Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định đồng thời các chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong nước bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc ce c4d

Nghiên cứu xác định đồng thời các chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong nước bằng phương pháp điện di mao quản và detector độ dẫn không tiếp xúc.

• Tác giả: Nguyễn Thị Tuyết Nhung
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Ánh Hường
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu xác định ankyl sunfat trong nước bằng CE-C4D
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt
• 1.1. Định nghĩa
• 1.2. Tính chất
• 1.2.1. Sự tạo thành mixen
• 1.2.2. Các tính chất cơ bản
• 1.3. Phân loại
• 1.3.1. CHĐBM anion
• 1.3.2. CHĐBM cation
• 1.3.3. CHĐBM không ion
• 1.3.4. CHĐBM lưỡng tính
• 1.4. Ứng dụng
• 1.5. Ảnh hưởng của CHĐBM trong môi trường
• 1.5.1. Ảnh hưởng tới thực vật thủy sinh
• 1.5.2. Ảnh hưởng tới động vật thủy sinh
• 1.5.3. Ảnh hưởng tới môi trường nước
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xác định ankyl sunfat trong nước

Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) ankyl sunfat là một trong những chất được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp. Việc xác định nồng độ của chúng trong nước là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng phương pháp điện di mao quản (CE) kết hợp với detector độ dẫn không tiếp xúc (C4D) để xác định đồng thời các chất này trong mẫu nước.

1.1. Định nghĩa và ứng dụng của ankyl sunfat

Ankyl sunfat là nhóm chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt và ổn định huyền phù. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm tẩy rửa, mỹ phẩm và trong ngành công nghiệp thực phẩm. Việc xác định nồng độ của chúng trong nước là cần thiết để đảm bảo an toàn cho môi trường.

1.2. Tầm quan trọng của việc xác định ankyl sunfat

Việc xác định nồng độ ankyl sunfat trong nước giúp phát hiện ô nhiễm và đánh giá tác động của chúng đến sinh vật thủy sinh. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về mức độ ô nhiễm mà còn giúp phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả.

II. Thách thức trong việc xác định ankyl sunfat trong nước

Mặc dù có nhiều phương pháp phân tích hiện đại, việc xác định ankyl sunfat trong nước vẫn gặp nhiều khó khăn. Các chất này thường tồn tại ở nồng độ siêu vết, điều này đòi hỏi các phương pháp phân tích phải nhạy bén và chính xác.

2.1. Khó khăn trong việc phát hiện nồng độ thấp

Nồng độ của ankyl sunfat trong nước thường ở mức ppb, khiến cho việc phát hiện bằng các phương pháp thông thường trở nên khó khăn. Do đó, cần thiết phải áp dụng các phương pháp làm giàu trước khi phân tích.

2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường

Các yếu tố như pH, nhiệt độ và thành phần ion trong nước có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của các phương pháp phân tích. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo kết quả phân tích chính xác.

III. Phương pháp CE C4D trong xác định ankyl sunfat

Phương pháp điện di mao quản (CE) kết hợp với detector độ dẫn không tiếp xúc (C4D) là một trong những phương pháp hiệu quả để xác định ankyl sunfat. Phương pháp này cho phép phân tích nhanh chóng và chính xác với chi phí thấp.

3.1. Nguyên lý hoạt động của CE C4D

CE sử dụng điện trường để tách các chất dựa trên kích thước và điện tích của chúng. Detector C4D cho phép phát hiện các chất mang điện mà không cần tiếp xúc trực tiếp, giúp tăng độ nhạy của phương pháp.

3.2. Quy trình thực hiện phương pháp CE C4D

Quy trình thực hiện bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, làm giàu chất hoạt động bề mặt và phân tích bằng CE-C4D. Mỗi bước đều cần được tối ưu hóa để đạt được kết quả tốt nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp CE-C4D có thể xác định đồng thời bốn chất ankyl sunfat trong nước với độ nhạy cao. Kết quả cho thấy nồng độ của các chất này trong mẫu nước thải có thể được phát hiện và định lượng chính xác.

