt độ 400C trong tủ sấy thích hợp hơn phơi trong không khí ở

nhiệt độ phòng, vì tốc độ làm khô nhanh sẽ hạn chế những thay đổi do hoạt

động của vi sinh vật.

- Cần lưu ý rằng mỗi một kiểu xử lý sơ bộ để ảnh hưởng đến một số tính chấtđất.

- Bảo quản các mẫu đất gồm các mẫu đã nhận được, đã phơi khô trong không

khí, đã làm lạnh hoặc bảo quản trong môi trường không có ánh sáng, trong một





44

thời gian dài có thể ảnh hưởng đến một số thông số đất đặc biệt là các độ hoà

tan của cả phần vô cơ và phần hữu cơ.

- Đối với các mẫu đất lấy từ nguồn ô nhiễm, nên áp dụng các phép đo đặc biệt,

cần tránh tiếp xúc với da và nến có các biện pháp đặc biệt khi làm khô các mẫu

đất loại này (thông gió, lưu thông không khí).

- Khối lượng mẫu yêu cầu phải có sẵn ít nhất 500 g đất vừa mới lấy

1.4.2.2. Thiết bị, dụng cụ

Tủ sấy, tủ lạnh khô, máy làm vỡ, rây phẳng, máy trộn, sàng rung, rây lưới, cân

phân tích (độ chính xác tối thiểu tới 1 g).

1.4.2.3. Cách tiến hành:

- Mô tả mẫu: Xem xét mẫu đã nhận được và ghi lại dạng mẫu theo thuật ngữ

thích hợp gồm cả các chi tiết về vật ngoại lai, những thực vật còn lại và các đặc

điểm đáng lưu ý hoặc có liên quan khác.

- Làm khô: Làm khô toàn bộ trong không khỉ hoặc trong tủ sấy thông gió đã loại

bỏ không khí ẩm hoặc trong tủ làm khô lạnh. Làm khô mẫu cho tới khi khối

lượng mẫu đất giảm không quá 5% (m/m) trong 24 h. Để tăng tốc độ trong quátrình làm khô, đập nhỏ các cục đất có kích thước lớn hơn (lớn hơn 15 mm)

trong khi làm khô. Khi mẫu được phơi khô trong không khí, nghiền nhẹ bằng

tay bằn cách sử dụng búa gỗ họ một cối giã và chày. Khi mẫu được sấy khô

trong tủ sấy, tạm thời sấy mẫu ra khỏi tủ và xử lý như các trên. Các này cũng

làm cho việc tác các hạt có kích thước lớn hơn 2 mm dễ dàng hơn.

- Nghiền và loại bỏ các vật liệu thô: Trước khi nghiền phải loại bỏ đá. các mảnh

thuỷ tinh và rác v.v.. có kích thước lớn hơn 2 mm bằng các rây và nhặt bằngtay. Xác định và ghi lại tổng khối lượng mẫu khô và khối lượng vật liệu nào đó

bị loại bỏ ở bước này. Rây vật liệu nhỏ hơn 2 mm, ghi lại khối lượng của vật





45

liệu lớn và nhỏ hơn 2 mm, nghiền loại lớn hơn 2 mm, dùng máy hoặc bằng tay

trộn đều mẫu.

- Nghiền toàn bộ mẫu: Giảm cỡ hạt lớn hơn 2 mm, nghiền đất khô thành các hạt

không lớn hơn 2 mm bằng các dụng cụ thích hợp. Các dụng cụ cần thiết phải

được điều chinh hoặc sử dụng sao cho hạn chế đến mức tối thiểu việc nghiền

nhỏ các hạt ban đầu (kết vón và khối liên kết).

- Rây: Có thể sử dụng rây máy hoặc bằng tay.

- Lấy mẫu: Để chuẩn bị mẫu thí nghiệm, chứa phần mẫu được làm khô, nghiền

nhỏ và rây (kích thước hiện tại < 2 mẫu thành các phần đại diện từ 200 g đến

300 g hoặc theo một trình tự thích hợp khác. Để chuẩn bị một mẫu thử, chia

mẫu thí nghiệm thành các phần đại diện cho đến khi đạt được cỡ mẫu yêu cầu.

