Đồ án Phương pháp chiết dòng ngưng liên tục

Lêi c¶m ¬n. §å ¸n nµy ®­îc thùc hiÖn t¹i Bé m«n Qu¸ tr×nh thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ häc vµ thùc phÈm – Khoa CN Ho¸ häc - Tr­êng §HBK Hµ Néi, Trung t©m gi¸o dôc vµ ph¸t triÓn s¾c kÝ - §HBK Hµ Néi. Víi lßng biÕt ¬n s©u s¾c, t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n thµy gi¸o GS.TS Ph¹m V¨n Thiªm, ng­êi ®· trùc tiÕp giao ®Ò tµi vµ tËn t×nh h­íng dÉn t«i trong suèt qu¸ tr×nh hoµn thµnh b¶n ®å ¸n nµy. T«i còng xin ch©n thµnh c¶m ¬n kü s­ NguyÔn ThÞ Hanh, c¸n bé phßng ph©n tÝch m«i tr­êng- Trung t©m EDC §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi, cïng toµn thÓ c¸c anh chÞ ®ang c«ng t¸c t¹i Trung t©m EDC ®· t¹o ®iÒu kiÖn gióp ®â t«i trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn b¶n ®å ¸n nµy. Môc lôc Më §Çu 5 CH¦¥NG I: Tæng Quan. 6 I.1. Giíi thiÖu chung vÒ thuèc b¶o vÖ thùc vËt. 6 I.1.1. Nhãm clo h÷u c¬. 6 I.1.2. Nhãm phèt pho h÷u c¬. 6 I.1.3. Nhãm Carbamat. 7 I.1.4. Nhãm Pyrethroid. 7 I.2. TÝnh chÊt ho¸ lý cña mét sè lo¹i thuèc ®iÓn h×nh thuéc nhãm c¬-clo. 7 I.2.1. Polyclobiphenyl (PCBs). 7 I.2.2 Diclo Diphenyl Triclotan (DDT). 8 I.2.3. Aldrin. 9 I.2.4. Dieldrin. 9 I.2.5. Hexanclobenzen (HCB). 10 I.3. C¬ së lý thuyÕt cña ph­¬ng ph¸p chiÕt. 10 I.3.1. Kh¸i niÖm. 10 I.3.1.1. ChiÕt láng-láng 10 I.3.1.2. ChiÕt r¾n-láng. 11 I.3.2. Mét sè kh¸i niÖm kh¸c trong qu¸ tr×nh chiÕt. 11 I.3.2.1. ChÊt chiÕt (dung m«i chiÕt). 11 I.3.2.2. ChÊt pha lo·ng. 12 I.3.2.3. H»ng sè ph©n bè (K). 12 I.3.2.4. §é thu håi (phÇn tr¨m chiÕt). 12 I.4. Mét sè ph­¬ng ph¸p chiÕt. 12 I.4.1. Ph­¬ng ph¸p chiÕt gi¸n ®o¹n. 12 I.4.2. Ph­¬ng ph¸p chiÕt láng–láng liªn tôc. 15 I.4.2.1. M« h×nh cña ph­¬ng ph¸p chiÕt láng–láng liªn tôc. 15 I.4.2.2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu. 15 I.4.3. Ph­¬ng ph¸p chiÕt láng ng­ng h¬i. 18 I.4.3.1. M« h×nh cña ph­¬ng ph¸p chiÕt láng ng­ng h¬i. 18 I.4.4.2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu. 19 CH¦¥NG II: Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu. 25 II.1. Ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. 25 II.1.1.CÊu t¹o cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. 25 II.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. 25 II.2.3. Gi¶i thÝch qu¸ tr×nh t¸ch chiÕt. 26 II.2.4.Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. 27 II.2. Ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ. 33 II.2.1. S¬ ®å thiÕt bÞ vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ thèng s¾c kÝ khÝ. 33 II.2.2. Detector sö dông trong ph©n tÝch thuèc trõ s©u c¬-clo. 35 CH¦¥NG III: Thùc nghiÖm. 37 III.1. Ho¸ chÊt, dông cô vµ thiÕt bÞ. 37 III.1.1. Ho¸ chÊt. 37 III.1.2. Dông cô, ThiÕt bÞ. 37 III.2. §iÒu kiÖn ph©n tÝch tªn m¸y s¾c kÝ. 38 III.3. tiÕn hµnh Thùc nghiÖm. 38 III.2.1. ChuÈn bÞ dông cô. 38 III.2.2. Pha hçn hîp dung dÞch chuÈn. 38 III.2.4. Kh¶o s¸t thêi gian lµm viÖc tèi ­u cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. 39 III.2.5. Kh¶o s¸t ®é thu håi cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc ®èi víi mÉu rau. 39 CH¦¥NG IV: KÕt qu¶ vµ th¶o luËn. 41 IV.1. X¸c ®Þnh thêi gian l­u. 41 IV.2. X©y dùng ®­êng chuÈn. 41 IV.3. KÕt qu¶ ph©n tÝch. 43 KÕt luËn. 46 Tµi liÖu tham kh¶o. 47 C¸c kÝ hiÖu dïng trong ®å ¸n. CE : Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong dung m«i. [mg/ml] C
: Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong h¬i dung m«i. [mg/ml] C
: Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong dung m«i sau qu¸ tr×nh chiÕt. [mg/ml] CE,C : Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong dung m«i trong qu¸ tr×nh chiÕt. [mg/ml] CW: Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong n­íc. [mg/ml] C
: Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong dßng h¬i n­íc. [mg/ml] C
: Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong pha n­íc sau qu¸ tr×nh chiÕt. [mg/ml] CW,C: Nång ®é cÊu tö ph©n bè trong pha n­íc khi chiÕt. [mg/ml] CW,O: Nång ®é cÊu tö ph©n bè ban ®Çu cã trong mÉu ph©n tÝch. [mg/ml] F: Tû lÖ dßng. FE: Dßng dung m«i chiÕt. [ml/s] F
: Dßng h¬i dung m«i chiÕt [ml/s] FW: Dßng n­íc. [ml/s] F
: Dßng h¬i n­íc. [ml/s] K: H»ng sè ph©n bè láng – láng. KW: H»ng sè ph©n bè khÝ láng. PA: ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña cÊu tö A nguyªn chÊt. [at] PB: ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña cÊu tö B nguyªn chÊt. [at] p
: ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö A. [at] p
: ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö B. [at] RE: §é thu håi. t: Thêi gian chiÕt. [s] V: Tû lÖ thÓ tÝch. [ml] VE: ThÓ tÝch dung m«i chiÕt. [ml] VW: ThÓ tÝch mÉu n­íc. [ml] Më §Çu ë n­íc ta ngµy nay, thuèc trõ s©u bÖnh ®· trë thanh mét nhu cÇu cÇn thiÕt trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. C«ng dông cña thuèc b¶o vÖ thùc vËt trong viÖc ®Èy lïi vµ h¹n chÕ t¸c h¹i cña s©u bÖnh, cá d¹i ®èi víi c©y trång vµ n«ng s¶n ®· ®­îc ®«ng ®¶o mäi ng­êi c«ng nhËn. Tuy nhiªn bªn c¹nh nh÷ng lîi Ých do thuèc b¶o vÖ thùc vËt ®em l¹i, viÖc sö dung thuèc b¶o vÖ thùc vËt còng g©y ra nh÷ng t¸c h¹i rÊt lín ®èi víi m«i tr­êng sinh th¸i, ®éng thùc vËt vµ c¶ con ng­êi. Do tÝnh chÊt bÒn v÷ng cña thuèc b¶o vÖ thùc vËt mµ sau khi phun mét thêi gian chóng kh«ng bÞ ph©n huû ngay mµ vÉn cßn tån t¹i mét l­îng nhá (d­ l­îng) trong m«i tr­êng nh­ trong ®Êt, trong n­íc vµ ®Æc biÖt lµ trong rau, qu¶. Rau lµ mét lo¹i thùc phÈm quen dïng trong b÷a ¨n hµng ngµy cña ng­êi d©n ViÖt Nam. Tuy nhiªn n­íc ta lµ mét n­íc ®ang ph¸t triÓn, tr×nh ®é d©n trÝ ch­a cao. ViÖc nãi, lµm theo ph¸p luËt vµ c¸c quy tr×nh h­íng dÉn khoa häc vµo ®êi sèng ch­a ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch nghiªm tóc, ng­êi d©n cßn cã thãi quen lµm theo kinh nghiÖm. Víi nh÷ng lý do nh­ vËy lµm cho rau ë viÖt nam ®· vµ ®ang cã d­ l­îng thuèc b¶o vÖ thùc vËt cao, dÉn ®Õn mçi n¨m ®Òu cã hµng tr¨m ng­êi chÕt v× ngé ®éc thuèc b¶o vÖ thùc vËt. Do ®ã viÖc nghiªn cøu x¸c ®Þnh nhanh d­ l­îng thuèc b¶o vÖ thùc vËt trong rau qu¶ lµ mét viÖc lµm cÇn thiÕt, nh»m ®­a ra nh÷ng khuyÕn c¸o kÞp thêi cho ng­êi tiªu dïng. HiÖn nay còng cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh d­ l­îng thuèc b¶o vÖ thùc vËt trong thùc phÈm, tuy nhiªn nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy ®Òu ®ßi hái thêi gian ph©n tÝch dµi, tèn kinh phÝ, tr¶i qua nhiÒu qui tr×nh phøc t¹p. Cho nªn nã kh«ng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu c¬ b¶n lµ ph©n tÝch nhanh, trong b¶n ®å ¸n nµy chóng t«i tËp chung vµo viÖc nghiªn cøu mét ph­¬ng ph¸p míi ®ã lµ ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc, ¸p dông ph­¬ng ph¸p nµy vµo viÖc t¸ch chiÕt d­ l­îng thuèc b¶o vÖ thùc vËt trong rau, qu¶ víi hy väng ®©y sÏ lµ mét ph­¬ng ph¸p míi ®¸p øng ®­îc yªu cÇu ph©n tÝch nhanh, ®ång thêi ®¹t ®­îc ®é thu håi cao. CH¦¥NG I: Tæng Quan. I.1. Giíi thiÖu chung vÒ thuèc b¶o vÖ thùc vËt. Thuèc b¶o vÖ thùc vËt dung trong n«ng nghiÖp cã rÊt nhiÒu lo¹i thuéc nhiÒu nhãm kh¸c nhau nh­ c¸c nhãm: clo h÷u c¬, l©n h÷u c¬, cacbam¸t, nhãm thuèc gèc th¶o méc pyrethroid..v..v.. Trong sè nµy, hiÖn nay trong nghµnh n«ng nghiÖp nø¬c ta chñ yÕu dïng c¸c nhãm chÝnh lµ nhãm clo h÷u c¬, l©n h÷u c¬, cacbam¸t, nhãm thuèc gèc th¶o méc pyrethroid. I.1.1. Nhãm clo h÷u c¬. §¹i diÖn lµ: DDT, 666, Andrin, Dieldrin,… §©y lµ lo¹i ho¸ chÊt bÒn v÷ng trong m«i tr­êng tù nhiªn gièng nh­ c¸c kim lo¹i nÆng. Thêi gian b¸n ph©n huû phÇn lín c¸c hîp chÊt cña chung trong m«i tr­êng tù nhiªn lµ 20 n¨m. Chóng Ýt tan trong n­íc, tan nhiÒu trong c¸c dung m«i h÷u c¬. Trong ®iÒu kiÖn b×nh th­êng, chóng Ýt bÞ ph©n gi¶i nh­ng trong m«i tr­êng kiÒm nhÊt lµ cã thªm c¸c kim lo¹i nh­: Fe, Hg, Cu… chóng sÏ bÞ ph©n gi¶i nhanh. Ngoµi ra, ¸nh s¸ng mÆt trêi, nhiÖt ®é còng lµ t¸c nh©n lµm thuèc ph©n gi¶i. §©y lµ nhãm ho¸ chÊt ®­îc dïng ®Çu tiªn trªn thÕ giíi vµo c¸c lÜnh vùc y häc, n«ng nghiÖp. Nh­ng víi c¬ chÕ ®éc lµ tÝch luü trong c¸c m« mì cña ®éng vËt nªn chóng dÔ g©y nhiÔm ®éc m·n tÝnh, cßn gäi lµ nhiÔm ®éc nghÒ nghiÖp víi c¸c triÖu chøng vÒ thÇn kinh lµ chñ yÕu. §©y lµ nhãm ho¸ chÊt ®¸ng lo ng¹i nhÊt hiÖn nay, ®· ®­îc nhµ n­íc khuyÕn c¸o h¹n chÕ vµ cÊm sö dông. I.1.2. Nhãm phèt pho h÷u c¬. §¹i diÖn lµ Wonfatox, Metafos, Bi-58, Diazinon, Matathion… C¸c chÊt c¬ phèt pho ®Òu dÔ bay h¬i lµ nh÷ng chÊt ®éc ®­êng h« hÊp. Chóng dÔ hoµ tan trong c¸c dung m«i h÷u c¬ vµ dÇu mì, dÔ bÞ ph©n huû nªn khã thu håi ®­îc chÕ phÈm ban ®Çu. Thuèc ®­îc dïng ®Ó chèng s©u bÖnh cho thùc vËt, diÖt cá, chèng nÊm, diÖt ruåi muçi, bä chÐt. Nh×n chung vÒ mÆt ho¹t tÝnh sinh häc c¸c hîp chÊt c¬ phèt pho lµ nh÷ng chÊt rÊt ®éc, th­êng g©y ®éc cÊp tÝnh ®èi víi ng­êi vµ ®éng vËt m¸u nãng. C¬ chÕ ®éc cña thuèc lµ øc chÕ hÖ enzim chlinesteraza, chñ yÕu lµ enzim ®iÒu hoµ sù ph©n huû AxetylCholin kÝch thÝch qu¸ tr×nh chuyÓn tÝn hiÖu thÇn kinh cho tÕ bµo. C¬ chÕ nµy lµm ph¸ huû qu¸ tr×nh sèng b×nh th­êng cña ®éng vËt, g©y ra c¸c triÖu chøng nhiÔm ®éc kiÓu nhiÔm ®éc Muscarin vµ nhiÔm ®éc Nic«tin. I.1.3. Nhãm Carbamat. §¹i diÖn lµ Camerthin, Diamix, Actellic… lµ c¸c dÉn suÊt cña c¸c axit carbamit, cã ®éc tÝnh cao ®èi víi ng­êi vµ ®éng vËt. Nh­ng chóng lµ nh÷ng hîp chÊt rÊt kÐm bÒn trong m«i tr­êng vµ kh¶ n¨ng tÝch luü trong c¬ thÓ kh«ng cao mÆc dï c¬ chÕ ®éc cña chóng gièng hîp chÊt phèt pho h÷u c¬ nªn chóng ®­îc dïng ®Ó thay thÕ cho c¸c hîp chÊt thuéc hai nhãm trªn. I.1.4. Nhãm Pyrethroid. §¹i diÖn lµ Polytrin, Cidi, Sumicidin… lµ c¸c hîp chÊt th¶o méc, mÆc dï c¬ chÕ ®éc cña chóng gièng víi hîp chÊt Carbamat nh­ng chóng l¹i Ýt bÒn h¬n vµ kh«ng cã kh¶ n¨ng tÝch luü trong c¬ thÓ vµ trong m«i tr­êng nªn hiÖn nay cã xu thÕ ®­îc dïng ®Ó thay thÕ c¸c hîp chÊt thuéc c¸c nhãm trªn. Ngoµi ra cßn cã c¸c loai thuèc cã gèc kim lo¹i nÆng Cu, Hg, As… còng lµ nh÷ng ho¸ chÊt cùc kú ®éc h¹i ®èi víi m«i tr­êng vµ con ng­êi. RÊt nhiÒu lo¹i thuèc thuéc c¸c nhãm ho¸ chÊt nµy cã kh¶ n¨ng g©y ®éc theo nhiÒu con ®­êng nh­ tiÕp xóc, ®­êng ruét, x«ng h¬i, néi hÊp, thÊm s©u nªn dÔ g©y nhiÔm ®éc thuèc vµ nhiÔm ®éc víi hµm l­îng lín. I.2. TÝnh chÊt ho¸ lý cña mét sè lo¹i thuèc ®iÓn h×nh thuéc nhãm c¬-clo. I.2.1. Polyclobiphenyl (PCBs). Polyclobiphenyl lµ tªn gäi hçn hîp c¸c cÊu tö t¹o thµnh do sù thay thÕ tõ 1 ®Õn 10 nguyªn tö hydr« trong ph©n tö biphenyl b»ng c¸c nguyªn tö clo. C«ng thøc tæng qu¸t cña PCBs lµ: C
H
Cl
. C«ng thøc cÊu t¹o chung: PCBs cã cÊu t¹o gån hai vßng th¬m, cã ®Ýnh mét sè nguyªn tö clo. C¸c nguyªn tö clo thÕ vµo c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau t¹o nªn 209 ®ång ph©n. C¸c cÊu tö ®­îc ®¸nh sè thø tù tõ 1 ®Ðn 209 theo danh ph¸p quèc tÕ. Tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn ph¶n øng mµ møc ®é clo ho¸ thay ®æi tõ 18,8% ®Õn 71,3% (theo khèi l­îng). Thùc tÕ, trong s¶n phÈm th­¬ng m¹i chØ cã 130 cÊu tö trong tæng sè 209 cÊu tö, møc ®é clo ho¸ trung b×nh tõ 21% ®Ðn 68%. PCBs lµ chÊt láng kh«ng mµu hoÆc mµu vµng nh¹t, chóng cã tÝnh chÊt chung lµ: + BÒn nhiÖt + Kh«ng ch¸y næ. + C¸ch nhiÖt tèt. + æn ®Þnh vÒ mÆt ho¸ häc ë ®iÒu kiÖn th­êng: tr¬ víi axit, baz¬ vµ c¸c t¸c nh©n hãa häc kh¸c. + DÔ tan trong c¸c hîp chÊt hy®r«cacbon, mì vµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬, Ýt tan trong n­íc. Trªn thùc tÕ PCBs cßn cã nhiÒu tªn gäi kh¸c nhau, mét sè tªn gäi phæ biÕn lµ: Aroclo, Areclo, Asbestol, Biclor, Chlorindted Biphenyl… I.2.2 Diclo Diphenyl Triclotan (DDT). Tªn th«ng th­êng: Diclo Diphenyl Triclotan. DDT cã c«ng thøc ph©n tö lµ
, khèi l­îng ph©n tö lµ M=345,5. C«ng thøc cÊu t¹o:
DDT lµ tinh thÓ tr¾ng, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y 108,5-109
C, nhiÕt ®é s«i lµ 185-187
C. Tan Ýt trong n­íc (kho¶ng 0.0001mg/l), tan tèt trong c¸c dung m«i h÷u c¬ vµ trong dÇu (ë 27
C ®é tan cña DDT trong cyclohexan 1000g/l, trong dioxane 1000g/l, trongclorofom lµ 310g/l…). Tan kÐm trong c¸c dung m«i lµ c¸c hy®r«c¸cbon m¹ch th¼ng vµ vßng no. DDT bÒn d­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é, ë 100
C th× DDT vÉn kh«ng bÞ ph©n huû. DDT t¸c dông ®­îc víi c¸c chÊt cã tÝnh «xy ho¸ m¹nh vµ c¸c chÊt kiÒm. DDT ®­îc s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp theo ph¶n øng sau:
I.2.3. Aldrin. Aldrin cßn cã tªn gäi kh¸c: 1,2,3,4,10,10–1,4,4a,8,8a–Hexhy®roendo-1,4 exo- 5,8–Dimetanopaphthalen. Aldrin cã c«ng thøc ph©n tö lµ C
H
Cl
. Khèi l­îng ph©n tö lµ M = 364,93. C«ng thøc cÊu t¹o:
Aldrin lµ tinh thÓ kh«ng mµu ®Õn mµu ®en xÉm, cã mïi nhÑ, nãng ch¶y ë nhiÖt ®é 104