4.1. Kết quả phân tích mẫu nước thải

Kết quả phân tích cho thấy nồng độ của các chất ankyl sunfat trong mẫu nước thải vượt quá giới hạn cho phép, điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp xử lý hiệu quả.

4.2. Ứng dụng của phương pháp trong thực tiễn

Phương pháp CE-C4D có thể được áp dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm phân tích môi trường để theo dõi ô nhiễm nước và phát triển các biện pháp xử lý hiệu quả.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu xác định ankyl sunfat bằng phương pháp CE-C4D đã mở ra hướng đi mới trong việc phân tích chất hoạt động bề mặt trong nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp này có tiềm năng lớn trong việc phát hiện và giám sát ô nhiễm nước.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả cho thấy phương pháp CE-C4D có thể xác định chính xác nồng độ ankyl sunfat trong nước, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ nhạy và độ chính xác của phương pháp, đồng thời mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là các hợp chất hữu cơ có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như dệt nhuộm, khai thác dầu, mỹ phẩm, nông nghiệp và sản phẩm gia đình. Trong đó, nhóm ankyl sunfat gồm natri octyl sunfat (C8), natri decyl sunfat (C10), natri dodecyl sunfat (C12) và natri tetradecyl sunfat (C14) được sử dụng phổ biến do độ bền cao và khả năng hoạt động bề mặt tốt. Tuy nhiên, hàm lượng CHĐBM trong nước thường ở mức siêu vết (cỡ ppb), gây khó khăn trong việc phát hiện và định lượng bằng các phương pháp phân tích thông thường.

Nghiên cứu này tập trung phát triển quy trình xác định đồng thời bốn chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong nước bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) kết hợp với kỹ thuật làm giàu mẫu bằng hấp phụ trên vật liệu γ-Al2O3. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Hà Nội trong năm 2019, với mục tiêu khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình phân tích và làm giàu, đồng thời đánh giá hiệu quả phương pháp trên mẫu nước thải thực tế. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao độ nhạy và độ chính xác trong phân tích CHĐBM, hỗ trợ công tác giám sát và xử lý ô nhiễm môi trường nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và tính chất của chất hoạt động bề mặt: CHĐBM có phân tử gồm đầu ưa nước và đuôi kỵ nước, tạo thành mixen khi đạt nồng độ tới hạn (CMC). Tính chất như khả năng tạo bọt, nhũ hóa, thấm ướt được giải thích dựa trên cấu trúc phân tử và sự hình thành mixen.

• Phân loại CHĐBM: Dựa trên sự phân ly trong nước, CHĐBM được chia thành anion, cation, không ion và lưỡng tính. Nhóm ankyl sunfat thuộc loại anion, có khả năng hoạt động bề mặt mạnh và được sử dụng phổ biến.

• Phương pháp điện di mao quản (CE): Dựa trên sự di chuyển khác nhau của các ion trong điện trường cao áp, CE cho phép tách và phân tích các chất mang điện tích với độ phân giải cao, thời gian phân tích ngắn và sử dụng ít hóa chất.

• Detector độ dẫn không tiếp xúc (C4D): Là detector vạn năng cho CE, đo độ dẫn điện của các ion mà không tiếp xúc trực tiếp với mẫu, phù hợp để xác định các chất mang điện âm như ankyl sunfat.

• Kỹ thuật làm giàu mẫu bằng hấp phụ trên γ-Al2O3: Vật liệu γ-Al2O3 có diện tích bề mặt lớn, ổn định nhiệt và chi phí thấp, được sử dụng để hấp phụ các CHĐBM anion nhằm tăng nồng độ mẫu trước khi phân tích.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dung dịch chuẩn bốn ankyl sunfat (C8, C10, C12, C14) chuẩn bị với độ tinh khiết >99%, mẫu nước thải lấy từ các công ty sản xuất liên quan đến chất tẩy rửa tại Việt Nam.