Tránh việc tạo bụi càng nhiều càng tốt

- Nghiền: Nếu phải lấy mẫu thử nhỏ hơn 2 g để phân tích, điều thiết yếu nhất là

phải nghiên nhỏ hơn nữa phần hạt nhỏ hơn 2 mm. Nghiền mẫu đất đại diện của

đất đã được phơi khô, giã nhỏ và rây cho đến khi toàn bộ mẫu lọt qua rây 250

cm hoặc một có quy định khác trong phương pháp thử.





46

Mẫu đất lấy về

Phơi khô trong khôngkhí hoặc tủ sấy

Loại bỏ tạp chất sơ bộ

Trộn đều, tứ phần, lấy ra 1000 gnghiền nhỏ rây qua rây 2 mm

Phân tích thành phầnvật lý 300 – 400 g

Trộn đều lấy500 – 600 g

400 – 500 g 50 – 100 g

Xử lý riêng đểphân tích C%, N

Loại bỏ kỹ phầnthực vật tồn dư

Rây qua 0.25 mm

30 – 40g450 g

Xử lý riêng phân tíchthành phần khoáng

Nghiền nhỏ, qua rây0.25 mm và 0.15 mm

Phân tích hóa học

Hình 1. 14. Sơ đồ nguyên lý chung xử lý mẫu đất





47

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Mục tiêu nghiên cứuKhảo sát quy trình xác định đồng thời anion Cl -, NO2

-, NO3-, SO4

2- trong mẫu đất


2.2. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

2.2.1. Thiết bị, dụng cụ

- Máy Compac IC 761.

- Cột Metrosep Anion Dual 2 (75 mm 4.6 mm), kích thước hạt 6 m với pha tĩnhlà polymerthacrylate liên kết với nhóm anion bậc 4.

- Detector IC Conductivity.

- Cân phân tích và các dụng cụ thủy tinh cần thiết trong phòng thí nghiệm.

2.2.2. Hóa chất

- Nước cất 2 lần.

- NaHCO3 khan (99 %), Trung Quốc.

- Na2CO3 khan (99 %), Trung Quốc.

- NaCl khan.

- NaNO2 khan.

- NaNO3 khan.

- Na2SO4 khan.

- H2SO4 đậm đặc (98 %), Trung Quốc.

- Pha 500 mL dung dịch chuẩn gốc 1000 ppm với lượng cân như bảng sau:

Cl- NO2- NO3

- SO42-

0.82420 g NaCl 0.74990 g NaNO2 0.68535 g NaNO3 0.73950 g Na2SO4





48

- H2SO4 100 mmol/L: pha loãng 5.6 mL H2SO4 đậm đặc bằng nước cất và định

mức đến vạch trên bình định mức 1 L.

- Dung dịch rửa giải (1.5 mmol/L NaHCO3/ 2.0 mmol/L Na2CO3): cân chính xác

0.0316 g NaHCO3 (khan) và 0.0530 g Na2CO3 (khan), định mức thành 250 mL

bằng nước cất.

2.3. Nội dung nghiên cứu

2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần pha động

Dựa vào Appication Bulletin No 261/1 f, tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của

thành phần pha động như sau:

- Pha mẫu là hỗn hợp dung dịch chuẩn 2 ppm (của các anion Cl-, NO2-, NO3

-,

SO42-) từ dung dịch chuẩn 1000 ppm.

- Pha các hệ dung môi là NaHCO3/Na2CO3 với tỷ lệ thay đổi như ở bảng 2.1.

- Tiến hành chạy máy IC: giữ nguyên tốc độ dòng và thời gian lưu, ghi nhận sắc

ký đồ và xem xét ảnh hưởng của thành phần pha động đến quá trình tách của

các anion.

Bảng 2. 1. Tỷ lệ của thành phần pha động khảo sát

Pha động Hóa chất Tỷ lệ nồng độ

(mmol/L) mcân (g) V bđm (mL) pH

1 NaHCO3 2.0 0.0426 250

6,23 Na2CO3 1.5 0.0398

2

NaHCO3 2.0 0.0426

6,16 Na2CO3 1.3 0.0345

3 NaHCO3 1.7 0.0358

6,37 Na2CO3 1.8 0.0478





49

4 NaHCO3 1.5 0.0316

6,47

Na2CO3 2.0 0.0530

2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng

Dựa vào các Appication Bulletin No 261/1 f, để khảo sát ảnh hưởng của tốc độ

dòng đến quá trình tách các anion, tôi tiến hành quy trình:

- Pha mẫu là hỗn hợp dung dịch 2 ppm từ dung dịch chuẩn 1000 ppm (của các

anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42-).

