ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tiểu luận
Các phương pháp phân tích Hóa lý hiện đại
Đề tài

GVHD: TS. Huỳnh Khánh Duy
HVTH: Hồ Thủy Trúc
Mã HV: 13050200 TPHCM, tháng 11 năm 2013
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
1

MỤC LỤC

Trang

I. TỔNG QUAN VỀ SẮC KÝ 2
I.1 Lch s sc kí 2
 2
I.3 Phân loc ký 2
II. SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION 4
II.1 Bn cht ca si ion 4
II.2 Chi ion (ionit) 4
 i ion 10
III. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 13
III.1 K thut tách 13
III.2 Các yu t n si ion 15

v i và tính hp ph d chúng di chuyn
vi t khác nhau và tách ra khi nhau.

I.3. Phân loại các phương pháp sắc ký
Ngi ta phân long pháp sc kí d ch hot ng sc kí: hp
ph, phân b, trao t cng pháp th hin
sc kí. Ví d:
- Ph pháp sc kí lng rn trên cng pháp sc kí phân b khí lng trên
ct.
-  pháp sc kí phân b lng lng trên bn phng hai chiu.
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
3

-  pháp sc kí phân b lng lng pha ngc áp sut cao trên c
C ch sc kí có nhi thc hin quá trình sc kí thì ch có hai dng: dng
ct và dng bn phng (bn kính, polime, kim loi, giy).
Trong sc kí ct, pha tinh c gi trong mt ct ngn và pha ng uc cho
chuyn ng qua ct bi áp sut hoc do trng lc. Trong sc kí bn mc
ph trên mt mt phng thy tinh hoc kim loi.
Th  gin hóa, tuy không chính xác ngui ta gi tt các phng pháp sc
kí: sc kí khí, sc kí lng, sc kí lng cao áp, sc kí lp mng, s
Trong s các phng pháp sc bit, quan trng nht là sc kí hp ph, sc kí
phân b và si. Hình 1. Phân loại các phương pháp sắc ký

SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
4


Các nha trao i ion c ch to bi s ng trùng hp gia styrene vi divinyl
benzene có hàm lng thay i t 1 dn 16 %  c liên kt ngang ca polymer,
dn dn ch  c.
Các nhân benzene sau ó c gn vào các nhóm SO
3
H  to nha cationit hoc
các nhóm amin NR
3
+
to nha anionit. Nu axit metaacrylic duc dùng thay th cho
styrene thì nha cationit axit yu c to thành.
Có hai loi nha chính: cation (nhi cation), anion (nhi anion).
Ngoài ra còn có các loc bii c anion và cation)
ionit có cha nhóm to phc, Ionit cha nhóm oxy hóa kh, ionit lng và c màng trao
i ion.

Hình 3. Sơ đồ tổng hợp nhựa ionit
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
6

 Tính chất của nhựa trao đổi ion
a) Độ bền: Trong công nghing sn xut ionit  dng hng kính 0,3-0,8
ng phi dùng ionit có ht rng nhng kính ht
không ln quá 0,2 mm. Nói chung các ionit bi vi các tác dng ca kim mnh, axit
mnh không b oxi hóa bi các ch    ng. Tuy vy các cht oxi hóa
mc, nóng ( 2,5M) s phá hy các ionit. Các
nha phenolfomandehit ít bi vi các cht oxi hóa ha polystyrene. Peroxyt
hydro tác dng chm vi các ionit.
b) Hấp thụ nước: S ng khi có tác dc hoc các dung môi khác thì
các ionit b  tích lng. Nguyên nhân là do s xut

2+
+ 2Cl
-
-> CaR
2
+ 2H
+
+ 2Cl
-
(dng H
+
) (3)
ROH + H
+
+ NO
3
-> RNO
3
+ H
2
O (anionit dng OH
-
)
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
7

 Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion
- Nha ch s d i ion ch  lc huyn phù, cht keo và
 có mt các cht này có th rút ngn tui th ca nha.
- Loi b các cht hng nha rt phc tp, cn có nghiên cc bit.

hóa. Sn phc  dng khu chnh mc liên kt ngang.
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
8

Các cationit tng hp bp monomer 
  bn hóa hc và bn nhit cao, li ch cha mt loi
nhóm chc nên rt d u chnh mc liên kt ngang. Sn phc là các ht tròn
nh nên rt thun tin khi s dng. Phn ng trùng hp ph bin nht là trùng hp
styrene vi divinylbenzene (DVB). Ngoài styrene, còn có th trùng hp acid metacrylic
hay acid acrylic vi di sn xut các cationit acid yu. Muc các
sn phm cationit acid m  p tc sulpho hóa (hoc photphate hóa ) các sn
phm cationit acid yu nói trên.