• Phương pháp phân tích: Phân tích đồng thời bốn CHĐBM bằng CE-C4D với mao quản silica đường kính 50 µm, chiều dài hiệu dụng 44 cm, sử dụng dung dịch đệm Tris/His 50/20 mM, pH 8,5, điện áp tách +15 kV, bơm mẫu thủy động học với chiều cao 20 cm và thời gian bơm 20 giây.

• Làm giàu mẫu: Hấp phụ đồng thời bốn CHĐBM trên vật liệu γ-Al2O3 đã hoạt hóa, khảo sát các điều kiện pH, nồng độ muối NaCl, tốc độ nạp, tốc độ rửa giải, loại và tỷ lệ dung môi rửa giải để tối ưu hiệu suất hấp phụ và giải hấp.

• Đánh giá phương pháp: Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lặp lại, độ thu hồi, khảo sát ảnh hưởng của các ion nền trong mẫu.

• Đối chứng: Phân tích mẫu nước thải bằng phương pháp LC-MS/MS để đánh giá độ chính xác của phương pháp CE-C4D.

• Timeline nghiên cứu: Chuẩn bị hóa chất và thiết bị, khảo sát điều kiện tối ưu CE-C4D (3 tháng), nghiên cứu hấp phụ và giải hấp trên γ-Al2O3 (4 tháng), phân tích mẫu thực tế và đối chứng (2 tháng), tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Điều kiện tối ưu phân tích CE-C4D:

   • Dung dịch đệm Tris/His 50/20 mM, pH 8,5 cho hiệu quả tách tốt nhất với độ phân giải cao.
   • Điện áp tách +15 kV cân bằng giữa thời gian phân tích và diện tích pic.
   • Thời gian bơm mẫu 20 giây và chiều cao bơm 20 cm cho tín hiệu sắc nét, độ nhạy cao.
   • Đường chuẩn tuyến tính với hệ số R² > 0,998 cho cả bốn chất.

2. Giới hạn phát hiện và định lượng:

   • LOD dao động từ 0,14 đến 0,32 ppm, LOQ từ 0,46 đến 1,05 ppm, phù hợp với phân tích mẫu sau làm giàu.

3. Độ lặp lại và độ thu hồi:

   • Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) từ 1,66% đến 4,25%, độ thu hồi từ 97,5% đến 102,6%, chứng tỏ độ chính xác và độ tin cậy cao của phương pháp.

4. Ảnh hưởng của các ion nền:

   • Ở nồng độ ion 10⁻³ M, tín hiệu phân tích không bị ảnh hưởng đáng kể.
   • Khi nồng độ ion tăng lên 10⁻² M, tín hiệu giảm rõ rệt, làm giảm độ nhạy phân tích.

5. Hiệu suất hấp phụ và giải hấp trên γ-Al2O3:

   • Ở pH 3 và nồng độ NaCl 1 mM, hiệu suất hấp phụ đạt trên 90% với C14, trên 70% với C12, trên 50% với C10 và trên 40% với C8.
   • Quá trình giải hấp hiệu quả nhất tại pH 3, NaCl 1 mM với hiệu suất giải hấp trên 75% cho C14, C12 và khoảng 50% cho C10, C8.
   • Các điều kiện hấp phụ động tối ưu: pH 3, NaCl 1 mM, tốc độ nạp 10 ml/phút, tốc độ rửa giải 2 ml/phút, dung môi rửa giải MeOH:H2O (7:3).

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp CE-C4D kết hợp làm giàu bằng hấp phụ trên γ-Al2O3 là hiệu quả trong việc xác định đồng thời bốn ankyl sunfat trong mẫu nước thải với độ nhạy và độ chính xác cao. Việc lựa chọn dung dịch đệm Tris/His và pH 8,5 giúp duy trì trạng thái ion âm ổn định của các ankyl sunfat, đồng thời giảm thiểu sự hấp phụ không mong muốn trên thành mao quản, nâng cao độ phân giải. Thế tách +15 kV đảm bảo thời gian phân tích hợp lý và tín hiệu pic sắc nét.