- Chuẩn bị dung môi rửa giải có thành phần và tỷ lệ tối ưu đã khảo sát ở trên- Tiến hành chạy máy sắc ký IC với áp suất và nhiệt độ giữ nguyên không thay

đổi, chỉ thay đổi tốc độ dòng của pha động trong khoảng 0.4; 0.8; 1.0 mL/min.

2.3.3. Khoảng nồng độ tuyến tính của các anion

Khoảng tuyến tính của 4 anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- được tính từ LOQ đến nồng

độ lớn nhất sao cho phương trình tuyến tính theo hàm bậc nhất có

2.3.4. Xây dựng đường chuẩn

Dựa vào kết quả khảo sát khoảng tuyến tính và nồng độ chất phân tích có thể có

trong mẫu tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn:

- Pha loãng hỗn hợp dung dịch chuẩn 1000 ppm thành các nồng độ 0.6; 0.8; 1; 2;

4 ppm.

- Tiến hành chạy sắc ký đồ ứng với thành phần pha động, tốc độ dòng tối ưu đã

khảo sát.

2.3.5. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)





50

LOD hay còn gọi là giới hạn pháy hiện, thông số LOD được dùng để đánh giá độ

nhạy của phương pháp phân tích.

Giá trị giới hạn phát hiện của thiết bị được xác định dựa vào tỷ lệ giữa tín

hiệu/nhiễu nền (S/N) và được tính theo công thức:

LOQ hay còn gọi là giới hạn định lượng, là hàm lượng nhỏ nhất có thể định

lượng một cách chính xác theo phương pháp đã chọn. Giới hạn định lượng (LOQ) của

thiết bị được xác định theo công thức:

Trong đó: Cmin là nồng độ nhỏ nhất mà máy có thể phát hiện được.

S là chiều cao peak tại nồng độ Cmin.

N là độ nhiễu nền (chiều cao peak) trung bình của mẫu trắng.

Để khảo sát LOD, LOQ, tôi tiến hành như sau:

- Chạy nền mẫu sau đó phóng to sắc ký đồ để xác định độ nhiễu nền.

- Từ dung dịch chuẩn 4 anion Cl-, NO2-, NO3-, SO42- 1000 ppm tôi tiến hành phaloàng thành dãy dung dich chuẩn có nồng độ giảm dần sao cho .

2.3.6. Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp

Để khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp tôi tiến hành theo quy trình như

sau:

- Pha hỗn hợp dung dịch mẫu chuẩn của các anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- với

nồng độ 0.8 ppm và 2 ppm pha từ dung dịch chuẩn 1000 ppm.- Hút một thể tích xác định của hỗn hợp dung dịch cho vào bình định mức 25

mL sao cho nồng độ các anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong khoảng nồng độ của

đường chuẩn.





51

- Tiến hành chạy máy sắc ký IC với thành phần pha động và tốc độ dòng tối ưu

đã khảo sát cho đến khi thu được sắc ký đồ. Dựa vào diện tích của các anion từ

sắc ký đồ thu được tính nồng độ thực tế của các anion và hiệu suất thu hồi của

phương pháp theo công thức:

Trong đó: H: hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích mẫu (%).

Ctt: hàm lượng anion thực tế tính từ đường chuẩn (mg/L).

Clt: hàm lường anion chuẩn có trong bình định mức (mg/L).

2.3.7. Khảo sát hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫuĐể khảo sát hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫu tôi tiến hành:

- Pha dung dịch mẫu thật với dung dịch chuẩn có nồng độ 0.4 ppm (hỗn hợp các

anion khác nhau) pha từ dung dịch chuẩn 1000 ppm.

- Tiến hành phân tích với thành phần pha động và tốc độ dòng đã tối ưu cho đến

khi thu hồi được sắc kí đồ. Xem xét hiệu suất thu hồi của quy trình.