C, tan nhiÒu trong c¸c dung m«i h÷u c¬, tan rÊt Ýt trong n­íc (0,003%). Adrin lµ chÊt r¾n kh«ng ch¸y, khi s«i bÞ ph©n huû vµ cã ¸p suÊt h¬i lµ 0,00008 mmHg. Aldrin ph¶n øng víi c¸c axit v« c¬ ®Ëm ®Æc, c¸c kim lo¹i ho¹t ®éng m¹nh, c¸c chÊt «xy ho¸, phªnol… I.2.4. Dieldrin. Dieldrin cßn cã tªn kh¸c lµ: 1,2,3,4,10,10–Hexaclo–6,7–epoxy– 1,4,4a,5.6.7.8,8a–octahydro–1,4–endo 5,8 dimªtanonaphthalen. Dieldrin cã c«ng thøc ph©n tö lµ: C
H
OCl
. Khèi l­îng ph©n tö M =380,93. C«ng thøc cÊu t¹o:
Dieldrin lµ tinh thÓ kh«ng mµu ®Õn mµu s¸ng, mïi nhÑ, kh«ng ch¸y, Ýt tan trong n­íc, tan nhiÒu trong c¸c dung m«i h÷u c¬. Dieldrin nãng ch¶y ë nhiÖt ®é 175–176
C. Cã ¸p suÊt h¬i 0,4 mPa. Ph¶n øng víi c¸c ch©t oxy ho¸ m¹nh, c¸c kim lo¹i kiÒm vµ phenol, Dieldrin bÒn trong c¸c dung dÞch axit, dung dÞch kiÒm. I.2.5. Hexanclobenzen (HCB). Hexaclobenzen cßn cã tªn gäi kh¸c lµ: Hexaclo–1,3–Cyclopentadien . C«ng thøc ph©n tö: C
Cl
Khèi l­îng ph©n tö: M = 284,8. C«ng thøc cÊu t¹o:
HCB Ýt tan trong n­íc, tan tèt trong c¸c dung m«i h÷u c¬, CCl4 vµ ete. HCB lµ chÊt láng kh«ng ch¸y, cã t¸c dông víi ¸nh s¸ng, ph¶n øng chËm víi n­íc t¹o thµnh HCl. Do ®ã HCB cã kh¶ n¨ng ¨n mßn kim lo¹i trong ®iÒu kiÖn Èm. HCB cßn cã kh¶ n¨ng t¹o ra khÝ næ trong ®iÒu kiÖn kÝn vµ Èm. I.3. C¬ së lý thuyÕt cña ph­¬ng ph¸p chiÕt. I.3.1. Kh¸i niÖm. I.3.1.1. ChiÕt láng-láng ChiÕt láng-láng lµ mét qu¸ tr×nh t¸ch mét chÊt hoÆc mét vµi chÊt tõ pha láng nµy sang pha láng kh¸c kh«ng trén lÉn víi pha láng ban ®Çu. qu¸ tr×nh nµy bao gåm viÖc thªm vµo pha láng ban ®Çu mét pha láng kh¸c kh«ng trén lÉn, sau ®ã trong hÖ x¶y ra sù chuyÓn ho¸ gi÷a hai pha cho ®Õn khi hÖ ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng. Qóa tr×nh chuyÓn chÊt tõ pha nµy sang pha kia ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh ph©n bè. C©n b»ng ®¹t ®­îc gäi lµ c©n b»ng ph©n bè hay c©n b»ng chiÕt. Ng­êi ta th­êng tiÕn hµnh chiÕt c¸c chÊt tõ pha n­íc lªn pha h÷u c¬ hoÆc tõ pha h÷u c¬ nµy sang pha h÷u c¬ kh¸c. C¬ së vËt lý cña ph­¬ng ph¸p chiÕt láng-láng lµ ®Þnh luËt ph©n bè Nenx¬: “ë mçi ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, tû lÖ nång ®é cña mét chÊt hoµ tan trong chÊt láng A vµ B kh«ng tan vµo nhau lµ mét gi¸ trÞ kh«ng ®æi khi ®¹t ®­îc tr¹ng th¸i c©n b»ng. Gi¸ trÞ ®ã ®­îc gäi lµ h»ng sè ph©n bè K’’ §Þnh luËt Nenx¬ chØ ®óng cho tr­êng hîp nång ®é nhá vµ chÊt hoµ tan cã tr¹ng th¸i nh­ nhau trong c¶ hai chÊt láng Avµ B. Theo ®Þnh luËt trªn, ®Ó chiÕt mét chÊt cã hiÖu qu¶ th× chÊt ®ã ph¶i hoµ tan trong dung m«i chiÕt tèt h¬n rÊt nhiÒu so víi m«i tr­êng mµ nã ®ang tån t¹i. NghÜa lµ h»ng sè ph©n bè ®èi víi dung m«i chiÕt ph¶i lín. I.3.1.2. ChiÕt r¾n-láng. ChiÕt r¾n-láng lµ mét qu¸ tr×nh hoµ tan chän läc mét hoÆc mét sè c¸c cÊu tö cña chÊt r¾n b»ng mét dung m«i láng. C¸c qu¸ tr×nh chiÕt r¾n-láng th­êng kÌm theo c¸c qu¸ tr×nh läc bèc h¬i, kÕt tinh . BÊt kú mét qu¸ tr×nh chiÕt r¾n-láng nµo còng bao gåm c¸c giai ®o¹n sau: 1. Giai ®o¹n dung m«i x©m nhËp vµo trong pha r¾n. 2. Giai ®o¹n hoµ tan cÊu tö ph©n bè vµo dung m«i diÔn ra ë trong pha r¾n. 3. Giai ®o¹n dung dÞch chuyÓn tõ trong pha r¾n ra bÒ mÆt ph©n chia pha. 4. Giai ®o¹n dung dÞch khuÕch t¸n vµo khèi chÊt láng. Tèc ®é cña qu¸ tr×nh chiÕt r¾n-láng phô thuéc rÊt lín vµo h×nh d¹ng kÝch th­íc thµnh phÇn ho¸ häc cña chÊt r¾n, vµo cÊu tróc bªn trong cña chÊt r¾n còng nh­ h×nh d¹ng kÝch th­íc cña lç mao qu¶n. Trong mét sè tr­êng hîp qu¸ tr×nh hoµ tan lµ do ph¶n øng dÞ thÓ x¶y ra trªn bÒ mÆt ph©n chia pha, kh«ng chØ ®èi víi chÊt r¾n hoµ tan mµ víi c¶ chÊt r¾n kh«ng hoµ tan. C¸c ph¶n øng nµy cã thÓ t¹o ra c¸c bät khÝ lµm gi¶m bÒ mÆt tiÕp xóc pha gi÷a pha r¾n vµ pha láng lµm gi¶m tèc ®é cña qu¸ tr×nh chiÕt. I.3.2. Mét sè kh¸i niÖm kh¸c trong qu¸ tr×nh chiÕt. I.3.2.1. ChÊt chiÕt (dung m«i chiÕt). ChÊt chiÕt lµ dung m«i h÷u c¬ cã chøa hoÆc kh«ng chøa c¸c cÊu tö kh¸c dïng ®Ó chiÕt c¸c cÊu tö cÇn chiÕt ra khái pha ban ®Çu. I.3.2.2. ChÊt pha lo·ng. Lµ dung m«i h÷u c¬ tr¬ ®­îc thªm vµo dung m«i chiÕt ®Ó lµm tèt nh÷ng tÝnh chÊt vËt lý (nh­ tû khèi, ®é nhít…) cña dung m«i chiÕt. Nh­ vËy pha h÷u c¬ dïng ®Ó chiÕt cã thÓ chØ lµ mét chÊt láng nguyªn chÊt nh­ng còng cã thÓ lµ mét dung dÞch chøa vµi cÊu tö kh¸c ®ãng vai trß thuèc thö hoÆc chÊt pha lo·ng. I.3.2.3. H»ng sè ph©n bè (K). HÖ sè ph©n bè cña qu¸ tr×nh chiÕt mét chÊt (hoÆc mét tiÓu ph©n) cã gi¸ trÞ b»ng tû sè gi÷a nång ®é cña c¸c chÊt (hoÆc tiÓu ph©n ®ã) ë tÊt c¶ c¸c d¹ng ho¸ häc trong phÇn chiÕt trªn nång ®é tæng céng cña nã ë tÊt c¶ c¸c d¹ng ho¸ häc cã trong pha n­íc (hoÆc pha h÷u c¬ ban ®Çu). K=


Trong ®ã: C
: Tæng nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong chÊt láng A. C
: Tæng nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong chÊt láng B. H»ng sè ph©n bè lµ mét ®¹i l­îng quan trong nhÊt, ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng chiÕt cña dung m«i ®èi víi mét chÊt ph©n t¸n ®· cho ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. H¨ng sè ph©n bè cµng lín th× ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng, c¸c chÊt chuyÓn vµo dung m«i chiÕt c¬ cµng nhiÒu. B»ng ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch ho¸ häc ng­êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc nång ®é tæng céng cña tiÓu ph©n cÇn chiÕt trong c¸c pha vµ do ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc hÖ sè ph©n bè. Mét chÊt cã hÖ sè ph©n bè cµng lín th× chÊt ®ã cµng ®­îc chiÕt dÔ lªn pha h÷u c¬. I.3.2.4. §é thu håi (phÇn tr¨m chiÕt). §Ó ®¸nh gi¸ ®­îc hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh chiÕt mét chÊt (hoÆc mét tiÓu ph©n), ng­êi ta cßn hay sö dông ®¹i l­îng: ®é thu håi (R), R cã gi¸ trÞ b»ng tû sè gi÷a l­îng tæng céng cña c¸c chÊt (hoÆc tiÓu ph©n) ë phÇn chiÕt ®­îc so víi l­îng tæng céng cña chÊt ®ã ë c¶ hai pha. Gi¸ trÞ cña R kh«ng chØ phô thuéc vµo hÖ sè ph©n bè K mµ cßn phô thuéc c¶ vµo thÓ tÝch pha n­íc vµ pha h÷u c¬ . I.4. Mét sè ph­¬ng ph¸p chiÕt. I.4.1. Ph­¬ng ph¸p chiÕt gi¸n ®o¹n. §©y lµ ph­¬ng ph¸p chiÕt ®¬n gi¶n nhÊt, theo ph­¬ng ph¸p nµy th× mÉu vµ dung m«i chiªt ®­îc cho ®ång thêi vµo phÔu chiÕt, sau ®ã tiÕn hµnh l¾c ®Òu. Qu¸ tr×nh l¾c trén nh»m môc ®Ých lµm t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a hai pha, §iÒu ®ã kh«ng chØ lµm t¨ng tèc ®é chiÕt mµ cßn lµm cho tr¹ng th¸i c©n b»ng nhanh ®­îc thiÕt lËp.