Ảnh hưởng của các ion nền được kiểm soát hiệu quả nhờ quá trình làm giàu mẫu, giúp tăng nồng độ CHĐBM vượt qua giới hạn phát hiện của phương pháp. Hiệu suất hấp phụ cao trên γ-Al2O3 tại pH thấp được giải thích bởi sự tương tác tĩnh điện giữa bề mặt tích điện dương của nhôm oxit và các anion ankyl sunfat, cùng với tương tác kỵ nước tăng theo chiều dài chuỗi ankyl. Quá trình giải hấp sử dụng dung môi có độ phân cực phù hợp giúp hòa tan và thu hồi các chất phân tích hiệu quả.

So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng UV-Vis, sắc ký lỏng hoặc sắc ký khí, phương pháp CE-C4D có ưu điểm về thời gian phân tích nhanh, chi phí thấp và thân thiện môi trường. Kết quả phân tích đối chứng bằng LC-MS/MS cho thấy sự tương quan cao, khẳng định độ chính xác của phương pháp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường chuẩn, biểu đồ hiệu suất hấp phụ và giải hấp theo pH và nồng độ muối, cũng như bảng so sánh giới hạn phát hiện và độ thu hồi, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và tính ổn định của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp CE-C4D kết hợp hấp phụ γ-Al2O3 trong giám sát môi trường nước thải

   • Động từ hành động: Triển khai
   • Target metric: Độ nhạy phân tích đạt ngưỡng ppb
   • Timeline: 6 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm môi trường, cơ quan quản lý chất lượng nước

2. Phát triển quy trình xử lý nước thải có chứa CHĐBM ankyl sunfat dựa trên hấp phụ trên γ-Al2O3

   • Động từ hành động: Nghiên cứu và ứng dụng
   • Target metric: Giảm nồng độ CHĐBM trong nước thải dưới 0,5 mg/L theo QCVN 08:2015
   • Timeline: 12 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các công ty xử lý nước thải, viện nghiên cứu môi trường

3. Tối ưu hóa điều kiện phân tích CE-C4D cho các loại CHĐBM khác trong môi trường phức tạp

   • Động từ hành động: Khảo sát và điều chỉnh
   • Target metric: Mở rộng phạm vi phân tích đa dạng CHĐBM
   • Timeline: 9 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu hóa phân tích, trường đại học

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật về kỹ thuật CE-C4D và làm giàu mẫu

   • Động từ hành động: Tổ chức đào tạo
   • Target metric: Tăng cường kỹ năng phân tích và xử lý mẫu
   • Timeline: 3 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các trung tâm đào tạo, viện nghiên cứu

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích

   • Lợi ích: Hiểu rõ về kỹ thuật CE-C4D và ứng dụng trong phân tích CHĐBM, phát triển đề tài nghiên cứu mới.
   • Use case: Áp dụng phương pháp phân tích trong luận văn, đề tài nghiên cứu khoa học.

2. Chuyên gia môi trường và kỹ sư xử lý nước thải

   • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ làm giàu và phân tích CHĐBM trong nước thải, hỗ trợ thiết kế quy trình xử lý hiệu quả.
   • Use case: Giám sát chất lượng nước thải, cải tiến công nghệ xử lý.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường

   • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật về hàm lượng CHĐBM trong nước mặt và nước thải.
   • Use case: Xây dựng chính sách, quy định kiểm soát ô nhiễm.

4. Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh hóa chất tẩy rửa

   • Lợi ích: Kiểm soát chất lượng sản phẩm, đánh giá tác động môi trường của sản phẩm chứa CHĐBM.
   • Use case: Nghiên cứu phát triển sản phẩm thân thiện môi trường, tuân thủ quy định pháp luật.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp CE-C4D có ưu điểm gì so với các phương pháp phân tích khác?
   Phương pháp CE-C4D có thời gian phân tích nhanh, chi phí thấp, sử dụng ít hóa chất và thân thiện với môi trường. Detector C4D cho phép phát hiện các ion mang điện âm như ankyl sunfat mà không cần tiếp xúc trực tiếp với mẫu, giúp tăng độ nhạy và độ chính xác. Ví dụ, thời gian phân tích chỉ khoảng 15-20 phút so với vài giờ của sắc ký lỏng.

2. Tại sao cần làm giàu mẫu trước khi phân tích CHĐBM ankyl sunfat?
   Hàm lượng CHĐBM trong nước thường rất thấp, ở mức siêu vết (ppb), dưới giới hạn phát hiện của nhiều phương pháp phân tích. Làm giàu mẫu bằng hấp phụ trên γ-Al2O3 giúp tăng nồng độ chất phân tích lên nhiều lần, từ đó nâng cao độ nhạy và khả năng định lượng chính xác.

3. Điều kiện pH và nồng độ muối ảnh hưởng thế nào đến quá trình hấp phụ?
   Quá trình hấp phụ hiệu quả nhất ở pH thấp (khoảng 3) do bề mặt γ-Al2O3 tích điện dương mạnh, tăng tương tác tĩnh điện với anion ankyl sunfat. Nồng độ muối NaCl tối ưu là 1 mM, giúp cân bằng lực tương tác và tránh cạnh tranh ion quá mức làm giảm hiệu suất hấp phụ.

4. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại CHĐBM khác không?
   Phương pháp CE-C4D có thể điều chỉnh để phân tích các loại CHĐBM khác, đặc biệt là các chất mang điện âm hoặc dương. Tuy nhiên, cần khảo sát lại điều kiện đệm, pH và làm giàu mẫu phù hợp với từng loại chất để đảm bảo hiệu quả phân tích.

5. Làm thế nào để giảm ảnh hưởng của các ion nền trong mẫu nước thải?
   Ảnh hưởng của ion nền được giảm thiểu bằng cách làm giàu mẫu qua hấp phụ trên γ-Al2O3, giúp tập trung CHĐBM và loại bỏ phần lớn các ion không mong muốn. Ngoài ra, điều chỉnh pH và sử dụng dung môi rửa giải phù hợp cũng giúp giảm thiểu sự cạnh tranh và nhiễu nền trong quá trình phân tích.

Kết luận

• Phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) kết hợp làm giàu mẫu bằng hấp phụ trên γ-Al2O3 đã được phát triển thành công để xác định đồng thời bốn chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong nước.
• Điều kiện tối ưu phân tích gồm dung dịch đệm Tris/His 50/20 mM, pH 8,5, điện áp tách +15 kV, thời gian bơm mẫu 20 giây và chiều cao bơm 20 cm.
• Hiệu suất hấp phụ và giải hấp trên γ-Al2O3 đạt cao nhất ở pH 3 và nồng độ NaCl 1 mM, giúp làm giàu mẫu hiệu quả.
• Phương pháp có độ nhạy, độ chính xác và độ lặp lại cao, phù hợp với phân tích mẫu nước thải thực tế.
• Tiếp theo, cần triển khai áp dụng phương pháp trong giám sát môi trường và nghiên cứu mở rộng cho các loại CHĐBM khác, đồng thời đào tạo nhân lực kỹ thuật để nâng cao năng lực phân tích.

