4 Các phương pháp chiết tách hợp chất thiên nhiên

Dung môi thường là nước, ancol etylic, ancol metylic, axeton, axit axetic băng,

ete, ben zen, cloroform, etyl axetat, n- hexan, ete dầu hoả… hoặc đôi khi là hỗn hợp

giữa chúng.

Khi cần tách hai hay nhiều chất chứa trong hỗn hợp với những lượng tương

đương nhau, người ta dùng phương pháp kết tinh phân đoạn.

1.4.2 Các phương pháp chưng cất

1.4.2.1 Chưng cất đơn giản

Trong trường hợp cần tinh chế một chất lỏng, tách nó ra khỏi tạp chất rắn không

bay hơi, ta chỉ cần tiến hành chưng cất thường (chưng cất đơn giản), nghĩa là chuyển

chúng sang pha hơi trong một bình cất có nhánh rồi ngưng tụ hơi của nó bằng ống sinh

hàn vào một bình hứng khác. Thường được áp dụng để tinh chế các chất thô. Trong

hoá hữu cơ, thường được áp dụng đuổi dung môi để tách tinh dầu.

1.4.2.2 Chưng cất phân đoạn

Phương pháp chưng cất phân đoạn dùng để tách hai hay nhiều chất lỏng có nhiệt

độ sôi khác nhau tan lẫn hoàn toàn trong nhau, dựa trên nguyên tắc có sự phân bố khác

nhau về thành phần các cấu tử giữa pha lỏng và pha hơi ở trạng thái cân bằng (ở cùng

nhiệt độ). Như vậy, bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi- ngưng tụ; bay

hơi- ngưng tụ lại…ta dần dần có thể thu được cấu tử A có nhiệt độ sôi thấp hơn ở dạng

gần tinh khiết. Vì vậy người ta dùng phương pháp tinh luyện bằng cách lắp trên bình

chưng cất một cột cao có nhiều đĩa (cột Vigrơ) giúp cho việc tái tạo quá trình bay hơi

ngưng tụ trên. Nhờ vậy chất lỏng A dễ bay hơi dần dần thoát lên trên, ở trạng thái ngày

càng tinh khiết, còn chất lỏng B có nhiệt độ sôi cao hơn, ngưng tụ trở lại bình chưng.

Có thể người ta dùng loại cột lấp đầy các mảnh hoặc ống thuỷ tinh hay các mảnh sứ

thay cho cột Vigrơ và hiệu quả của cột được tính bằng “ số đĩa lý thuyết”.

1.4.2.3 Chưng cất dưới áp suất thấp

Khi cần chưng cất một chất lỏng dễ phân huỷ ở nhiệt độ cao, người ta phải dùng

phương pháp chưng cất dưới áp suất thấp, tức là dùng bơm hút để giảm áp suất trên bề

mặt chất lỏng. Vì chất lỏng sẽ sôi khi áp suất riêng phần đạt đến áp suất khí quyển, nên



bằng cách này người ta có thể giảm được nhiệt độ sôi của nó một cách đáng kể, tránh

được hiện tượng phân huỷ hay cháy nổ. Nhờ phương trình Claparon- Clausius, người

ta có thể tính được sự phụ thuộc của áp suất hơi của một chất vào nhiệt độ. Tuy nhiên,

có thể áp dụng quy luật thực nghiệm gần đúng như sau: Khi áp suất khí quyển trên bề

0



mặt chất lỏng giảm đi một nữa, thì nhiệt độ sôi của nó hạ thấp đi khoảng 15 C.