 H×nh 1: M« h×nh cña ph­¬ng ph¸p chiÕt gi¸n ®o¹n. H»ng sè ph©n bè ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: K=
(2) Ph­¬ng tr×nh b¶o toµn khèi l­îng tr­íc vµ sau khi chiÕt: Tæng l­îng cÊu tö ph©n bè trong mÉu ban ®Çu b¨ng tæng l­îng cÊu tö ph©n bè trong pha n­íc vµ pha dung m«i sau qu¸ tr×nh chiÕt. m
= m
+ m
(3) Ph­¬ng tr×nh tÝnh ®é thu håi ®¹t ®­îc sau qu¸ tr×nh chiÕt: §é thu håi ®­îc ®o b»ng tû sè gi÷a l­îng cÊu tö ph©n bè cã trong dung m«i sau qu¸ tr×nh chiÕt vµ l­îng cÊu tö ph©n bè ban ®Çu cã trong thÓ tÝch cña mÉu. R =
(4) Mµ ta cã: m
= C
.V
(5) m
= C
.V
(6) Thay (5) vµ (6) vµo (4) ta ®­îc: R =
(7) Chia c¶ tö vµ mÉu cho C
. V
ta ®­îc: R =
(8) §Æt V =
tû lÖ thÓ tÝch. R =
=
(9) §©y chÝnh lµ c«ng thøc biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a ®é thu håi R vµ h»ng sè ph©n bè K. Khi thÓ tÝch cña pha n­íc vµ cña dung m«i b»ng nhau (V=1) th× ta cã: R =
(10) Hay : K =
(11) Th«ng th­êng th× ph­¬ng ph¸p chiÕt ®­îc xem nh­ lµ ®Þnh l­îng khi ®é thu håi ®¹t ®­îc tõ 99–99,9%; nghÜa lµ chØ cßn mét l­îng nhá chÊt cÇn chiÕt trong pha n­íc. Tuy nhiªn trong thùc tÕ th­êng kh«ng hiÕm nh÷ng tr­êng hîp ®é thu håi R chØ ®¹t ®­îc 90% thËm chÝ cßn nhá h¬n rÊt nhiÒu sau mét lÇn chiÕt. V× vËy ng­êi ta th­êng kh«ng sö dông ph­¬ng ph¸p chiÕt gi¸n ®o¹n, víi mét lÇn chiÕt trong ph©n tÝch ®Þnh l­îng. §Ó gi¶i quyÕt ®­îc vÊn ®Ò nµy ng­êi ta th­êng tiÕn hµnh chiÕt nhiÒu lÇn. Khi thùc hiÖn chiÕt nhiÒu lÇn ta sÏ nhËn ®­îc gi¸ trÞ ®é thu håi cao h¬n nhiÒu so víi mét lÇn chiÕt. Khi ®ã ®é thu håi sau n lÇn chiÕt ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
(12) Ta nhËn thÊy r»ng tû sè
< 1, do ®ã nÕu sè lÇn chiÕt n cµng lín th× ®é thu håi R cµng lín. I.4.2. Ph­¬ng ph¸p chiÕt láng–láng liªn tôc. I.4.2.1. M« h×nh cña ph­¬ng ph¸p chiÕt láng–láng liªn tôc. H×nh 2: M« h×nh ph­¬ng ph¸p chiÕt láng–láng liªn tôc. Theo ph­¬ng ph¸p nµy dung m«i ®­îc ®un bay h¬i ®i vµo èng ng­ng h¬i K1. T¹i ®©y h¬i dung m«i ®­îc ng­ng tô l¹i vµ hoµ trén víi mét dßng n­íc tõ ng¨n chøa mÉu ®i vµo, t¹o thµnh mét dßng chÊt láng ch¶y xuèng ng¨n ph©n t¸ch pha. §ång thêi víi qu¸ tr×nh nµy lµ sù di chuyÓn cÊu tö ph©n bè tõ pha n­íc vµo dung m«i chiÕt. Sau khi ®· cã sù ph©n t¸ch hai pha, dung m«i chiÕt l¹i ®­îc håi l­u trë l¹i b×nh chøa dung m«i. T¹i ®©y nã l¹i tiÕp tóc ®­îc bay h¬i lªn èng ng­ng h¬i K1. Qu¸ tr×nh diÔn ra liªn tôc nh­ vËy cho ®Õn khi l­îng mÉu trong b×nh chøa ®· ®­îc ®Þnh møc hoµn toµn vµo èng ng­ng h¬i K1. I.4.2.2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu. 1.Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho èng ng­ng h¬i (bé phËn chiÕt). Tæng l­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo èng ng­ng h¬i K
lµ:
Tæng l­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái èng ng­ng h¬i K
lµ:
Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh chiÕt x¶y ra trong èng ng­ng h¬i K
chØ lµ sù di chuyÓn cña cÊu tö ph©n bè tõ pha n­íc vµo dung m«i chiÕt, kh«ng cã sù mÊt m¸t ra ngoµi, do ®ã tæng l­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo vµ ®i ra khái ng¨n chiÕt lµ kh«ng ®æi. VËy ta cã:
=
(13) §©y chÝnh lµ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho èng ng­ng h¬i K
. Trong tr­êng hîp nhiÖt ®é s«i cña cÊu tö ph©n bè cao h¬n nhiÒu so víi nhÞªt ®é s«i cña dung m«i, khi ®ã ta cã thÓ coi nång ®é cÊu tö ph©n bè trong h¬i dung m«i chiÕt lµ kh«ng ®¸ng kÓ (C
). Khi ®ã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu trë thµnh:
=
(14) 2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cña b×nh chøa dung dÞch chiÕt. Ta nhËn thÊy r»ng nång ®é C
trong b×nh chøa mÉu biÕn ®æi theo thêi gian. Nguyªn nh©n cña sù thay ®æi nµy lµ do l­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo vµ ®i ra khái b×nh chøa lµ kh¸c nhau. Gi¶ sö sau mét kho¶ng thêi gian v« cïng nhá dt nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong b×nh chøa t¨ng lªn mét l­îng lµ dC
. Trong kho¶ng thêi gian dt ®ã l­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo b×nh chøa lµ: F
.C
.dt. L­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái b×nh chøa lµ: F
.C
.dt. Nh­ vËy ta cã: V
.dC
= F
.C
.dt + F
.C
.dt Hay:
(15). Tr­êng hîp nång ®é cÊu tö ph©n bè trong dßng h¬i dung m«i lµ kh«ng kÓ, ph­¬ng tr×nh sÏ trë thµnh:
(16) §©y chÝnh lµ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho b×nh chøa dung dÞch chiÕt. Trong qu¸ tr×nh chiÕt láng–láng liªn tôc h»ng sè ph©n bè ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: K =
(17) 3. §é thu håi cña ph­¬ng ph¸p chiÕt láng-láng liªn tôc. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc ®é thu håi cña ph­¬ng ph¸p ta cÇn gi¶i ph­¬ng tr×nh vi ph©n (16). KÕt hîp víi c¸c ph­¬ng tr×nh (14) vµ (17). Chia c¶ hai vÕ cña ph­¬ng tr×nh (14) cho F
.C
ta ®­îc:
(18) Hay:
(19) ThÕ ph­¬ng tr×nh (17) vµo ta ®­îc:
(20) Suy ra:
(21) Víi F =
: tû lÖ dßng. MÆt kh¸c tõ ph­¬ng tr×nh (17) ta cã:
(22). ThÕ vµo ph­¬ng tr×nh vi ph©n (16) ta ®­îc:
(23) ThÕ ph­¬ng tr×nh (21) vµo ph­¬ng tr×nh (23) ta ®­îc:
(24) LÊy tÝch ph©n hai vÕ ph­¬ng tr×nh (24).
VËy:
(25) §©y chÝnh lµ ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn sù thay ®æi nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong dung dÞch chiÕt theo thêi gian. Qu¸ tr×nh chiÕt láng–láng liªn tôc kÕt thóc khi l­¬ng mÉu trong bé phËn chøa mÉu ®­îc ®Þnh møc hoµn toµn vµo b×nh chiÕt. Do ®ã thêi gian cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh chiÕt láng–láng liªn tôc lµ:
(26) Nh­ vËy ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong dung dÞch chiÕt khi kÕt thóc qu¸ tr×nh chiÕt.
(27) VËy ta cã l­îng cÊu tö ph©n bè ®· ®­îc chiÕt lµ:
(28) L­îng cÊu tö ph©n bè trong mÉu ban ®Çu lµ:
(29) Tõ ®©y ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ®é thu håi cña ph­¬ng ph¸p.