Hiệu suất thu hồi của quy trình được tính theo công thức như sau:

Trong đó: Cm+c là tổng hàm lượng của anion có trong mẫu và hàm lượng của anion

trong mẫu chuẩn thêm vào (mg/100g)

Cm là hàm lượng của anion có trong mẫu (mg/100g)

Clt là nồng độ của mẫu chuẩn thêm vào (mg/100g)

H là hiệu suất thu hồi (%)

2.3.8. Quy trình phân tích mẫu đất

2.3.6.1. Nguyên tắc





52

Hòa tan các ion trong mẫu đất đã được xử lý sơ bộ (rây, sàng, ….) bằng nước cất,

lọc lấy dung dịch (xử lý dung dịch sơ bộ qua màng lọc 0.45 m). Sắc ký lỏng tách các

anion nhờ cột tách. Pha tĩnh là polymerthacrylate liên kết với nhóm amoni bậc 4 và pha

động là hỗn hợp dung môi NaHCO3/Na2CO3, sử dụng detector độ dẫn. Khi dùng

detector độ dẫn, dung dịch rửa giải cần phải có độ dẫn đủ thấp. Vì thế, detector đo độ

dẫn thường kết hợp với thiết bị suppressor, nó làm giảm độ dẫn của dung dịch rửa giải

và chuyển các anion được tách thành axit tương ứng.

2.3.6.2. Quy trình

Cân m (g) mẫu đất đã được xử lý cho vào erlen, hút V1 (mL) nước cho vào mẫu.

Sau đó lắc đều trong 30 phút, để yên dung dịch trong 2 giờ. Lọc lấy dung dịch lọc. Tiếnhành phân tích dung dịch lọc của mẫu đất như bình thường. Lấy V2 (mL) mẫu cho vào

beacher 250 mL, sau đó lọc mẫu qua màng lọc 0.45m để loại tạp chất, cho vào bình

định mức 25 mL, tiến hành tiêm mẫu và bắt đầu qui trình chạy máy sắc ký với các điều

kiện tối ưu đã khảo sát.

2.3.6.3. Công thức tính

Hàm lượng anion có trong mẫu đất được tính theo công thức:

Hàm lượng anion thực tế có trong mẫu được tính theo công thức:

Trong đó: Anionmẫu: nồng độ của anion có trong mẫu (mg/100g).

: nồng độ của các anion được quy ra từ đường chuẩn (mg/L).

: thể tích của bình định mức dùng để phân tích sắc ký (mL).

mmẫu: khối lượng mẫu (g).

Aniontt: nồng độ anion thực tế có trong mẫu (mg/100g).





53

: hiệu suất trung bình của phương pháp (%).

F: hệ số pha loãng (F = 500).

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Ảnh hưởng của thành phần pha động





54

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thành phần pha động thu được như hình 3. 1;

hình 3. 2; hình 3. 3; hình 3. 4.

Hình 3. 1. Sắc ký đồ của hỗn hợp dung dịch chuẩn Cl - , NO2- , NO3

- , SO42- 2 ppm ứng với

thành phần pha động 1 (2 mmol/L NaHCO3 /1.5 mmol/L Na2CO3 )





55



thành phần pha động 2 (2 mmol/L NaHCO3 /1.3 mmol/L Na2CO3 )



thành phần pha động 3 (1.7 mmol/L NaHCO3 /1.8 mmol/L Na2CO3 )





56


- , SO42-2 ppm ứng với

thành phần pha động 4 (1.5 mmol/L NaHCO3 /2 mmol/L Na2CO3 )

Bảng 3. 1. Bảng tổng kết thời gian lưu của các anion khi thay đổi thành phần pha động

Thành phần pha độngThời gian lưu

Cl- NO2- NO3

- SO42-

Pha động 1 (2 mmol/L NaHCO3/1.5 mmol/L Na2CO3)

3.31 4.03 5.54 8.58

Pha động 2 (2 mmol/L NaHCO3/1.3 mmol/L Na2CO3)

3.49 4.29 5.95 9.83

Pha động 3 (1.7 mmol/L NaHCO3/1.8 mmol/L Na2CO3) 3.37 4.13 5.70 8.94

Pha động 4 (1.5 mmol/L NaHCO3/2 mmol/L Na2CO3)

3.05 3.70 5.04 6.92





57

Nhận xét: Dựa vào kết quả khảo sát các sắc ký đồ của hình 3. 1; hình 3. 2; hình 3.