1.4.2.4 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Ta có thể tinh chế một chất lỏng không hoà tan trong nước bằng phương pháp

chưng cất lôi cuốn hơi nước để hạ điểm sôi của nó. Phương pháp này dựa trên nguyên

tắc:

Khi hai hay nhiều chất lỏng không trộn lẫn với nhau nằm trong một hỗn hợp, áp

suất chung của chúng bằng tổng áp suất riêng phần p1 + p2, nghĩa là nó luôn luôn lớn

hơn áp suất riêng phần của bất kì cấu tử nào. Do đó nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp

hơn nhiệt độ sôi của cấu tử có nhiệt độ sôi thấp nhất. Tỷ lệ hơi cất sang bình ngưng (về

số mol) sẽ bằng tỷ lệ áp suất hơi riêng phần của chúng ở nhiệt độ sôi của hổn hợp. Nhờ

vậy ta có thể tính toán được lượng nước cần thiết để lôi cuốn hết chất cần tinh chế.

Sau khi đã dùng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, thường ta phải chiết

tách các chất cần tinh chế ra khỏi nước bằng một dung môi thích hợp, rồi lại tiến hành

chưng cất phân đoạn để tách dung môi. Cuối cùng chưng cất lấy tinh khiết bằng bình

chưng cất có gắn nhiệt kế dưới áp suất thấp, với sự kiểm tra nhiệt độ của chất cần tinh

chế.

1.4.3 Phương pháp chiết

1.4.3.1 Giới thiệu chung

Chiết là dùng dung môi thích hợp có khả năng hoà tan chất đang cần tách và

tinh chế để tách chất đó ra khỏi môi trường rắn hoặc lỏng khác. Thường người ta dùng

một dung môi sôi thấp và ít tan trong nước (vì các chất hữu cơ cần tinh chế thường ít

tan trong nước), chất đó sẽ chuyển phần lớn lên dung môi và ta có thể dùng phểu để

tách riêng dung dịch thu được ra khỏi nước.



Bằng cách lặp đi lặp lại việc chiết một số lần, ta có thể tách hoàn toàn chất cần

tinh chế vào dung môi đã chọn, sau đó cất loại dung môi và cất lấy chất tinh khiết ở

nhiệt độ và áp suất thích hợp.

Người ta cũng thường chiết một chất từ hổn hợp rắn bằng một dung môi hoặc

hoặc hỗn hợp dung môi với một dụng cụ chuyên dùng đặc biệt gọi là bình chiết

Soxhlet. Dung môi được đun nóng, cho bay hơi liên tục chảy vào bình chứa hổn hợp

cần chiết tách (thường gói trong giấy lọc), nó sẽ hoà tan chất rắn cần tinh chế và nhờ

một ống xiphông, dung dịch chảy xuống bình cầu bên dưới, dung môi nguyên chất lại

tiếp tục được cất lên. Phương pháp này tiết kiệm được dung môi và hiệu quả tương đối

cao.

1.4.3.2 Chiết soxhlet

Nguyên tắc :

Chiết soxhlet là một kiểu chiết liên tục đặc biệt thực hiện nhờ một trang bị riêng

của nó. Kiểu chiết này cũng như kiểu chiết lỏng- lỏng nên về bản chất của sự chiết vẫn

là định luật phân bố chất trong hai pha không trộn vào nhau. Song ở đây pha mẫu là ở

trạng thái lỏng, bột, hoặc dạng mảnh hoặc dạng lá. Còn dung môi chiết (chất hữu cơ) là

dạng lỏng.

Ví dụ chiết lấy dầu melton từ lá cây bạc hà bằng dung môi hữu cơ n- hexan hay

benzen. Chiết các thuốc trừ sâu hoặc bảo vệ thực vật trong mẫu rau quả, mẫu đất bằng

n- hexan. Vì thế đây là kiểu chiết của hệ chiết có thể là cả đồng thể và dị thể, mà chất

phân tích nằm trong mẫu rắn, bột, lá, sợi…



Các trang thiết bị và ví dụ:



Hình 1.4: Bộ chiết soxhlet

Trang thiết bị của kỹ thuật chiết soxhlet là hai loại:

1. Hệ soxhlet thường và đơn giản.

2. Hệ soxhlet tự động (Auto- soxhlet)

Cách chiết theo hệ (1) là đơn giản vận hành bằng tay, còn cách (2) là vận hành

một cách tự động. Kỹ thuật này chủ yếu sử dụng để chiết tách chất hữu cơ nằm trong

pha rắn hay bột hay mảnh nhỏ, hay các vật liệu khô (lá cây), vì thế nên nó là hệ chiết dị

thể.