(30) Ph­¬ng tr×nh (30) cho chóng ta biÕt, h»ng sè ph©n bè phô thuéc rÊt lín vµo tû lÖ dßng vµ vµo h»ng sè ph©n bè. I.4.3. Ph­¬ng ph¸p chiÕt láng ng­ng h¬i. I.4.3.1. M« h×nh cña ph­¬ng ph¸p chiÕt láng ng­ng h¬i. H×nh 3: M« h×nh ph­¬ng ph¸p chiÕt láng–láng ng­ng h¬i. §©y lµ mét ph­¬ng ph¸p cho hiÖu qu¶ vÒ ®é thu håi cao, nh­ng vÒ lý thuyÕt th× hÕt søc phøc t¹p. Trong ph­¬ng ph¸p nµy th× c¶ n­íc vµ dung m«i ®Òu ®­îc ®un bay h¬i, ®i vµo èng ng­ng h¬i K1. T¹i ®©y chóng ®­îc ng­ng tô l¹i t¹o thµnh mét dßng chÊt láng ch¶y tõ trªn xuèng ng¨n ph©n t¸ch pha. §ång thêi x¶y ra qu¸ tr×nh chiÕt, cÊu tö ph©n bè di chuyÓn tõ pha n­íc vµo pha h÷u c¬ (dung m«i chiÕt). T¹i ng¨n ph©n t¸ch pha hçn hîp láng ®­îc t¸ch ra thµnh hai líp, líp n­íc vµ líp dung dÞch chiÕt. Sau ®ã c¶ hai líp ®Òu ®­îc håi l­u chë l¹i b×nh chøa mÉu vµ b×nh chøa dung m«i chiÕt, t¹i ®©y chóng tiÕp tôc ®­îc bèc h¬i ®i vµo èng ng­ng h¬i K1. Qu¸ tr×nh diÔn ra liªn tôc nh­ vËy cho ®Õn khi ®¹t ®­îc yªu cÇu chiÕt. I.4.4.2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu. §Ó thiÕt lËp ®­îc ph­¬ng tr×nh c©n b½ng vËt liÖu cho ph­¬ng ph¸p chiÕt láng ng­ng h¬i ta cÇn ®­a ra mét sè gi¶ thiÕt sau: + Toµn bé l­u l­îng c¸c dßng chÊt láng vµ dßng h¬i kh«ng thay ®æi trong suèt qu¸ tr×nh chiÕt. + Cã sù tån t¹i c©n b»ng nhiÖt ®éng gi÷a c¸c pha. + Qu¸ tr×nh chiÕt láng–láng x¶y ra t¹i bé phËn lµm l¹nh, kh«ng cã sù chuyÓn ho¸ chÊt tan trong ng¨n ph©n c¸ch C. + Kh«ng cã sù bay h¬i chÊt tan theo dßng h¬i dung m«i. 1. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho èng ng­ng h¬i. L­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo ng¨n chiÕt K lµ: F
. C
+ F
. C
L­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái ng¨n chiÕt K lµ: F
.C
+ F
.C
MÆt kh¸c ta cã: l­îng vµo b»ng l­îng ra nªn. F
. C
+ F
. C
= F
.C
+ F
.C
(31) §©y chÝnh lµ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho ng¨n chiÕt K1. Trong tr­êng hîp cÊu tö ph©n bè, cã nhiÖt ®é s«i cao h¬n nhiÖt ®é s«i cña dung m«i nhiÒu th× ta cã thÓ coi nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong h¬i dung m«i lµ rÊt nhá coi nh­ b»ng 0 (C
= 0). Khi ®ã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu sÏ lµ: F
. C
= F
.C
+ F
.C
(32) Hay: F
.
= F
.C
+ F
.C
. (33) Trong ®ã: K
=
: h»ng sè c©n b»ng láng–h¬i. 2.Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho bé phËn chøa mÉu.
Ta xÐt trong mét kho¶ng thêi gian rÊt nhá dt: L­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo b×nh chøa mÉu lµ:
L­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái b×nh chøa mÉu lµ:
L­îng cÊu tö ph©n bè trong b×nh chøa gi¶m ®i lµ:
Nh­ vËy ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu:
=
-
(34) Hay:
(35) 3. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho b×nh chøa dung dÞch chiÕt. XÐt trong mét kho¶ng thêi gian v« cïng nhá dt, sù biÕn thiªn nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong b×nh lµ dC
. L­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo b×nh chøa dung dÞch chiÕt lµ:
L­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái b×nh chøa dung dÞch chiÕt lµ:
Sù biÕn thiªn l­îng cÊu tö ph©n bè trong b×nh chøa lµ:
Ta nhËn thÊy r»ng nguyªn nh©n cña sù biÕn thiªn l­îng cÊu tö ph©n bè trong b×nh chøa dung dÞch chiÕt chÝnh lµ chªnh lÖch gi÷a l­îng cÊu tö ra vµ vµo b×nh chiÕt. VËy ta cã:
=
-
(36) Hay:
(37) MÆt kh¸c theo gi¶ thuyÕt ta coi kh«ng cã sù bay h¬i cña cÊu tö ph©n bè theo dßng h¬i dung m«i chiÕt do ®ã ph­¬ng tr×nh trë thµnh:
(38) HÖ sè ph©n bè ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: K =
(39) 4. BiÓu diÔn sù biÕn thiªn nång ®é cÊu tö ph©n bè theo thêi gian trong qu¸ tr×nh chiÕt. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc sù biÕn thiªn nång ®é cña cÊu tö ph©n bè theo thêi gian trong suèt qu¸ tr×nh chiÕt ta cÇn gi¶i hÖ hai ph­¬ng tr×nh vi ph©n (35) vµ (37). KÕt hîp víi ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu (31) Chia c¶ hai vÕ cña ph­¬ng tr×nh (31) cho
ta ®­îc:
(40) Ta cã:
Tõ ®©y ta cã:
(41) Suy ra:
(42) Chia c¶ hai vÕ cña ph­¬ng tr×nh vi ph©n (36) cho
ta ®­îc:
(43) Thay ph­¬ng tr×nh (42) vµo ph­¬ng tr×nh (43) ta ®­îc:
(44) Suy ra:
(45) LÊy tÝch ph©n hai vÕ ph­¬ng tr×nh (45)
Suy ra: ln
Hay:
) (46) Tõ hai ph­¬ng tr×nh (39) vµ (42) suy ra:
(47) Thay ph­¬ng tr×nh (46) vµo ph­¬ng tr×nh (47) ta ®­îc.
(48) ThÕ ph­¬ng tr×nh (48) vµo ph­¬ng tr×nh (38) ta ®­îc.

(49) Suy ra:

(50) LÊy tÝch ph©n hai vÕ ph­¬ng tr×nh (50).

Ta ®­îc:
(51) §©y chÝnh lµ ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn sù biÕn thiªn cña nång ®é cÊu tö ph©n bè theo thêi gian trong suèt qu¸ tr×nh chiÕt. CH¦¥NG II: Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu. II.1. Ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. II.1.1.CÊu t¹o cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc.
H×nh 4: CÊu t¹o thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. II.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. Ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc lµ mét trong nh÷ng ph­¬ng ph¸p ph©n líp vµ tinh chÕ c¸c chÊt h÷u c¬ ®¹t hiÖu qu¶ cao. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc ®­îc ¸p dông ®Ó lµm giµu vµ tinh chÕ nh÷ng chÊt bay h¬i kh«ng ph©n cùc, kh«ng tan hoÆc rÊt Ýt tan trong n­íc. MÉu cÇn chiÕt ®­îc ®­a vµ trong b×nh ch­ng cÊt 4 (nÕu lµ mÉu r¾n th× ph¶i ®­îc nghiÒn nhá), t¹i ®©y mÉu sÏ ®­îc hoµ tan ë trong n­íc cÊt. khi mÉu vµ n­íc cÊt trong b×nh 4 ®­îc ®un s«i th× c¸c chÊt cÇn ph©n tÝch cã trong mÉu sÏ bÞ cuèn theo dßng h¬i n­íc ®i lªn sinh hµn lµm l¹nh K
, t¹i ®©y dßng h¬i n­íc cã chøa chÊt cÇn ph©n tÝch sÏ bÞ ng­ng tô l¹i t¹o thµnh mét dßng chÊt láng ®i vµo líp dung m«i ë phÝa d­íi èng sinh hµn. Qu¸ tr×nh c©n b»ng láng-h¬i x¶y ra ë trªn bÒ mÆt líp dung m«i. Sau khi dßng láng võa ng­ng tô ®i vµo líp dung m«i sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh c©n b»ng láng-láng, ®ång thêi diÔn ra qu¸ tr×nh di chuyÓn cÊu tö ph©n bè tõ trong pha n­íc vµo pha dung m«i. Qu¸ tr×nh nµy diÔn ra nhiÒu lÇn trong mét thêi gian chiÕt nhÊt ®Þnh. Thêi gian chiÕt mÉu phô thuéc rÊt nhiÒu yÕu tè, nh­ng yÕu tè c¬ b¶n ®Çu tiªn lµ dung m«i chiÕt vµ chÊt cÇn chiÕt. II.2.3. Gi¶i thÝch qu¸ tr×nh t¸ch chiÕt. Nh­ ta ®· biÕt dung dÞch ph©n ra lµm hai lo¹i nh­ sau: 1. Dung dÞch lý t­ëng: lµ dung dÞch mµ trong ®ã lùc liªn kÕt giòa c¸c ph©n tö cïng lo¹i vµ lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö kh¸c lo¹i b»ng nhau, khi ®ã c¸c cÊu tö hßa tan hoµn toµn vao nhau theo bÊt kú mét tû lÖ nµo. C©n b»ng giòa láng vµ h¬i hoµn toµn tu©n theo ®Þnh luËt Raun. 2. Dung dÞch thùc: lµ nh÷ng dung dÞch kh«ng hoµn toµn tu©n theo ®Þnh luËt Raun, sù sai lÖch so víi ®Þnh luËt Raun lµ d­¬ng, nÕu lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö kh¸c lo¹i nhá h¬n lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö dïng lo¹i, sai lÖch ©m nÕu lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö kh¸c lo¹i lín h¬n lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö cïng lo¹i. Trong tr­êng hîp lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö kh¸c lo¹i rÊt bÐ so víi lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö cïng lo¹i th× dung dÞch sÏ ph©n líp, nghÜa lµ c¸c cÊu tö kh«ng hoµ tan vµo nhau hoÆc hoµ tan kh«ng ®¸ng kÓ. MÆt kh¸c ®èi víi c¸c lo¹i thuèc trõ s©u thuéc nhãm c¬-clo lµ nh÷ng chÊt kh«ng hoÆc tan rÊt Ýt trong n­íc. Do ®ã viÖc t¸ch chiÕt d­ l­îng thuèc trõ s©u c¬-clo b»ng ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc tu©n theo nguyªn t¾c cña ph­¬ng ph¸p ch­ng l«i cuèn h¬i n­íc. Khi trén lÉn hai chÊt láng kh«ng hoµ tan vµo nhau th× mçi chÊt láng trong hçn hîp gi÷ nguyªn tÝnh chÊt cña m×nh. DiÒu nµy cã nghÜa lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña mçi cÊu tö kh«ng phô thuéc vµo nång ®é cña nã trong hçn hîp vµ b»ng ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña cÊu tö nguyªn chÊt ë cïng nhiÖt ®é.
(52) Vµ ¸p suÊt chung cña hçn hîp b»ng tæng ¸p suÊt riªng phÇn nghÜa lµ b»ng tæng ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña c¸c cÊu tö.