Call-to-action: Các tổ chức và cá nhân quan tâm đến phân tích chất hoạt động bề mặt trong môi trường nước nên áp dụng và phát triển phương pháp CE-C4D kết hợp làm giàu mẫu để nâng cao hiệu quả giám sát và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) với những đặc tính đặc biệt có khả năng tạo bọt, ổn định huyền phù, tạo nhũ tƣơng,… đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp (dệt nhuộm, khai thác dầu, mỹ phẩm,…), ngành nông nghiệp (tạo nhũ tƣơng, chất bảo vệ thực vật,…) và trong các sản phẩm gia đình, chất tẩy rửa tổng hợp. Các chất hoạt động bề mặt nếu không đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng có thể dẫn đến hậu quả ngộ độc sinh vật, ô nhiễm nguồn nƣớc và gây kích ứng da, thậm chí dẫn đến ung thƣ. Trong số nhiều loại chất hoạt động bề mặt, nhóm ankyl sunfat bao gồm: natri octyl sunfat (C8), natri decyl sunfat (C10), natri dodecyl sunfat (C12), natri tetradecyl sunfat (C14) đƣợc sử dụng rộng rãi do có độ bền cao và khả năng hoạt động bề mặt tốt. Tuy nhiên, hàm lƣợng CHĐBM trong nƣớc ở mức nồng độ siêu vết (cỡ ppb) nên sử dụng các phƣơng pháp phân tích thông thƣờng không thể phát hiện hay định lƣợng trực tiếp.

Vì vậy làm giàu CHĐBM trƣớc khi phân tích là rất cần thiết. Trong số các phƣơng pháp làm giàu, hấp phụ trên vật liệu rắn là một hƣớng nghiên cứu tƣơng đối mới và phù hợp áp dụng cho các CHĐBM. Phân tích các chất hoạt động bề mặt trong các mẫu môi trƣờng đã đƣợc thực hiện bằng một số phƣơng pháp nhƣ phổ hấp thụ phân tử UV-Vis, sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS), điện di mao quản (CE). Trong đó, CE là một phƣơng pháp hiệu quả với thời gian phân tích ngắn, hiệu quả tách cao, chi phí thấp, sử dụng ít hóa chất, phù hợp với hóa học xanh.

Detector độ dẫn không tiếp xúc (C4D) đƣợc giới thiệu vào năm 1998 nhƣ là một detector vạn năng cho CE và rất hữu ích để xác định nhiều chất mang điện. Tuy nhiên, xác định các CHĐBM ankyl sunfat mang điện âm bằng phƣơng pháp CE-C4D sau khi làm giàu bằng hấp phụ hầu nhƣ chƣa đƣợc nghiên cứu ở trong và ngoài nƣớc. Do đó, đề tài “Nghiên cứu xác định đồng thời bốn chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc CE-C4D” đƣợc lựa chọn với mục tiêu nghiên cứu và phát triển quy trình phân tích chất hoạt động bề mặt ankyl sunfat trong mẫu môi trƣờng. 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1.

Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt 1. Định nghĩa Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là một chất hữu cơ có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng. Phân tử của CHĐBM bao gồm: một đầu ƣa nƣớc và một đuôi kị nƣớc (Hình 1. Đầu ƣa nƣớc là các nhóm chức chứa oxi (-COOH, -OH), chứa nitơ (nitro, amin, amit, imit…), các nhóm chứa lƣu huỳnh (sunphat, sunphonat), photpho (photphat, cacboxylat)… đƣợc gọi là hidrophin.

Đuôi kị nƣớc có thể là parafin, isoparafin, benzen, ankylbenzen, naphtalen, vòng ngƣng tụ hidrocacbon có mạch nhánh đƣợc gọi là lipophin hay hiđrophop. Khi các phân tử CHĐBM nằm ở bề mặt tiếp xúc của pha khí- nƣớc và dầu-nƣớc, đầu ƣa nƣớc hƣớng về pha nƣớc, đuôi kị nƣớc hƣớng về pha khí và pha dầu. Do có cả nhóm ƣa nƣớc và nhóm kị nƣớc nên CHĐBM tan tốt cả trong nƣớc và dung môi hữu cơ [4]. Cấu tạo phân tử chất hoạt động bề mặt 1.