Ví dụ: Chiết soxhlet thường lấy một số hoá chất bảo vệ thực vật từ mẫu rau quả:

Lấy 10 g mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào cốc chiết của hệ chiết. Thêm 25- 30

g Na2SO4 khan, 30 ml dung môi chiết n- hexan có 20% Cl2H2. Sau đó tiến hành chiết

trong 180 phút.

Kỹ thuật chiết này có ưu điểm là chiết triệt để, song các điều kiện chiết phải

nghiêm ngặt thì mới có kết quả tốt. Vì thế hệ thống vận hành chiết tự động cho kết quả

tốt hơn nhưng phải có hệ thống trang bị hoàn chỉnh. Nó thích hợp chiết các chất hữu cơ

từ các đối tượng mẫu khác nhau. Chất phân tích có trong mẫu rắn, bột, vật mẫu xốp

khô (lá cây)… kỹ thuật này được ứng dụng chủ yếu để tách các hợp chất hữu cơ từ các

mẫu cây lá, rau quả hoặc mẫu đất như ví dụ trên.



1.5 Phương pháp vật lí xác định các chất hữu cơ

1.5.1 Phương pháp xác định phổ hồng ngoại (IR)

1.5.1.1 Cơ sở của phương pháp

Các phân tử luôn dao động không ngừng. Tần số dao động của các nguyên tử

trong phân tử phụ thuộc vào hằng số lực liên kết và khối lượng của chúng, do đó các

nhóm chức khác nhau sẽ dao động với các tần số khác nhau nằm trong vùng từ 5000

-1



-1



cm đến 200 cm . Mỗi nhóm chức xác định có tần số hấp thụ xác định và tần số này

không đổi trong bất kỳ hợp chất nào chứa nhóm nguyên tử đó. Vì vậy khi phân tích

trên quang phổ hồng ngoại ta có thể xác định được các nhóm nguyên tử (nhóm chức)

của chất phân tích có được.

1.5.1.2 Sơ đồ máy đo phổ hồng ngoại

(2’)



(1)



(3)



(4)



(5)



(6)



(2)

Hình 1.5. Sơ đồ máy đo quang phổ hồng ngoại 2 chùm tia



Chú thích: (1): Nguồn bức xạ

(2): Mẫu nghiên cứu

(2’): Môi trường đo

(3): Bộ tạo đơn sắc

(4): Dectector

(5): Bút tự ghi

(6): Đường cong biểu diễn sự hấp thụ bức xạ của mẫu vào số sóng



1.5.2 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

1.5.2.1 Đặc điểm của phương pháp

Phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng

hưởng của nguyên tử ở trạng thái tự do. Đây là phương pháp có độ chích xác rất cao,

quá trình phân tích có thể thực hiện khá đơn giản, nhanh.

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử được ứng dụng khá rộng rãi trong các lĩnh

vực khoa học, kỹ thuật, kinh tế.



Hình 1.6 Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

1.5.2.2 Nguyên tắc của phép đo

Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cần thực hiện các bước sau:

1. Hoá hơi mẫu phân tích đưa về trạng thái khí. Mục đích của quá trình này là tạo ra

được đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích. Đám hơi của các nguyên tử tự do

này chính là môi trường hầp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.

2. Quá trình nguyên tử hoá thường dược thực hiện với tác dụng của các loại nguồn

nhiệt theo phương pháp ngọn lửa hay không ngọn lửa. Đây là quá trình quan trọng

nhất và ảnh hưởng đến kết quả của phép đo.

3. Thu toàn bộ chùm tia sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân ly chúng thành

phổ và chọn vạch phổ cần đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo cường độ

vạch phổ.

4. Ghi nhận tín hiệu đo và kết quả đo của cường độ vạch phổ hấp thụ bằng thiết bị ghi

phổ.