3; hình 3. 4 và bảng 3. 1 tôi nhận thấy rằng: Pha động 1, 2 và 3 tách các anion Cl -, NO2-

, NO3-, SO4

2- tốt, tuy nhiên thời gian phân tích dài. Vậy chọn pha động 4 là pha động tối

ưu với tỷ lệ nồng độ là 1.5 mmol/L NaHCO3/2 mmol/L Na2CO3 cho thời gian phân tích

nhanh nhất.

3.2. Ảnh hưởng của tốc độ dòng

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng thu được như từ hình 3. 5; hình 3. 6

và hình 3. 7.



tốc độ dòng 0.4 mL/min





58











59

Bảng 3. 2. Bảng tổng kết thời gian lưu của các anion khi thay đổi tốc độ dòng

Tốc độ dòng (mL/min)Thời gian lưu

Cl- NO2- NO3- SO42-

0.4 3.03 3.66 4.95 6.89

0.8 3.03 3.66 4.97 6.90

1.0 2.45 2.96 4.00 5.58

Nhận xét: Dựa vào các sắc ký đồ thu được ở hình 3. 5; hình 3. 6; hình 3. 7 và

bảng 3. 2, tôi nhận thấy rằng tốc độ dòng càng cao thì các peak sắc ký ra càng nhanh,

thời gian lưu của các anion càng ngắn. Ở tốc độ dòng 1.0 mL/min là tối ưu nhất vì kết

quả phân tích tốt.

3.3. Khoảng nồng độ tuyến tính của các anion

Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của ion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- được

trình bày trong bảng 3. 3 và hình 3. 8.

Bảng 3. 3. Khoảng nồng độ tuyến tính của ion Cl - , NO2- , NO3

- , SO42-

Nồng độ(ppm)

Diện tích peak

Cl- NO2- NO3

- SO42-

0.06 0.386 0.074 0.068 0.106

0.08 0.371 0.093 0.096 0.172

0.1 0.418 0.131 0.107 0.207

0.2 0.724 0.365 0.333 0.46

0.4 1.233 0.67 0.614 0.895

0.6 1.549 1.001 0.908 1.292





60

0.8 2.212 1.318 1.224 1.685

1 2.948 1.732 1.564 2.049

2 7.917 4.229 3.842 4.979

4 16.624 8.614 7.915 10.223

6 22.517 12.505 11.212 14.827

8 26.933 14.534 13.281 17.458

10 34.851 18.673 17.254 22.408

20 74.962 37.064 37.859 49.368

40 138.854 70.928 68.44 90.738

60 191.084 94.691 92.469 170.962

80 274.319 136.823 129.856 167.977

100 332.532 159.395 156.793 201.079

0 50 100 150 200 250

Diện tích peak (uS/cm.sec)

0

10

20

30

40

50

60

70

N ồ n g đ ộ ( p p m ) Chloride

Nitrite

Nitrate

Sulfate

Linear(Chloride)

Linear(Nitrite)

Linear(Nitrate)

Linear(Nitrate)

Linear(Sulfate)





61

Hình 3. 8. Đồ thị biễu diễn khoảng nồng độ tuyến tính của của ion Cl - , NO2- , NO3

- , SO42-

theo phương trình bậc nhất

Nhận xét: Dựa vào kết quả được trình bày ở bảng 3. 3 và đồ thị hình 3. 8 tôi nhận

thấy rằng khoảng nồng độ tuyến tính của các ion Cl -, NO2-, NO3

-, SO42- nằm trong

khoảng 0.06 – 60 ppm.

3.4. Xây dựng đường chuẩn

Kết quả xây dựng đường chuẩn của các ion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- được thể hiện

như hình 3. 9.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Diện tích peak (uS/cm.sec)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

N ồ n g đ ộ ( p p m )

Chloride

Nitrite

Nitrate

Sulfate

Linear(Chloride)

Linear(Nitrite)

Linear(Nitrate)

Linear(Sulfate)

Hình 3. 9. Đồ thị biễu diễn đường chuẩn của của các ion Cl - , NO2- , NO3

- , SO42-

3.5. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)

Kết quả LOD, LOQ của Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- thu được ở bảng 3. 4.