Tính chất a) Sự tạo thành mixen Trong dung dịch, ở nồng độ nhỏ, các phân tử chất hoạt động bề mặt hoà tan riêng biệt. Khi nồng độ chất họat động bề mặt tăng lên một giá trị nhất định (nồng độ mixen tới hạn - CMC), các phân tử hòa tan riêng biệt liên kết với nhau tạo thành các mixen (Hình 1. Các mixen làm cho CHĐBM có khả năng co cụm các phân tử chất trong dung dịch. Các mixen có dạng hình cầu, hình trụ hay màng, trong đó các phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết với nhau bằng đầu hydrocacbon và hƣớng nhóm phân cực ra dung dịch nƣớc.

Ở các nồng độ cao hơn, các mixen có kích thƣớc tăng lên và các gốc hydrocacbon song song với nhau hình thành các mixen tấm. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mixen có thể đƣợc tạo thành không chỉ trong các dung dịch nƣớc mà còn ở dung dịch xà phòng trong dung môi. Khi đó các phân tử xà phòng trong mixen sẽ hƣớng các nhóm phân cực vào phía trong mixen còn phần kỵ nƣớc sẽ quay ra ngoài [4]. Cấu tạo mixen b) Các tính chất cơ bản -Tính thấm ƣớt: tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nƣớc một cách dễ dàng.

-Khả năng tạo bọt: Bọt đƣợc hình thành do sự phân tán khí trong môi trƣờng lỏng. Hiện tƣợng này làm cho bề mặt dung dịch tăng lên. -Khả năng hòa tan: Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố: Bản chất và vị trí của nhóm ƣa nƣớc, chiều dài của mạch hydrocacbon, nhiệt độ, bản chất của ion kim loại. -Khả năng hoạt động bề mặt: Nƣớc có sức căng bề mặt lớn.

Khi hòa tan CHĐBM vào nƣớc, sức căng bề mặt của nƣớc giảm. Một lớp hấp thụ định hƣớng hình thành trên bề mặt nhóm ƣa nƣớc hƣớng vào nƣớc, nhóm kị nƣớc hƣớng ra ngoài. Nhờ có lớp hấp thụ đó mà sức căng bề mặt của nƣớc giảm vì bề mặt nƣớc – không khí đƣợc thay bằng các pha kị nƣớc. -Khả năng nhũ hóa: Nhũ tƣơng là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu đƣợc hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa.

CHĐBM thƣờng đƣợc dùng làm chất ổn định nhũ tƣơng. Tác dụng của chúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hƣớng dầu – nƣớc, sau đó làm cho hệ nhũ tƣơng dễ dàng ổn định [4]. Phân loại Chất hoạt động bề mặt có thể phân loại theo cách sử dụng, nhƣng mỗi chất có nhiều ứng dụng khác nhau. Cách phân loại phổ biến là dựa trên sự phân ly của chúng trong nƣớc.

Theo cách này, có 4 loại chất hoạt động bề mặt là: chất hoạt động bề mặt anion, chất hoạt động bề mặt cation, chất hoạt động bề mặt không ion và chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính [4]. a) CHĐBM anion 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nƣớc phân ly ra anion, là mạch hidrocacbon dài, chiếm phần lớn kích thƣớc phân tử, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt. CHĐBM anion có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác, có vai trò tẩy rửa chính khi phối liệu, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhƣng kém bền, bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nƣớc cứng và nƣớc cứng tạm thời. CHĐBM anion rất đa dạng, đƣợc sử dụng từ lâu trong việc tẩy rửa.

CHĐBM anion chia làm hai loại chính: -CHĐBM anion có nguồn gốc thiên nhiên: là sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa của các este axit béo với glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao su, mỡ heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi. -CHĐBM anion có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn xuất ankyl, aryl, ankylbenzen sunfonic. b) CHĐBM cation Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nƣớc phân ly ra cation, là mạch hydrocacbon dài chiếm phần lớn kích thƣớc toàn bộ phân tử, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt, có khả năng hoạt động bề mặt không cao. CHĐBM cation có nhóm ƣa nƣớc là ion dƣơng, thông thƣờng là các dẫn xuất của muối amin bậc bốn của clo.