II.2.3.Anionit
Hình 6: anionit
Anionit có dng R
+
X
-
vi nhóm hong R
+
ng là nhóm amin. Do có nhóm
amin gn trên mi cao phân t  base ph thuc vào
 base ca nhóm amin (amin thng > m; amin bc 4 > amin bc 3


SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
10

II.3. Cơ chế trao đổi ion
Mi ca ionit là mng không gian cao phân t u ca các liên
kt hydrocacbon. Kh i ionit ph thuc rt ln vào cu trúc mi ionit,
c th là các mc lien kt ngang, s ng bn cht các nhóm chc. Nói kh 
i ion ca ionit ph thuc vào cu trúc bc này cho các ionit có kh 
c, cho phép các ion t dung dch khuych tán nhiu hay ít vào bên trong
mi.
Khi ngâm nha c, nh, các nhóm cha ion tr ng 
và có th phân ly mt phn, các phi xy ra gia các ion c
ion trong dung dch rng vi các phn i gia các cu t tip xúc vi
nhau trc tip trong dung dch theo phn ng hóa hng. Tuy nhiên, khi dung
dch cha nhiu ion cùng có kh i ion vi nha thì s có s cnh tranh gia
các ion trong dung dch và quá trình tr nên rt phc tp.
Ion trong ln tích kép theo m hong ln nh có th phân ra: lp hp
ph và lp khuch tán. Lp ion có tính hoi kém b hp ph bám cht vào
b mt cao phân t gi là lp hp ph hay lp c nh, nó bao gm lp ion bên trong và
mt b phc du. Cnh ngoài lp hp ph, các ion có tính hoi
ln, có kh ch tán vào trong dung dch nên gi là lp khuch tán.
Khi nhi ion gp dung dc có chn gii, các tác d
din ra:
+ Tác dụng trao đổi
c du trong lp khuch tán và ion c du khác trong dung dch trao
i v trí li ion không gii hn  lp khuch tán, do
quan h cân bng, trong dung dt s c di
n lp khu i vc du trong lp hp ph.
+ Tác dụng nén ép


3
H
+
ng  hidrat
hóa. Lc hidrat hóa tt gn tích âm ch
cho qua các phân t trung hòa v n tích.
Khi nha tip xúc vi dung dch cha ion M
n+
s xy ra phn 

3-
H
+
(R)
+ M
n+
(dd)
 
-
)
n
H
+
(R)
+ nH
+
(dd)

Hc vit ngn g





i, ion M
n+
c phân b gia hai pha vi h s phân b DM:












T  có


 








o

Và nC
E
= [H
+
R
]  [H
+
R
]
o

Suy ra 

 










Trong thc nghi giá kh i ion ca nha qua
giá tr  s ging M
n+
trong dung dch (tính bng g) và th tích

và M
n+
vn nm trong dung
dch k10
-3
.
II.3.2.Cơ chế trao đổi ion của anionit
Nhóm amin ca anionit tác d c:
RNH
2
+ H
2
O  RNH
3
OH
-

Ion OH- trên anii vi các anion trong dung dch:
RNH
3
OH
-
+ HCl  RNH
3
Cl
-
+ H
2
O
Hng s i ca anionit, h s phân b ci vc

catioit, M
2
còn có kh y M
1
ra khi nh chim ch ca M
1
c li. Vì lý
do trên, vic xem xét kh i ion giàu cationit vi M
1
, M
2
không ch  thun
da trên hai cân bi chính (M
1
vi nha, M
2
vi nha) mà phi xét trên cân bng
i gia M
1
vi M
2 ,
gia hai pha rán và dung dch.
Mt cách gú ng kh  tách hai ion M
1
, M
2
ra khi nhau, ta xét
h s tách  vi:
 