(53) Vµ c¶ hai chÊt cã cïng mét nhiÖt ®é s«i, nhiÖt ®é s«i cña hçn hîp nhá h¬n nhiÖt ®é s«i cña chÊt cã nhiÖt ®é s«i thÊp nhÊt. NÕu gäi
lµ sè mol cña cÊu tö Avµ B trong pha h¬i ta cã:
(54) Trong ®ã:
(55) Víi:
GA, GB: L­îng cÊu tö A vµ B trong pha h¬i. MA, MB: Khèi l­îng ph©n tö cña cÊu tö A vµ B. Thay ph­¬ng tr×nh (55) vµo (54) ta ®­îc:
(56) NÕu cho toµn bé l­îng h¬i ng­ng tô thµnh láng th× tû sè träng l­îng cña c¸c cÊu tö trong chÊt láng thu ®­îc tû lÖ thuËn víi tÝch ¸p suÊt riªng phÇn vµ khèi l­îng ph©n tö cña chóng vµ kh«ng chÞu ¶nh h­ëng bëi träng l­îng cña chóng trong pha láng lóc ch­a cÊt. Tõ ®©y ta tÝnh ®­îc phÇn tr¨m theo träng l­îng cña cÊu tö ch­ng cÊt thu ®­îc.
(57) Trong thùc tÕ kh«ng cã chÊt láng kh«ng hoµ tan hoµn toµn vµo nhau. Nh­ng khi ®é hoµ tan cña c¸c chÊt láng vµo nhau lµ rÊt bÐ ta cã thÓ coi chung kh«ng hoµ tan vµo nhau. TÝnh to¸n víi c¸c hÖ nµy cho phÐp ta ¸p dông c¸c c«ng thøc cña hÖ chÊt láng kh«ng hoµ tan vµo nhau. II.2.4.Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. Dùa trªn nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc ta cã thÓ ®­a ra m« h×nh cña nã nh­ sau: F
H×nh 5: M« h×nh chiÕt dßng ng­ng liªn tôc §Ó thiÕt lËp ®­îc ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc ta ®­a ra mét sè gi¶ thiÕt sau: + Tån t¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÕt ®éng gi÷a c¸c pha (t¹i bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai pha). + Qu¸ tr×nh thùc hiÖn chiÕt láng-láng chØ x¶y ra ë èng ng­ng h¬i K
. + Kh«ng cã sù chuyÓn ho¸ chÊt tan trong qu¸ tr×nh t¸ch chiÕt ng¨n C. + Sù thÊt tho¸t chÊt tan ra khái èng ng­ng h¬i K
lµ rÊt nhá cã thÓ bá qua. + L­îng n­íc håi l­u trë l¹i ng¨n chøa mÉu vµ l­îng n­íc bèc lªn lµ b»ng nhau. 1. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho ng¨n chøa mÉu. Ta nhËn thÊy r»ng nång ®é CW biÕn ®æi theo thêi gian. Gi¶ sö sau mét thêi gian v« cïng nhá dt th× nång ®é cÊu tö ph©n bè trong ng¨n chøa mÉu CW biÕn ®æi mét l­îng lµ dCW. Nguyªn nh©n dÉn ®Õn sù thay ®æi nång ®é nµy lµ do l­îng cÊ tö ph©n bè ®i vµo vµ l­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra lµ kh¸c nhau. Sau mét thêi gian v« cïng nhá dt l­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo ng¨n chøa mÉu lµ: FW.C
. dt. L­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái ng¨n chøa mÉu lµ: F
C
.dt = F
.
.dt. L­îng cÊu tö ph©n bè trong ng¨n chøa mÉu gi¶m ®i mét l­îng lµ: V
.dC
. Nh­ vËy ta cã: V
.dC
=F
.C
.dt - F
.
.dt. (58) Hay:

.
-
.
. (59) 2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho èng ng­ng h¬i K
. Tæng l­îng cña cÊu tö ph©n bè ®i vµo K
trong mét ®¬n vÞ thêi gian lµ: F
.C
+ F
.C
. Tæng l­îng cña cÊu tö ph©n bè ®i ra khái K
lµ: F
.C
+F
.C
. Nh­ vËy ta cã: F
.C
+ F
.C
= F
.C
+F
.C
. (60) Tr­êng hîp nhiÖt ®é s«i cña cÊu tö ph©n bè lín h¬n rÊt nhiÒu so víi nhiÖt ®é s«i cña dung m«i chiÕt, khi ®ã ta cã thÓ coi nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong h¬i dung m«i lµ kh«ng ®¸ng kÓ. Lóc nµy ph­¬ng tr×nh (60) trë thµnh. F
.C
= F
.C
+ F
.C
(61) Hay. F
.
= F
.C
+ F
.C
(62) 3. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho ng¨n C. Trong ng¨n C chØ x¶y ra qu¸ tr×nh ph©n t¸ch hai pha, pha n­íc vµ pha h÷u c¬. kh«ng cã sù di chuyÓn cÊu tö ph©n bè tõ pha nµy sang pha kh¸c. nh­ vËy sù thay ®æi nång ®é cña cÊu tö ph©n bè ë mçi pha trong ng¨n C chØ lµ do l­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo vµ ®i ra khái ng¨n C lµ kh¸c nhau. XÐt sù thay ®æi nång ®é cÊu tö ph©n bè trong pha h÷u c¬ t¹i ng¨n C. Sau mét kho¶ng thêi gian v« cïng nhá dt nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong pha h÷u c¬ t¨ng thªm mét l­îng lµ: dC
. Trong kho¶ng thêi gian dt ®ã: L­îng cÊu tö ph©n bè ®i vµo lµ : F
.C
.dt. L­îng cÊu tö ph©n bè ®i ra lµ: F
.C
.dt. Nh­ vËy ta sÏ cã: dC
.V
= F
.C
.dt - F
.C
.dt (63) Hay:
=
.C
-

.C
(64) Coi (C

0) ta sÏ cã.
=
.C
(65) XÐt t­¬ng tù ®èi víi pha n­íc ta cã:
=
.( C
- C
) (66) H»ng sè c©n b»ng trong suèt qu¸ tr×nh chiÕt ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: K =
=
(67) 4. Sù biÕn thiªn nång ®é cÊu tö ph©n bè trong qu¸ tr×nh chiÕt. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc sù biÕn thiªn nång ®é cÊu tö ph©n bè theo thêi gian trong suèt qu¸ tr×nh chiÕt ta cÇn gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n bao gåm c¸c ph­¬ng tr×nh ®· thµnh lËp ë trªn. KÕt hîp hai ph­¬ng tr×nh (62) vµ (67) ta ®­îc:
(68) Thay ph­¬ng tr×nh (68) vµo ph­¬ng tr×nh (65) ta ®­îc:
(69) §¹o hµm hai vÕ ph­¬ng tr×nh (59) ta ®­îc:
(70) Thay ph­¬ng tr×nh (69) vµo ph­¬ng tr×nh (70) ta ®­îc:
(71) Suy ra:
(72) §Æt: F=
: Tû lÖ dßng. Khi ®ã ph­¬ng tr×nh (72) trë thµnh.
(73) §©y lµ ph­¬ng tr×nh vi ph©n cÊp hai, ta biÕt r»ng muèn t×m nghiÖm tæng qu¸t cña nã, chØ cÇn t×m hai nghiÖm riªng ®éc lËp tuyÕn tÝnh. Ta t×m nghiÖm riªng cña nã d­íi d¹ng. CW = e
Trong ®ã a lµ mét h»ng sè nµo ®ã mµ ta sÏ t×m. Ta cã:
ThÕ vµo ph­¬ng tr×nh (73) ta ®­îc:
Hay:
(74) Ph­¬ng tr×nh (74) cã hai nghiÖm riªng.

Nh­ vËy ph­¬ng tr×nh (73) cã nghiÖm tæng qu¸t lµ:
(75) Víi A1, A2 lµ c¸c h»ng sè tÝch ph©n, dùa vµo ®iÒu kiÖn biªn ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc chóng. T¹i thêi ®iÓm t=0 th× CW = CW,O nªn ta cã A1 + A2 = CW,O. T¹i thêi ®iÓm t = ∞ th× CW = 0 nªn ta cã A2 = 0. VËy A1 = CW,O ThÕ vµo ph­¬ng tr×nh (75) ta ®­îc: CW = CW,O.e
§Æt: A =
Khi ®ã ta cã: CW = CW,O. e
(76) ThÕ ph­¬ng tr×nh (76) vµo ph­¬ng tr×nh (69) ta ®­îc:
Hay:
(77) LÊy tÝch ph©n hai vÕ ph­¬ng tr×nh (77).
(78) Ta ®­îc:
(79) §©y chÝnh lµ ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn sù biÕn thiªn nång ®é cña cÊu tö ph©n bè trong suèt qu¸ tr×nh chiÕt b»ng ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. II.2. Ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ. Ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ ®­îc nhµ b¸c häc ng­êi nga Maic¬nxvet ®­a ra vµo n¨m 1903. ¤ng ®· dïng cét nh«m oxit t¸ch thµnh c«ng c¸c picmen cña l¸ c©y xanh thµnh nh÷ng vïng mµu riªng biÖt. ¤ng ®· gi¶i thÝch hiÖn t­îng nµy b»ng ¸i lùc hÊp phô kh¸c nhau cña c¸c s¾c tè vµ ®Æt tªn ph­¬ng ph¸p nµy lµ ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ (nghÜa lµ ghi mµu). Ban ®Çu ph­¬ng ph¸p nµy chØ ®¬n gi¶n chØ dïng ®Ó ph©n tÝch c¸c hîp chÊt v« c¬ vµ h÷u c¬. Tuy nhiªn ®Õn nay s¾c kÝ ®· trë thµnh mét trong nh÷ng lÜnh vùc quan träng vµ hiÖn ®¹i nhÊt cña ho¸ häc. Nã ®­îc øng dông réng r·i trong hÇu hÕt c¸c nghµnh khoa häc vµ c«ng nghiÖp liªn quan ®Õn ho¸ häc: Ph©n tÝch ®Þnh tÝnh ®Þnh l­îng, ®iÒu chÕ c¸c chÊt tinh khiÕt, x¸c ®Þnh c¸c h»ng sè ho¸ lÝ, nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh ®éng häc vµ xóc t¸c, trong luyÖn kim, ®Þa chÊt, ®iÖn, than, dÇu má, y d­îc, n«ng nghiÖp, thùc phÈm, b¶o vÖ m«i tr­êng, quèc phßng, vò trô…chÝnh v× vËy hiÖn nay hµng n¨m trªn thÕ giíi c«ng bè tíi vµi ba ngh×n c«ng tr×nh liªn quan ®Õn s¾c kÝ. NhiÒu tµi liÖu vÒ s¾c kÝ ®· ®­îc xuÊt b¶n ë hÇu hÕt c¸c n­íc, kÓ c¶ c¸c n­íc ®ang ph¸t triÓn. II.2.1. S¬ ®å thiÕt bÞ vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ thèng s¾c kÝ khÝ. 1. S¬ ®å thiÕt bÞ chung. S¬ ®å thu gän cña hÖ thèng thiÕt bÞ s¾c kÝ khÝ ®­îc m« t¶ trong h×nh (6).