Bảng 3. 4. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)

AnionĐộ nhiễunền mẫutrắng (N)

Chiều cao peak tại Cmin

(S)Cmin (ppm)

Giới hạn phát hiện

(LOD)

Giới hạnđịnh lượng

(LOQ)





62

Cl- 0.0057 0.040.01

4.28 ppb 14.25 ppb

NO2- 0.0018 0.016 3.38 ppb 11.25 ppb

NO3- 0.0035 0.03 0.04 13.80 ppb 46.00 ppb

SO42- 0.0007 0.004 0.02 9.75 ppb 32.50 ppb

3.6. Hiệu suất thu hồi của phương pháp

Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp được trình bày ở bảng 3. 5.

Bảng 3. 5. Hiệu suất thu hồi của phương pháp

Clý thuyết (ppm)0.8 2

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3

Diệntích

peak

Cl- 2.389 2.764 2.421 6.321 6.232 6.045

NO2- 1.233 1.171 1.136 3.516 3.832 4.372

NO3- 1.162 1.146 1.108 3.201 3.584 4.059

SO42- 1.431 1.583 1.387 3.872 3.599 3.746

Cthực tế (ppm)

Cl- 0.8222 0.9055 0.8293 1.6955 1.6757 1.6342

NO2-

0.7363 0.7090 0.6936 1.7403 1.8793 2.1168 NO3

- 0.7571 0.7495 0.7313 1.7330 1.9163 2.1436

SO42- 0.7006 0.7575 0.6841 1.6148 1.5125 1.5676

Hiệu Cl- 102.77 113.19 103.66 84.77 83.79 81.71





63

suất (%) NO2- 92.03 88.63 86.70 87.02 93.97 105.84

NO3- 94.64 93.68 91.41 86.65 95.82 107.18

SO42- 87.58 94.69 85.52 80.74 75.63 78.38

Hiệusuất

trung bình(%)

Cl- 94.9823.21

NO2- 92.3612.64

NO3- 94.9012.00

SO42- 83.7512.20

Nhận xét: Các ion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- có hiệu suất thu hồi của phương pháp 91

%. Vì vậy có thể thấy rằng đường chuẩn của tôi đạt yêu cầu để định lượng.

3.7. Kết luận về các điều kiện tối ưu

- Pha động tối ưu cho quá trình chạy máy sắc ký là hỗn hợp 1.5 mmol/L

NaHCO3/2.0 mmol/L Na2CO3.

- Tốc độ dòng tối ưu là 1.0 mL/min.

- Giới hạn phát hiện của Cl- là 4.28 ppb, NO2- là 3.38 ppb, NO3

- là 13.80 ppb,

SO42- là 9.75 ppb.

- Giới hạn định lượng của Cl- là 14.25 ppb, NO2- là 11.25 ppb, NO3

- là 46.00 ppb,

SO42- là 32.50 ppb.

- Khoảng nồng độ tuyến tính là 0.06 – 60 ppm.

- Hiệu suất thu hồi của phương pháp đối với Cl- là 94.98 %, NO2- là 92.36 %,

NO3- là 94.90 %, SO4

2- là 83.75 %.

3.8. Hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫu đất

Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫu đất được thể hiện

trong bảng 3. 6 và bảng 3. 7.

Bảng 3. 6. Phân tích mẫu đất D2.03





64

mmẫu (g) Ion Diện tích

peak Cđo (mg/L) Cmãu (mg/100g) (mg/100g)

10.0053

Cl-

0.608 0.4266 106.6123

108.12680.632 0.4320 107.9130

0.667 0.4397 109.8550

NO2-

0 0.1940 48.4646

48.46460 0.1940 48.4646

0 0.1940 48.4646

NO3-

0.023 0.2120 52.9633

54.63720.03 0.2154 53.8002

0.058 0.2288 57.1480

SO42-

0.488 0.3475 86.8006

89.91920.513 0.3568 89.1396

0.563 0.3755 93.8174

Bảng3. 7. Hiệu suất thu hồi của qui trình phân tích mẫu đất

mmẫu (g) IonDiệntích

peak

Cđo (mg/L)

Cchuẩn + mẫu

(mg/100g)

(mg/100g)

Hiệusuất H

(%) (%)