Hình 9. Các giai đoạn trong quá trình trao đổi ion
n 1: Nhi ion cn cân bng vi ion ca nó. Các hp cht
cn phân tích sa.
n 2: Nhi vi các hp cht ci
ion ca nha b loi ra khi nhn cân bng này vic gii ly s c thc
hin.
n 3: Ion ca dung dch gii vi nh y
tách hp cht ( ) ra khi nha.
 ca dung dch gi ion ca dung dch gi
m tranh giành i vi nh y tách hp cht ( ) ra khi nha.
n 5: Tái to nha, tr li tình trng nhu.
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
15

III.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sắc ký trao đổi ion:
a) Dung dm pH:
Chn theo nguyên tc dung dm cation s dng cho nhi cation, dung
dm anion s dng nhi anion.
Ví d: dung d m anion CH3COO
-
NH4 s dng cho nh  i cation -
COO
-
Nên s dng dung dm  n i ta thêm vào dung
dm mt s hp chn 20% th tích), dimetylformamid, 7M
ure, triton X- giúp cho dung dm hoà tan tt nhng cht cn kho sát, các
protein( n cô lp protein).
La chn pH và n dung dm sao cho khi  trong dung dp
cht cn khn tích toàn phc du vn tích ca nhi nên

th ra và h tr t trang thái cân bng, Có mt qui tc chn pH ca dung dch
m là nó phi nm gia hng s pKa n pI bt k i anion
hay cation.
Ví d i vi si cation, s dng ci có nhóm chc có pHa
là 1.2 và mu có pI là 8.2 thì pH ca dung dm phi nm gi
Ta bu vi b m có pH th các phân t 
 gii r

c) Gradient mui và step gradient :
Ngoài vic s dng, thì các gradient mup nng
 mui tuy phân tách các thành phn. Step gradient là m
pháp ci tin mà ta có th s du qu  gii racác mu
khc nhau tùy thuc vào n munh  gradient tuyn tính.

III.3 Cột sắc ký trao đổi ion
Nu bic s ng mu cn kho sát, th nghim bic loi nhi
ion nào phù hp, xem thông tin v nha do nhà sn xut cung cp s c s
ng nha cn s dng, s ng nhc qui ra th  trong dung
dch phù hp. ng thì t l gia th tích nha và th tích hp cht cn sc ký vào
khon 1:20.
 c kt qu tt trong si ion, s dng ct ngng kính
ln.
Trong quá trình s d gii ly hp cht ra khi ct, mn
u kin, hp cht (gi là cht tan, solute) s không còn bám vào nha na; mà nu
không còn bám dính vào nha, phân t ch hoàn toàn t do, hòa theo dòng
chy c i ct, không k lúc nó bám vào nha, nó  v trí nào trong
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
17

ct,  v trí gu ct hay  u cn ct (cha nhi ion)


cho dung dch mu hút vào lp nha  u c yên 10- cho mu cht
tip xúc cân bng vi nha.
Khi tt c ng mc gu ct nha, cho vài mL dung dm ban
u chy qua ct, ni ct vi bình cung cp dung dch gii ly.

III.3 Giải ion bị hấp thu trên ionit
a) Giải ly bằng cách tăng dần pH dung dịch giải ly
n tích toàn phn ca nhng phân t ng ci theo pH. Khi pH ca môi
 bng pI ca hp cht, hp cht s n tích
toàn phn bng zero (hp cht tr thành trung tính), nó không gn vào nha na mà gii
ly ra khi ct.
Vì vy s n pH ca dung dch gii ly s lt làm cho các cht khác nhau,
có pI khác nhau, tr thành trung tính và lt ra khi ct.
b) Giải ly bằng cách tăng dần nồng độ dung dịch giải ly:
Hn hp mu chn vào nhi ion trong dung dm có n
th tách mu cht ra khi nhng, cn phc ion ca dung dm
bng cách cho thêm NaCl vào (s dng NaCl cho c hai loi nh  i anion và
cation). Khi có thêm NaCl trong dung dm, ion ca dung dm s cnh tranh vi
hn hp mu ch dành ly nhóm chc hong ca nhy hp cht ra khi
nha, ri theo dòng chi ct.
ng cho thêm dung môi h gim bt
i cht np lc xy ra gia b phc ca hp cht sc ký
vi b phc ca nhi ion. Mun loi b  dng hn hp
dung môi mui. Phân t ca mu cht tr thành tính trung hòa, không bám vào nha mà
hòa vào dung dch gic ca phân t s gim, nó không hòa tan tt
trong dung dch gii ly, s kt ta nm li trong ng sc ký, làm sai lch kt qu sc ký.
Ngoài ra, các mui h hn hp pyridin/acid acetic có th to nhng
dung d na dung dt cao có th loi
b bng cô quay chân không.

    
   
Waa   

   

 a các ion
   
    
t  
phân tích.


   

ký.
    

     
    
   

    
 

SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
20

   
thành khi trong phân

IV. ỨNG DỤNG CỦA SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
IV.1 Ứng dụng của sắc ký trao đổi
i ion c s dng rt hiu qu trong vic tách và phân
tích các cht phc tp  dng khí hoc lng, thm chí c  cht rn. Pi
c d dng  kh  cng cc do các mui dng ion
ca Ca
2+
, Mg
2+
; kh  khoáng ca c loc;
tinh ch các cht th hóa h HCl k thut, tinh ch chn ly ra
khi hp chn ly; tách chiu ch hp cht hóa hu ch phân
bón hóa hc dng lng t c thng nh ca mt s nguyên t.
Si ion là k thut tách protein ph bin nhc s dng nhiu nht
trong các quy trình tinh ch và tinh sch protein hin nay.
Nguyên tc
 c tiên protein s gn thun nghch vi các cht trao i b
gin tích trái du.
    c chit rút riêng bit nh vi  n lc ion làm cho
 b ng dùng gradient mui NaCl hay gradient pH.
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
21 Hình 10: Si ion dùng phân tách các protein
Bi vì các nhóm có chn tích ca các phân t u có th u chc, do
n tích b mt ph thuc nhiu vào pH ca dung dng hp các protein
c cu to t nhin tích b mt ca nó s i nu ta
i pH b mt cng.
Mt protein không chn tích khi pH tm pI, tuy nhiên, nu pH thp 

ppb, %.
- Gii hn phát hin: < 1ppb
- Thit k gn nh, hiu sut làm vic cao.
- ng tt c các yêu cu GLP và FDA
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
23

- H thng thông minh vi các thành phn: iPump, iDetector, iColumn ng dng
anion chun : F, Cl, Br, NO
2
, NO
3
, SO
4
, PO
4
, ClO
2
, ClO
3
, ClO
4
, BrO
4
, BrO
3

- Phân tích các cation chun : Li, Na, K, Mg ,Ca , NH
4
, Cs, Sr, Ba, Rb,

u thc phm, thy hi sn, cht ph gia.
c) Máy sắc ký tự động
Automated Ion Chromatography System
Model: ICS  900. Hãng sn xut: Dionex - M Xut x: M. Tiêu chung:
ISO 9001, CE Thit b c thit k t ng hoàn toàn, chuyên dng cho mn
tích các ion trong mu hoá hng, thc phn, vi thao tác s dn,
tin dt kt qu u khin qua phn mm máy tính Có th
Kt nc vi b u t ng AS-DV hay AS Dionex.
SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION
24
d) Máy sắc ký ion
Model: Water 1525 Binary HPLC Pump
Hãng sn xut: Waters-M
Bao gm:  2 dòng dung môi (thit
k ki40 mL c ngâm trong du, bo
y nh, sai s nh, bn, không gây n, khác vi các hãng khác s dng
curoa kéo bánh cam t  n l  chính xác dòng RSD l nh pic không n
 (Thit k c quyn ca hãng t  chun xác c  ng dòng t
(0,075% ti 0,1% RSD : Flow precision of < 0,075 RSD or better) , và mc phân gii
0,001 ml/phút).
-  nh áp sut: £ ±1% cho toàn b thang cho m 1 ml/ph
-  i mc tiêu chun cho phép ti v trí thao tác < 70 dB(A), áp su 0
- 6000 psi,
-  chính xác dòng : ± 1.0%
- T ng b chính áp sut