H×nh 6: S¬ ®å hÖ thèng m¸y s¾c kÝ khÝ 1:Bom chøa khÝ mang. 2:§ång hå ®o ¸p suÊt. 3:Bé läc khÝ. 4:Buång b¬m mÉu. 5:Detector . 6:Bé khuyÕch ®¹i.  7:HÖ thèng cét t¸ch. 8:Buång ®iÒu nhÖt. 9:Bé ghi tÝn hiÖu. 10:M¸y tÝnh. 11:Bé phËn in kÕt qu¶.   2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng. KhÝ mang ®­îc ph¸t ra tõ bom 1, sau khi ®i qua bé läc khÝ 3 sÏ ®i vµo b×nh bay h¬i mÉu vµ ®­a mÉu ®i vµo cét t¸ch 7 n»m trong buång ®iÒu nhiÖt 8. Qu¸ tr×nh s¾c kÝ x¶y ra t¹i ®©y, sau khi c¸c cÊu tö rêi khái cét t¸ch t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau c¸c cÊu tö lÇn l­ît ®i vµo detector 5, t¹i ®ã chóng ®­îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. TÝn hiÖu nµy ®­îc khuyÕch ®¹i ë bé khuyªch ®¹i 6 råi ®­îc chuyÓn sang tÝch ph©n kÕ cã trong m¸y tÝnh 10, c¸c tÝn hiÖu ®­îc xö lý ë ®ã råi ®­îc chuyÓn sang bé phËn in kÕt qu¶ 11. Trªn s¾c ®å nhËn ®­îc ë bé ghi ta cã c¸c tÝn hiÖu øng víi c¸c cÊu tö ®­îc t¸ch gäi lµ pic. Thêi gian l­u cña pic lµ ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho chÊt cÇn t¸ch (®Þnh tÝnh). DiÖn tÝch cña pic lµ th­íc ®o ®Þnh l­îng cho tõng chÊt cÇn nghiªn cøu. §é tin cËy cña kÕt qu¶ ph©n tÝch s¾c kÝ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo hai bé phËn quan träng nhÊt cña thiÕt bÞ s¾c kÝ ®ã lµ cét t¸ch vµ detector. §ång thêi nã còng phô thuéc vµo tr×nh ®é kü thuËt cña ng­êi ph©n tÝch. II.2.2. Detector sö dông trong ph©n tÝch thuèc trõ s©u c¬-clo. Detctor lµ bé phËn theo dâi vµ ph¸t hiÖn c¸c chÊt trong pha ®éng sau khi rêi cét t¸ch. Nã lµ bé phËn thu nhËn vµ ph¸t hiÖn c¸c chÊt, dùa vµo tÝnh chÊt vËt lý vµ ho¸ lý cña chÊt cÇn ph©n tÝch. Nh÷ng yªu cÇu cho detector. + Cã ®é chän läc cho chÊt ph©n tÝch hoÆc mét nhãm chÊt ph©n tÝch. + Cã ®é nh¹y cao ®èi víi chÊt ph©n tÝch. + Ph¶i cã ®é æn ®Þnh vµ bÒn v÷ng víi c¸c ®iÒu kiÖn ph©n tÝch. +Vïng ®éng häc cña detector phÐp ®o kh«ng qu¸ nhá, tøc lµ cµng réng cµng tèt cho viÖc ph¸t hiÖn vµ ®Þnh l­îng chÊt trong mét vïng nång ®é réng. Ngµy nay cã rÊt nhiÒu detector nh­ng lo¹i detector dïng ®Ó ph©n tÝch thuèc trõ s©u c¬ clo phæ biÕn nhÊt lµ detector céng kÕt ®iÖn tö (ECD). Nguyªn lý ho¹t ®éng cña ECD. Ho¹t ®éng cña ECD dùa trªn ®Æc tÝnh c¸c chÊt cã kh¶ n¨ng céng kÕt ®iÖn tö tù do. Kh¶ n¨ng céng kÕt ®iÖn tö tù do lín hay nhá phô thuéc vµo cÊu tróc cña c¸c hîp chÊt cÇn ph©n tÝch. ECD cã ®Æc tÝnh chon läc ®èi víi c¸c hîp chÊt cã chøa nhãm chøc hay c¸c liªn kÕt kÐp cã kh¶ n¨ng b¾t gi÷ ®iÖn tö. Detector nµy ®Æc biÖt nh¹y ®èi víi c¸c phÇn tö cã chøa nhãm halogen. Bé phËn chÝnh cña ECD lµ mét buång ion, t¹i ®©y diÔn ra qu¸ tr×nh ion ho¸, b¾t gi÷ ®iÖn tö vµ t¸i liªn hîp. Møc ®é suy gi¶m dßng ®iÖn phô thuéc vµo hµm l­îng cÊu tö cÇn ph©n tÝch. Chïm tia
®­îc ph¸t ra tõ nguån phãng x¹
Ni víi vËn tèc 10
e/s, t¸c dông lªn c¸c phÇn tö khÝ mang (Ar, N
, H
…) sinh ra c¸c ion khÝ mang tÝch ®iÖn d­¬ng vµ c¸c ®iÖn tö s¬ cÊp.
Nhê t¸c dông cña ®iÖn tr­êng ®Æt vµo c¸c ®iÖn tö s¬ cÊp sÏ t¨ng tèc ®é chuyÓn ®éng vÒ phÝa anot cho ta dßng ®iÖn nÒn khi ch­a cã mÉu. Khi trong khÝ mang ®· cã c¸c ph©n tö, nguyªn tö cã kh¶ n¨ng céng kÕt ®iÖn tö (halogen, oxy) th× khi ®ã chóng sÏ hÊp thô c¸c electron t¹o thµnh ion mang ®iÖn ©m.
. PhÇn tö mang ®iÖn tÝch ©m nµy chuyÓn ®éng chËn h¬n electron tù do vµ mÊt nhiÒu thêi gian h¬n ®Ó ®i ®Õn c¸c ®iÖn cùc d­¬ng. Thªm vµo ®ã chóng rÔ dµng t¸i hîp ion theo ph­¬ng tr×nh.
MËt ®é electron trong ®ªtector bÞ gi¶m xuèng do ®ã gi¶m sè electron bÞ b¾t gi÷ trong mçi xung ®iÖn. Sù gi¶m dßng ®iÖn nµy ®­îc so s¸nh víi m¹ch ngoµi cho ta tÝn hiÖu. TÝn hiÖu gi¶m dßng tû lÖ víi nång ®é cña chÊt ph©n tÝch cã mÆt trong mÉu. L­îng tèi thiÓu cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc cña ph­¬ng ph¸p GC/ECD ®èi víi c¸c chÊt HCB vµ HCH tõ 3(4 pg cßn ®èi víi DDT vµ c¸c s¶n phÈm chuyÓn ho¸ cña chóng tõ 12(60 pg. + C¸c ®Æc tr­ng cña ®etector ECD. Nh¹y c¶m víi nång ®é. Giíi h¹n ph¸t hiÖn tõ 10-12(10-13g/ml Kho¶ng tuyÕn tÝnh 102(103 KhÝ mang N
hoÆc Ar + 5% CH
(kh« vµ kh«ng cã oxy). §é æn ®Þnh cao. Ph©n tÝch c¸c thuèc trõ s©u, diÖt cá c¸c chÊt cã nhãm tÝch ®iÖn ©m: Cacbonyl liªn hîp, c¸c chÊt th¬m ®a vßng (kh«ng ph¸t hiÖn ®­îc c¸c hy®r«cacbon, ancol vµ axeton). Lµ detector nh¹y nhÊt trong s¾c kÝ khÝ cho nªn rÊt dÔ bÞ nhiÔm bÈn. NÕu sö dông ë nguån Ni
th× detector ®­îc dïng ë nhiÖt ®é cao (
). Do ECD cã nh÷ng ®Æc ®iÓm nh­ trªn vµ thiÕt bÞ t­¬ng ®èi rÎ tiÒn nªn ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc øng dông réng d·i trong 10 n¨m trë l¹i ®©y ®Ó x¸c ®Þnh d­ l­îng c¸c hîp chÊt c¬ clo. NhiÒu n­íc vµ c¸c tæ chøc quèc tÕ ®· sö dông ph­¬ng ph¸p nµy ®Ó x¸c ®Þnh d­ l­îng thuèc trõ s©u trong m«i tr­êng. CH¦¥NG III: Thùc nghiÖm. III.1. Ho¸ chÊt, dông cô vµ thiÕt bÞ. III.1.1. Ho¸ chÊt. Ho¸ chÊt trong ph©n tÝch ®Þnh l­îng ph¶i siªu tinh khiÕt, trong ®å ¸n nµy ®· sö dông nh÷ng lo¹i ho¸ chÊt sau: Dung m«i n–Hecxan HPLC cña h·ng Merck. Na
SO
khan cña h·ng Merck. N­íc cÊt 2 lÇn. H
tinh khiÕt 5.0. N
tinh khiÕt 5.0. Hçn hîp dung dÞch chuÈn: Aldrin 7,45.
g/ml. Dieldrin 3,76.
g/ml. HCB 3,9.
g/ml. pp–DDT 3,3.