10.005

3 Cl-

0.738 0.4555 113.8171

108.1268

85.35

88.6810.490.740 0.4560 113.9281 87.02

0.748 0.4577 114.3721 93.68

NO2- 0.063 0.2217 55.3975 48.4646 103.99 98.5012.51





65

0.059 0.2199 54.9579 97.40

0.057 0.2191 54.7381 94.10

NO3-

0.086 0.2422 60.5078

54.6372

88.06

88.068.910.084 0.2412 60.2687 84.47

0.088 0.2431 60.7470 91.65

SO42-

0.588 0.3849 96.1755

89.9192

93.84

101.3321.300.600 0.3894 97.2984 110.69

0.592 0.3864 96.5498 99.46

Nhận xét: Hiệu suất thu hồi của qui trình phân tích mẫu là 94.14 %. Vì vậy có thể

thấy rằng đường chuẩn của tôi đạt yêu cầu để định lượng.

3.9. Xác định anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong mẫu đất

Kết quả xác định anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong các mẫu đất được thể hiện

trong bảng 3. 8; bảng 3. 9; bảng 3. 10 và bảng 3. 11.



peak

Cđo (mg/L)

Cmẫu

(mg/100g)H pp (%)

Ctt

(mg/100g) (mg/100g)

10.0044

Cl-

4.264 1.2386 154.7612

94.98

162.9408162.1617

5.6963

4.299 1.2464 155.7325 163.9635

4.149 1.2131 151.5699 159.5809

NO2- 0.000 0.1940 24.2393 92.36 26.2444 26.2444

0.00000.000 0.1940 24.2393 26.2444





66

0.000 0.1940 24.2393 26.2444

NO3-

0.050 0.2249 28.1039

94.90

29.614229.6772

0.56450.048 0.2240 27.9843 29.4882

0.055 0.2273 28.4029 29.9293

SO42-

7.383 2.9296 366.0431

83.75

437.0664436.4704

11.17837.287 2.8937 361.5511 431.7028

7.447 2.9536 369.0378 440.6421



peak

Cđo (mg/L)

Cmẫu

(mg/100g)H pp (%)

Ctt

(mg/100g) (mg/100g)

10.0073

Cl-

4.107 1.2038 150.3608

94.98

158.3079147.4033

23.72963.498 1.0685 133.4658 140.5199

3.596 1.0903 136.1845 143.3823

NO2-

0.000 0.1940 24.2323

92.36

26.236826.2368

0.00000.000 0.1940 24.2323 26.2368

0.000 0.1940 24.2323 26.2368

NO3

-

0.000 0.2010 25.1067

94.90

26.4560

26.45600.000

00.000 0.2010 25.1067 26.45600.000 0.2010 25.1067 26.4560

SO42

-

6.203 2.4877 310.7386 83.75 371.0312 348.1679

62.25805.314 2.1548 269.1526 321.3762





67

5.864 2.3608 294.8807 352.0964



peak

Cđo (mg/L)

Cmẫu

(mg/100g)H pp (%)

Ctt

(mg/100g) (mg/100g)

10.0044

Cl-

2.198 0.7798 97.4291

94.98

102.5785101.1566

3.06282.123 0.7631 95.3478 100.3872

2.127 0.7640 95.4588 100.5041

NO2-

0.000 0.1940 24.239392.36

26.2444 26.2444

0.00000.000 0.1940 24.2393 26.2444

0.000 0.1940 24.2393 26.2444

NO3-

0.081 0.2398 29.9576

94.90

31.567533.0610

10.73810.051 0.2255 28.1697 29.6836

0.182 0.2881 35.9973 37.9318

SO42-

2.002 0.9144 114.2559

83.75

136.4250138.5108

23.61091.891 0.8729 109.0620 130.2233

2.225 0.9980 124.6904 148.8841



peak

Cđo (mg/L)

Cmẫu

(mg/100g)H pp (%)

Ctt

(mg/100g)

(mg/100g)

10.0045

Cl- 2.090 0.7558 94.4311 94.98 99.4221 95.1175

10.36131.933 0.7209 90.0744 94.8351





68

1.805 0.6925 86.5224 91.0954

NO2-

0.000 0.1940 24.2391

92.36

26.2442

26.24420.000

0.000 0.1940 24.2391 26.2442

0.000 0.1940 24.2391 26.2442

NO3-

0.119 0.2580 32.2297

94.90

33.961733.4786

7.66330.156 0.2757 34.4422 36.2932

0.059 0.2292 28.6418 30.1810

SO42-

1.815 0.8444 105.5047

83.75

125.9758

126.9628

20.58361.989 0.9096 113.6464 135.6972

1.694 0.7991 99.8429 119.2154





69

KẾT LUẬN

Trong điều kiện hạn hẹp về thời gian, về mặt lý thuyết, đồ án đã đưa ra được cácthông tin cơ bản về phương pháp sắc ký ion, cấu tạo cơ bản của máy sắc ký ion, tổng

quan về các anion, các phương pháp xác định anion và khảo sát quy trình xác định

đồng thời Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong đất bằng phương pháp sắc ký ion.

Qua phần thực nghiệm, tôi đã:

- Khảo sát ảnh hưởng của thành phần pha động của phương pháp sắc ký ion.

- Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng của phương pháp sắc ký ion.

- Khảo sát khoảng tuyến tính nồng độ của các anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- bằng

phương pháp sắc ký ion.

- Xây dựng đường chuẩn của các anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42-.

- Khảo sát LOD, LOQ của các anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42-.

- Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp sắc ký ion.

- Khảo sát hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích mẫu đất bằng phương pháp

sắc ký ion.

- Tiến hành xác định đồng thời các anion Cl-, NO2-, NO3

-, SO42- trong mẫu đất






70

KIẾN NGHỊ

Từ những kết quả nghiên cứu đồ án, tôi xin kiến nghị tiếp tục nghiên cứu việckhảo sát thêm ảnh hưởng của nhiều loại pha động khác nhau, nhiệt độ và áp suất đầu

cột, có và không có sử dụng suppressor, cũng như khảo sát hàm lượng anion trên các

loại mẫu đất khác nhau tùy theo mục đích sử dụng đất, để đưa ra quy trình phân tích tối

ưu hơn.





71

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. ĐHTP4TLT, “Tìm hiểu về phương pháp sắc ký trao đổi ion”, Tiểu luận,trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Hồ Chí Minh, 2011.

[2]. “Độc tính nitrit bị tác động bởi tính nhạy cảm của loài và các điều kiện môi

trường”, http://bioaqua.vn/doc-tinh-nitrit/.

[3]. Hoàng Minh Châu, Từ văn Mặc, Từ Vọng Nghi, Cơ sở hóa học phân tích, tập

3, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

[4]. “Nitrit, Nitrat”, http://tai-lieu.com/tai-lieu/nitrat-nitrit-839/.[5]. Nguyễn Tuấn Anh, Đỗ Thị Lan, Nguyễn Thế Hùng, Giáo trình phân tích môi

trường , Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội, 99 - 104, 2008.

[6]. Phan Bích Hà, “Đại cương sắc ký ion”,

http://www.ihph.org.vn/attachments/article/269/Sac%20ky%20ion.

[7]. Phan Thị Thu Hằng, “Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong

đất nước, rau và một số biện pháp nhằm hạn chế sự tích lũy của chúng trong rau tạiThái Nguyên”, Luận án tiến sĩ nông nghiệp, trường Đại học Thái Nguyên, Thái

Nguyên, 2008.

[8]. “Chloride”, http://en.wikipedia.org/wiki/Chloride.

[9]. “Nitrate”, http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrate.

[10]. “Nitrite”, http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrite.

[11]. Metrohm U.K.LTD, No 261/1 f, Application Bulletin, Colonne Cl Metrosep Anion Dual 2 (6.1006.100).

[12]. “Sulfate”, http://en.wikipedia.org/wiki/Sulfate.





72

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. 1. Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn Cl - với C min = 0.01 ppm để tính độ nhiễu

nền tại C min để khảo sát LOD và LOQ

Phụ lục 1. 2. Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn Cl - với C min = 0.01 ppm để tính độ nhiễu






73

Phụ lục 2.1. Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn NO2- với C min = 0.01 ppm để tính độ nhiễu


Phụ lục 2. 2. Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn NO2- với C min = 0.01 ppm để tính độ nhiễu






74

Phụ lục 3. Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn NO3- với C min = 0.04 ppm để tính độ nhiễu



khảo sát quy trình xác định đồng thời cl, no2, no3, so4 trong đất bằng phương...

Documents