Các CHĐBM cation êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng để tạo bọt, tạo nhũ tốt, có khả năng phân giải sinh học kém. Tƣơng lai trên thị trƣờng sẽ có các cation dạng nhóm chức este dễ phân giải sinh học hơn cho môi trƣờng, và giảm khả năng gây dị ứng khi sử dụng. CHĐBM cation chủ yếu làm triệt tiêu tĩnh điện cho tóc, vải sợi. nên lƣợng dùng rất ít.

c) CHĐBM không ion Chất hoạt động bề mặt khi hòa tan vào trong nƣớc không phân ly thành ion. CHĐBM không ion có khả năng hoạt động bề mặt không cao, êm dịu với da, lấy dầu ít, làm bền bọt, tạo nhũ tốt, có khả năng phân giải sinh học, ít chịu ảnh hƣởng của nƣớc cứng và pH của môi trƣờng, tuy nhiên có khả năng tạo phức với một số ion kim loại nặng trong nƣớc. Hiện nay để tổng hợp CHĐBM không ion, phƣơng pháp đƣợc dùng phổ biến nhất là quá trình etoxy hóa từ ancol béo với oxit etylen. Hoặc từ tổng hợp ancol: bằng cách cho olefin-1 phản ứng với H2SO4, rồi thủy phân (thu đƣợc ancol bậc 2).

d) CHĐBM lƣỡng tính 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Những CHĐBM mà tùy theo môi trƣờng là axit hay bazơ mà có hoạt tính cation hay anion, hay nói cách khác là CHĐBM có các nhóm lƣỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dƣơng (amin, este). Có khả năng hoạt động bề mặt không cao, Ở pH thấp chúng là chất hoạt động bề mặt cation và là anion ở pH cao. Có khả năng phân hủy sinh học. Lƣợng dùng khoảng 0,2% -1% trong các sản phẩm tẩy rửa.Trong nhóm các chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính, hiện nay các dẫn xuất từ betain đƣợc sử dụng rộng rãi nhất [4].

Một số CHĐBM phổ biến hiện nay đƣợc thể hiện trong bảng 1. Một số chất hoạt động bề mặt phổ biến hiện nay Chất hoạt động bề mặt Viết tắt Nhóm CHĐBM Ankyl benzen sunfonic axit mạch thẳng LAS Natri dodecyl sunfat SDS Ankyl sunfat AS Anion Natri lauryl sunfat SLS Ankyl ethoxysunphat AES Hợp chất Quaternary amoni QAC Benzalkon clorua BAC Cetylpyridin bromua CPB Cation Cetylpyridin clorua CPC Hexadecyl trimetyl amoni bromua HDTMA Amin oxit AO Lƣỡng tính Ankyl phenol ethoxylat APE Ancol ethoxylat AE Không ion Fatty Axit ethoxylat FAE 1. Ứng dụng Các CHĐBM có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng. Một số ứng dụng phổ biến đƣợc liệt kê trong Bảng 1.

Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt Lĩnh vực Chức năng Sản phẩm chăm sóc cá nhân Tẩy rửa, nhũ hóa, bôi trơn, chống tĩnh điện Công nghiệp, xây dựng Tẩy rửa, tạo bọt, nhũ hóa, phụ gia chống tĩnh điện Luyện thép, chế tạo máy Tẩy rửa, nhũ hóa, bôi trơn, nhũ hóa, màng mỏng Nông nghiệp Nhũ hóa, thấm ƣớt, phun mù Chế biến, phụ gia thực phẩm Nhũ hóa và bền hóa, tẩy rửa, thấm ƣớt, tạo bọt Dƣợc phẩm, sinh học Thấm ƣớt, khử bọt, chống khuẩn, tạo màng sinh học Dầu mỏ Nhũ hóa, tẩy rửa, thu hồi dầu trầm tích Sơn và cao su Nhũ hóa, ổn định và phân tán pigment Dệt, nhuộm, da Tẩy giặt, thấm ƣớt, nhũ hóa 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.