g/ml. III.1.2. Dông cô, ThiÕt bÞ. Dông cô. B×nh tam gi¸c cæ nh¸m 100ml vµ 250ml. Cèc thuû tinh 100ml, 250ml. èng ®ong 10ml, 50ml, 100ml. B×nh ®Þnh møc 10ml. Pipet paster. Pipet 1ml, 2ml. B×nh cÇu 500ml. Syranh 10
. ThiÕt bÞ. Bé chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. BÕp ®un c¸ch thuû. C©n ®iÖn tö. M¸y s¾c kÝ khÝ 5890 sries II cña h·ng Hewlett Packard III.2. §iÒu kiÖn ph©n tÝch tªn m¸y s¾c kÝ. M¸y s¾c kÝ khÝ 5890 sries II cña h·ng Hewlett Packard, víi detector ECD ®Ó ph©n tÝch thuèc trõ s©u c¬-clo víi c¸c th«ng sè vËn hµnh nh­ sau: + Ch­¬ng tr×nh nhiÖt ®é cét t¸ch: NhiÖt ®é ®Çu 60
gi÷ trong 1 phót, sau ®ã t¨ng 20
/phót cho ®Õn 120
, tiÕp tôc t¨ng 5
/phót cho ®Õn 2900C, gi÷ t¹i nhiÖt ®é nµy trong 20 phót. + NhiÖt ®é cña buång b¬m mÉu: 3000C. + NhiÖt ®é cña detector: 3000C. + Chia dßng: kh«ng chia dßng. + Tèc ®é dßng khÝ mang: 1ml/phót. III.3. tiÕn hµnh Thùc nghiÖm. III.2.1. ChuÈn bÞ dông cô. TÊt c¶ c¸c dông cô thuû tinh ®Òu ®­îc ng©m b»ng axit HCl 10% trong 24h, sau ®ã ®em ra röa s¹ch b»ng xµ phßng vµ tr¸ng b»ng n­íc cÊt 3 lÇn råi ®em sÊy kh«. TÊt c¶ dông cô tr­íc khi sö dông ®Òu ®­îc tr¸ng b»ng dung m«i n-Hecxan 3 lÇn. III.2.2. Pha hçn hîp dung dÞch chuÈn. Tõ hçn hîp chuÈn gèc phÇn II.1.1 pha hçn hîp chuÈn ta lµm nh­ sau: 1. LÊy 0,1 ml cho vµo b×nh ®Þnh møc 10ml, cho n–Hecxan vµo råi ®Þnh møc ®Õn v¹ch ta ®­îc hçn hîp chuÈn cã nång ®é tÝnh theo g/ml nh­ sau: Aldrin 7,45.
, Dieldrin 3,76.
, HCB 3,9.
, pp–DD 3,3.
. 2. LÊy 1ml cña (1) cho vµo b×nh ®Þnh møc 10ml, cho n –Hecxan vµo råi ®Þnh møc ®Õn v¹ch ta ®­îc hçn hîp chuÈn cã nång ®é tÝnh theo g/ml nh­ sau: Aldrin 7,45.
, Dieldrin 3,76.
, HCB 3,9.
, pp – DD 3,3.
. 3. LÊy 1ml cña (2) cho vµo b×nh ®Þnh møc 10ml, cho n –Hecxan vµo ®Þnh møc ®Õn v¹ch ta ®­îc hçn hîp chuÈn cã nång ®é tÝnh theo g/ml nh­ sau: Aldrin 7,45.
, Dieldrin 3,76.
, HCB 3,9.
, pp – DDT 3,3.
. LÇn l­ît b¬m 3 mÉu chuÈn võa pha trªn vµo m¸y s¾c kÝ khÝ ta ®­îc s¾c ®å cña hçn hîp chuÈn h×nh 11, 12, 13. III.2.4. Kh¶o s¸t thêi gian lµm viÖc tèi ­u cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. §Ó kh¶o s¸t thêi gian chiÕt tèi ­u cho thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc, t«i ®· tiÕn hµnh chiÕt víi mÉu n­íc. Cho 200ml n­íc cÊt + 1ml hçn hîp dung dÞch chuÈn ®é lÊy ë phÇn II.2.2(1) vµo b×nh cÇu (4), cho 20ml dung m«i n – Hecxan vµo èng ng­ng h¬i K
. Råi l¾p ®Æt ®ång bé bé chiÕt dßng ng­ng liªn tôc, b×nh cÇu, bÕp ch­ng cÊt vµ èng sinh hµn, tiÕn hµnh ®un cho ®Õn khi dung dÞch ë b×nh cÇu s«i, b¾t ®Çu tÝnh thêi gian. Sau 1h kÓ tõ lóc s«i ng¾t bÕp, ®Ó kho¶ng 15 phót cho hÖ trë vÒ tr¹ng th¸i c©n b»ng (sù ph©n líp gi÷a líp n­íc vµ dung m«i trong èng ng­ng h¬i x¶y ra hoµn toµn). Sau ®ã ta lo¹i bá líp n­íc ë phÝa d­íi, läc dung m«i chiÕt vµo mét b×nh tam gi¸c, qua phÔu cã chøa 1g
, thu ®­îc dung dÞch cã chøa c¸c cÊu tö cÇn ph©n t¸ch. §em dung dÞch nµy thæi kh« ®Õn 1ml b»ng khÝ N2, b¬m vµo m¸y s¾c kÝ GC/ECD. Ta lµm t­¬ng tù nh­ vËy nh­ng víi thêi gian chiÕt lµ 1,5h, 2h, 2,5 (kÓ tõ lóc s«i). KÕt qu¶ cho trong s¾c ®å h×nh 14, 15, 16, 17. III.2.5. Kh¶o s¸t ®é thu håi cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc ®èi víi mÉu rau. 1. ChuÈn bÞ mÉu gi¶: Rau s¹ch ®­îc th¸i nhá, chia thµnh 4 mÉu, c©n chÝnh x¸c mçi mÉu 20g. Sau ®ã ta b¬m lÇn l­ît vµo mçi mÉu1ml hçn hîp chuÈn lÊy ë phÇn III.2.2 (1) råi tiÕn hµnh lµm nh­ sau. MÉu 1: TiÕn hµnh chiÕt ngay b»ng bé chiÕt dßng ng­ng liªn tôc. MÉu 2: B¶o qu¶n trong tñ l¹nh trong vßng 18h råi tiÕn hµnh chiÕt. MÉu 3: B¶o qu¶n trong tñ l¹nh trong vßng 24h råi tiÕn hµnh chiÕt. MÉu 4: B¶o qu¶n trong tñ l¹nh trong vßng 48h råi tiÕn hµnh chiÕt. 2. Qui tr×nh chiÕt mÉu rau. MÉu rau ®· chuÈn bÞ ë phÇn trªn, ®­îc cho vµo b×nh ch­ng cÊt 4 cïng víi 150ml n­íc cÊt hai lÇn. Cho 20ml dung m«i n-hexan vµo èng ng­ng h¬i K
råi tiÕn hµnh lµm t­¬ng tù nh­ ®èi víi mÉu n­íc ë trªn. KÕt qu¶ cho thÊy ë s¾c ®å h×nh 18, 19, 20, 21. CH¦¥NG IV: kÕt qu¶ vµ th¶o luËn. IV.1. X¸c ®Þnh thêi gian l­u. Thêi gian l­u cña mét chÊt lµ thêi gian ®­îc tÝnh tõ lóc b¾t ®Çu b¬m mÉu ®Õn khi chÊt ®ã ®i ra khái cét. ë mét ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh mçi chÊt cã mét thêi gian l­u ®Æc tr­ng, nhê vµo ®ã ng­êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®Þnh tÝnh c¸c chÊt. Nh­ vËy khi ta b¬m c¸c chÊt chuÈn riªng rÏ víi ®iÒu kiÖn s¾c kÝ nh­ ë môc III.2. Ta nhËn ®­îc c¸c s¾c ®å chuÈn. Tõ c¸c s¾c ®å chuÈn nµy ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc thêi gian l­u cña c¸c chÊt. B¶ng 1: Thêi gian l­u cña 4 chÊt ph©n tÝch. Tªn chÊt  HCB  Aldrin  Dieldrin  pp’-DDT   Thêi gian l­u (phót)  9,642  10,597  18,94  22,354   Dùa vµo thêi gian l­u cña tõng chÊt riªng rÏ cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c chÊt trong hçn hîp ph©n tÝch. IV.2. X©y dùng ®­êng chuÈn. §­êng chuÈn ®­îc x©y dùng b»ng c¸ch vÏ ®å thÞ biÓu diÔn mèi t­¬ng quan gi÷a diÖn tÝch pic (hoÆc chiÒu cao pic) cña chÊt ph©n tÝch, víi nång ®é t­¬ng øng cña nã khi b¬m vµo m¸y s¾c kÝ. Trªn c¬ së c¸c s¾c ®å nhËn ®­îc tõ môc III.2.3, x©y dùng ®­êng chuÈn cho tõng chÊt. 



IV.3. KÕt qu¶ ph©n tÝch. Dùa vµo c¸c ®­êng chuÈn võa x©y ®ùng ®­îc ë trªn, tõ c¸c s¾c ®å h×nh 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, nhËn ®­îc ë phÇn III.2.4 vµ III.2.5 ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ®é thu håi ®èi víi tõng mÉu. KÕt qu¶ cho thÊy trong b¶ng 3 vµ 4. B¶ng 2: §é thu håi cña c¸c chÊt trong n­íc (%) Thêi gian chiÕt ChÊt  1h  1,5h  2h  2,5h   HCB  72,13  95,752  82,636  75,836   Aldrin  71,536  93,254  76,419  74,328   Dielrin  64,337  89,619  75,328  71,626   pp-DDT  68,437  87,528  79,248  73,496   B¶ng 3: §é thu håi cña c¸c chÊt trong mÉu rau víi thêi gian chiÕt lµ 1,5h (%) Thêi gian ng©m mÉu chÊt  0h  18h  24h  48h   HCB  83,726  67,875  62,455  47,175   Aldrin  83,765  63,672  62,895  42,634   Dieldrin  81,779  60,145  58,235  40,575   pp-DDT  82,552  58,287  58,287  43,794   Tõ kÕt qu¶ thu ®­îc ë b¶ng 1, ta nhËn thÊy r»ng ®é thu håi cña ph­¬ng ph¸p chiÕt dßng ng­ng liªn tôc ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt víi thêi gian chiÕt lµ 1,5h (kÓ tõ lóc s«i). So s¸nh kÕt qu¶ cña hai b¶ng trªn ta thÊy, ®é thu håi cña ph­¬ng ph¸p ®èi víi mÉu n­íc lín h¬n nhiÒu so víi mÉu rau. Vµ th¬i gian ng©m mÉu rau cµng dµi th× ®é thu håi cña ph­¬ng ph¸p cµng gi¶m. VËy nguyªn nh©n g× dÉn ®Õn ®iÒu nµy. C¨n cø vµo cÊu t¹o vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ chiÕt dßng ng­ng liªn tôc, ta cã thÓ chia qu¸ tr×nh t¸ch chiÕt mÉu cña ph­¬ng ph¸p nµy thµnh hai giai ®o¹n chÝnh sau: