Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu cây mần tưới trắng (eupatorium staechadosmum hance) ở thạch thành thanh hoá

Cho đến nay việc nghiên cứu cơ bản về thành phần hoá học của tinh dầu câymần tới trắng ở nớc ta cũng nh ở trên thế giới còn cha đầy đủ.ở Việt Nam chỉ mới có tác giả [14] nghiên cứu phần

Lời cảm ơnLuận văn này đợc hoàn thành tại bộ môn Hoá hữu cơ, phòng thí nghiệm Hoá hữu cơ-Trờng Đại Học Vinh, Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký Việt Nam.

Với lòng kinh trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn:

- PGS TS NGƯT Lê Văn Hạc đã giao đề tài và hớng dẫn hết sức tận tình chu đáo trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

- GS TSKH Nguyễn Xuân Dũng giảng viên Đại Học Khoa Học Tự Nhiên

Hà Nội đã giúp tôi chụp phổ đồ

- TS Hoàng Văn Lựu- Phó trởng Khoa Hoá - Trờng Đại Học Vinh

- Th.s Lê Đức Giang đã đóng góp nhiều ý kiến quan trọng và cung cấp nhiều t liệu giúp tôi hoàn thành luận văn này

- GS TS Ngô Trực Nhã - Bộ môn thực vật Khoa Sinh – Trờng Đại Học Vinh đã xác định tên Khoa học mẫu thực vật giúp tôi

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa hoá nói chung, các thầy cô trong tổ chuyên môn và các thầy cô ở phòng thí nghiệm hoá hữu cơ nói riêng đã tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thàn luận văn này

Cuối cùng tôi bày tỏ lòng biết ơn tới bố mẹ và bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

II.1.1 trạng thái tự nhiên và phân bố của tinh dầu ,,

II.2 vài nét về thực vật học và hoá học các cây họ cúc 9

II.3 vài nét vể thực vật học và hoá học chi eupatorium(tông

Epatoriae họ Cúc)

10

II.4.1.3 tác dụng sinh học của cây mần tới trắng ,,

II.5 các hợp chất đã đợc phát hiện trong cây mần tới trắng 14

II.6 một số nét cơ bản về lý thuyết sắc ký và phơng pháp khối

phổ

17

II.6.3 phơng pháp sắc ký khí- khối phổ liên hợp(GC-MS) 26

II.8.1 phơng pháp lấy mẫu và xác định tên khoa học ,,

Phần i : Mở đầu

i.1 Lý do chọn đề tài

Việt Nam là nớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa là giao của nhiều luồng di csinh vật, nên giới thực vật rất phong phú và đa dạng, đặc biệt là cây tinh dầu vàcây thuốc

Theo kết quả nghiên cứu điều tra của các nhà khoa học thì đến nay nớc ta cókhoảng 1850 loài cây thuốc phân bố trong 244 họ thực vật [1] và khoảng 600 câytinh dầu [7,16,17] Việc sử dụng chúng làm thuốc đã có quá trình lịch sử hàngnghìn năm nhng sự hiểu biết về thành phần hoá học của chúng thì còn rất hạn chế

Trong hệ thực vật Việt Nam, các cây họ Cúc rất phong phú và đa dạng vềmặt chủng loại và chiếm một phần đáng kể trong toàn bộ thảm thực vật và có tới

336 loài [2] trong đó có 96 loài đợc làm thuốc chữa bệnh nên là đối tợng củanhiều ngời quan tâm

Cây mần tới trắng (eupatorium stoechadosmum Hance) là cây thuốc thuộcchi Eupatorium (họ Cúc) đợc trồng khá phổ biến ở nớc ta Từ lâu nhân dân ta đã sửdụng cây mần tới để chữa một số bệnh nh điều kinh, lợi tiểu, chữa sốt, bổ dạ dày,dùng cho phụ nữ đẻ đau bụng, do ứ huyết ,chữa bệnh lở ngoài da, trừ mạt, rệp, ởNhật Bản ngời ta còn dùng để làm hơng

Cho đến nay việc nghiên cứu cơ bản về thành phần hoá học của tinh dầu câymần tới trắng ở nớc ta cũng nh ở trên thế giới còn cha đầy đủ.ở Việt Nam chỉ mới

có tác giả [14] nghiên cứu phần tan trong nớc cây mần tới trắng và tác giả [3]nghiên cứu hàm lợng và thành phần hoá học của cây mần tới trắng

Trên thế giới có một số công trình nghiên cứu về thành phần hoá học củacây mần tới trắng [22, 23, 24]

Xuất phát từ tình hình thực tế nh trên nên tôi chọn đề tài :

“Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu Cây Mần Tới Trắng

( eupatorium stoechadosmum hance) ở thạch thành thanh hoá”

I 2 Mục đích nghiên cứu

- Xác định hàm lợng tinh dầu của cây mần tới trắng bằng phơng pháp lôi cuốnhơi nớc

Nguyễn Văn Sơn3

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

- Xác định thành phần hoá học của tinh dầu các cây mần tới trắng để từ đó tìm

ra những hợp chất chính hay hợp chất chìa khoá của chúng góp phần vào việc phânloại thực vật bằng hoá học

- Phát hiện những hợp chất có giá trị để giới thiệu chúng với t cách là nguyênliệu cho hoá dợc , hoá mỹ phẩm

Phần II : Tổng quan

II.1 Vài nét chung về tinh dầu

Tinh dầu hay còn gọi là tinh du, hơng du là những hợp chất có mùi thơmhoặc mùi hắc khó chịu thờng gặp trong thực vật hay động vật

Thí dụ : Tinh dầu bạc hà, tinh dầu hoa hồng, tinh dầu con cà cuống…[4][4]Tinh dầu bay hơi cùng với nớc nếu ta nhỏ một giọt tinh dầu lên giấy lọc thìcho ta một vết tròn trong suốt, rất dễ biến mất Vì thế ngời ta dùng danh từ huileessential hay là huile volatile (nghĩa là dầu bay hơi), cho tinh dầu để phân biệt vớidanh từ oleum hay huile cho dầu béo nh : dầu lạc, thầu dầu…[4]

II 1 1 Trạng thái tự nhiên và phân bố của tinh dầu

Trong tự nhiên, tinh dầu ở trạng thái tiềm tàng hoặc tự do Tinh dầu ở trạngthái tiềm tàng vốn không phải là thành phần bình thờng trong cây, mà chỉ có ở một

Về mặt phân bố, tinh dầu có nhiều trong các cây và một số động vật ở câyhay ở trong cơ thể động vật tinh dầu nằm ở một số bộ phận nhất định Có ở cánhhoa (hoa hồng, hoa bởi, hoa nhài), ở vỏ quả (bởi, cam, quýt ), gỗ (bạch đàn), rễ(nghệ), lá (lá vối, trám, trầu…[4]), nhựa (thông), hạt (nhục đầu khấu, thầu dầu)

Tỷ lệ tinh dầu có trong thực vật không cao lắm, có những tinh dầu chứa rấtthấp nh hoa hồng 0,03% cũng có loại thực vật chứa nhiều tinh dầu nh nụ cây đinhlăng 23%

Trong cùng một loại cây, thành phần tinh dầu ở những bộ phận khác nhau

và tuỳ thuộc vào điều kiện sinh sống, cách thu hái, mùa, mà thành phần tinh dầuthay đổi

Trong những vùng khí hậu nhiệt đới, hàm lợng tinh dầu cao hơn những vùngkhác

II 1 2 Tính chất vật lý của tinh dầu

- Điều kiện thờng tinh dầu ở trạng thái lỏng, có một số tinh dầu có một phầnlỏng và một phần đặc (tinh dầu bạc hà, tinh dầu long não…[4]) có mùi thơm đặc trng,

ít khi có màu hoặc chỉ có màu vàng nhạt (ngoại trừ tinh dầu quế có màu nâu cánhgián, những tinh dầu chứa azulen có màu xanh, tinh dầu thanh dơng bồ có màu đỏsẫm.)

- Tỉ trọng thấp hơn nớc (tinh dầu quế nặng hơn nớc) Có chỉ số khúc xạ vàthờng có năng suất quay cực

- Về nhiệt độ sôi :

Vì tinh dầu là một hỗn hợp nên không có nhiệt độ sôi, chỉ số khúc xạ, chỉ sốquay cực nhất định Nhng chỉ thay đổi trong một giới hạn nhất định tuỳ thuộc vàotừng loại tinh dầu cụ thể

Nguyễn Văn Sơn5

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

Có thể chng cất phân đoạn để tách riêng các thành phần khác nhau trongtinh dầu

- Tinh dầu cháy với ngọn lửa sáng nhiều mụi, tinh dầu là chất dễ bay hơi, tinhdầu ít tan trong nớc nhng làm cho nớc có mùi thơm, tan nhiều trong các dung môihữu cơ nh : cồn, ete, CCl4 cho nên ngời ta có thể dùng dung môi hữu cơ để chiếtmột số tinh dầu thực vật [1, 2]

II.1 3 Thành phần hoá học của tinh dầu

Tinh dầu là hỗn hợp những hợp chất hữu cơ phức tạp đợc sinh ra trong quátrình phát triển của thực vật, động vật

Một số tinh dầu chỉ có một hoạt chất nh nh tinh dầu hạt mơ, hạt đào, hạt cải.Nhng phần lớn tinh dầu là hỗn hợp của nhiều hoạt chất với những tỷ lệ thay

đổi, thành phần quan trọng nhất (về phơng diện thơm) có khi chỉ ở một tỷ lệ thấp

Thành phần hoá học trong tinh dầu bao gồm: những hiđrocacbon, rợu tự dohay ở dạng este, phenol, anđehit, xeton, các axit ở dạng este, hợp chất chứa nitơ,hợp chất chứa lu huỳnh, hợp chất chứa halogen

Các hiđrocacbon béo thờng xuất hiện ít, phần nhiều là những hiđrocacbonthơm hoặc nhóm hiđrocacbon tecpenic

Sau đây là một số hợp chất hữu cơ chính thờng gặp trong tinh dầu :

- Hiđrocacbon : hiđrocacbon tecpenic (loại này chiếm nhiều nhất), limonen,

- pinen, camphen, caryophylen, sylvesten, humulen, facnesen, gecmacren

- Hiđrocacbon no : heptan, parafin.

- Rợu : metylic, etylic, xitronelol, xinamic, geraniol, nerol, linalol, bocneol,

tecpineol, mentol, santalol, xineol, farnesol, nerolidol…[4]

- Phenol và ete phenolic : anetol, eugenol, safrol…[4]

- Anđehit : anđehit benzoic, anđehit xinamic, anđehit salisilic, xitral,

xitronellal

- Xeton : meton, campho, thuyon, , -ionon, -damacon

- Axit (dới dạng este) : axit axetic, butylic, valerianic, benzoic, xinamic,

salixilic, focmic…[4]

- Những hợp chất chứa nitơ, lu huỳnh, halogen :

Các tinh dầu chứ lu huỳnh có trong họ cây Chữ thập (Cruciferac) có một sốcấu trúc đặc biệt gọi là senerol tức là este của axit izosunfoxianic

- Cumarin : becgapten, ombelliferon.

Nhận xét :

Từ thành phần hoá học của tinh dầu ta thấy trong các thành phần trên thờngeste chiếm tỷ lệ cao nhất rồi đến các rợu, anđehit và các hợp chất khác

- Tinh dầu để lâu bị oxi hóa chuyển thành nhựa và axit

- Những thành phần khác nhau có thể cho mùi giống nhau Vì vậy ngời ta cóthể chế các chất hoá học thay tinh dầu thiên nhiên hiếm có hoặc khó chiết xuất

- Do các chất cấu tạo trong tinh dầu mà nó dễ bị sức nóng và hơi nớc làmthay đổi thành phần hoá học dẫn đến thay đổi mùi

- Tinh dầu có rất nhiều ứng dụng trong đời sống, trong công nghiệp dợcphẩm đa số là các vị thuốc quý Tinh dầu có nhiều ứng dụng trong công nghiệpthực phẩm, làm hơng liệu trong công nghiệp mỹ phẩm, rợu mùi và làm dung môihữu cơ [4]

II 2 Vài nét về thực vật học và hoá học các cây họ cúc.

Họ Cúc (Compositae hay asteraceae) là một trong những họ lớn nhất củanghành thực vật hạt kín Đó là một họ quan trọng của hệ thực vật trên thế giớicũng nh hệ thực vật ở Việt Nam

Theo M.E Kirpicznikov (1981) họ cúc có khoảng 1150 đến 1300 chi vớihơn 2000 loài, phân bố rộng rãi trên toàn thế giới nhất là ở vùng khí hậu á nhiệt

đới và ôn đới [2]

ở Việt Nam có hai phân họ, 13 tông, 114 chi và 336 loài [3] phân bố khắpmọi nơi từ những miền đất cát ven biển đến những vùng núi cao trên 3000m.Trong số 336 loài thì có 161 loài đã biết giá trị kinh tế chiếm 50% số loài :

- Cây thuốc : 69 loài

- Cây cảnh : 28 loài

- Cây tinh dầu và dầu béo : 12 loài

- Cây rau ăn : 30 loài

- Cây có tác dụng trừ sâu, diệt côn trùng : 5 loài

- Cây làm phân xanh : 5 loài [3]

Các cây họ này thờng thuộc thảo, ít khi lá cây to, rễ thờng phồng lên thành

củ, lá đơn và thờng mọc so le, ít khi mọc đối, có khi thành hình hoa thị, không cólá kèm Phiến lá ít khi nguyên thờng khứa răng ca hay chia thuỳ Cụm hoa : đầugồm nhiều hoa mọc ở kẽ những vẩy và bao bọc bởi một tổng bao lá bắc Hoa cóthể đều, hình ống, hay không đều, hình lỡi nhỏ Năm cánh liền nhau thành một

Nguyễn Văn Sơn7

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

hàng hình ống hay lỡi nhỏ Năm nhuỵ liền nhau bởi bao phấn thành một ống Hailá noãn bầu hạ một ổ đựng một noãn bầu dài, đầu nhuỵ xẻ đôi, có lông thu Một sốcây có ống nhựa mủ, một số loài khác có ống tiết Chất dự trữ trong củ là inulin[5]

Theo F Bohlman và các cộng sự đã phân lập đợc từ họ cúc trên 2500 hợpchất mới và xác định cấu trúc của chúng [22] Trong công trình này ông đã nghiêncứu các loài thực vật họ cúc ở Châu Âu, ở Trung và Nam Mỹ cũng nh ở vùng NamPhi

Quá trình nghiên cứu về thực vật họ cúc ngời ta thấy đặc trng cho họ cúc làcác hợp chất : secquitecpen, secquitecpenlacton, cumarin, ancaloit

II 3 Vài nét về thực vật học và hoá học chi eupatoirium ( tông eupatoriae họ cúc)

Thực vật họ Cúc đợc chia thành 13 tông Trong mỗi tông chia thành nhiềuchi và mỗi chi lại đợc chia thành nhiều loài khác nhau Có những tông có nhiều chi

nh tông Helianthac có 23 chi nhng ngợc lại có những tông chỉ có một ít chi nhtông Eupatoriae chỉ có 4 chi [2]

Các chi của tông Eupatoriae gồm :

- Chi Adenostemma Forst- cúc dính gồm 3 loài, mọc ở ven rừng ẩm,vùng núi thấp

- Chi Ageratum.L- cỏ hôi gồm 2 loài, mọc phổ biến ở đồng bằng đếnmiền núi

- Chi Eupatorium.L- mần tới gồm 10 loài, mọc từ đồng bằng đếnmiền núi

- Chi Mikania Willd- cúc leo chỉ có 1 loài gặp ở ven vùng rừng núithấp

Tông Eupatoriae tổng cộng 16 loài, trong đó có 10 loài thuộc chiEupatorium

Các cây thuộc chi eupatorium phân bố rải rác ở Châu Âu, Bắc Phi, Châu á,vào những năm 30, 40 loài này lan rộng ở các vùng ôn đới ở Châu á, Châu Âu,song tập trung chủ yếu ở vùng nhiệt đới Châu Mỹ [20]

Theo Dodomaens xuất xứ tên eupatorium là hepatorium (hepar tiếng la tinh

là gan) [21] Bởi vì hoạt tính hữu ích của loài thực vật này là chữa các bệnh vềgan Nhiều loài thực vật trong chi này đợc sử dụng để chữa các bệnh gan, lá lách,

khèi u, lµm lµnh vÕt th¬ng, lµm thuèc lîi tiÓu, h¹ sèt vµ nhiÒu øng dông kh¸c.[24].

Khi nghiªn cøu thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu chi Eupatorium b»ng

ph-¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ vµ khèi phæ liªn hîp c¸c t¸c gi¶ [23] thÊy r»ng thµnh phÇnho¸ häc chÝnh cña chóng lµ : E-caryophylen (14,15%), - murolen (13,47%), -pinen (11,11%) Thö ho¹t tÝnh kh¸ng khuÈn cho thÊy chóng kh¸ng khuÈn m¹nh

nhÊt víi vi khuÈn Baccillusubtilis.

II 4 C©y MÇn Tíi Tr¾ng

MÇn tíi tr¾ng cã tªn la tinh lµ Eupatorium stoechadosmum Hance ë ViÖtNam cã tªn lµ : Tr¹ch lan, cá PhÊt phø (Th¸i), Lan th¶o, H¬ng th¶o

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

II 4 1 Vài nét chung về cây mần tới trắng

II 4 1 1 đặc điểm thực vật của cây.

Mần tới trắng là cây cỏ, mọc thành bụi, cao tới 1m trung bình cao 50cm,thân và cành nhẵn màu hơi tím, trên có những rãnh chạy dọc, lá mọc đối, phiến láhẹp, mép lá có răng ca to và nông dài 7 đến 11cm, rộng 17 đến 20mm, gân chínhnổi rõ, nhiều gân phụ phân nhánh, phiến lá, cụm hoa hình đầu có màu hơi tím,mọc ở đầu cành hay kẽ lá thành xim hai ngã Cuống hoa có nhiều lông ngắn Quả

bế màu đen nhạt 5 cạnh

Mùa hoa vào tháng 10 đến tháng 12 [6]

II 4 1 2 Phân bố thu hái và chế biến

Cây mọc hoang và đợc trồng nhiều nơi ở nớc ta thờng đợc trồng làm hàng

rào, hai bên đờng, vờn hoa, đờng đi …

Cách trồng rất đơn giản : Cắt cành thành từng đoạn dài 20 đến 30 cm, cắm

xuống đất hơi nghiêng, để hai hay ba đốt chìm xuống dới đất Sau 5 đến 10 ngày làbén rễ và sống Một tháng sau cây đã tốt Thờng khi đó ngời ta dùng tay hay kéocắt xén cho phẳng đẹp

Muốn dùng mần tới ngời ta hái thân và lá, dùng tơi hay phơi khô trong mátdùng dần

II 4 1 3 Tác dụng sinh học của cây mần tới trắng

Mần tới trắng là một vị thuốc dùng theo kinh nghiệm dân gian : Thờng nhândân ta dùng để trừ bọ gà, mạt gà, bọ chét hay rệp, mọt, chấy rận

Một số vùng dùng mần tới trắng ăn nh một gia vị : ngọn mần tới non hái vềrửa sạch ăn sống nh rau thơm hoặc mần tới trắng băm nhỏ đúc dồi chó, dồi lợn

Nhân dân Trung Quốc dùng mần tới trắng uống làm thuốc lợi tiểu, bổ dạdày, chữa sốt, điều kinh

Dùng trong : ngày uống 50 đến 150 gam cây tơi, dới dạng thuốc, nếu dùng

khô chỉ dùng 10 đến 20 gam

Dùng ngoài không kể liều lợng

Các đơn thuốc có mần tới trắng dùng trong nhân dân :

- Chống mọt đậu xanh, đậu đen, cau khô : cho mần tới đã phơi khô vào hũ

đựng đậu hay cau

- Chống mạt gà, bọ chét, bọ chó : Hái cả cành cho vào ổ chó hay ổ gà sau

khi đã dọn sạch phân rác củ, cứ 3 đến 4 ngày thay một lần cho đến khi hết

- Trừ rệp : hái mần tới trắng trải xuống chiếu hay cho xuống gầm giờng.

- Chữa sốt, giúp cho sự tiêu hoá : mần tới trắng khô 20 gam, nớc 600ml, sắccòn 200ml chia làm 2 lần trong ngày uống trớc hai bữa chính 15 phút [10]

ở Nhật Bản ngời ta còn sử dụng mần tới trắng làm hơng và thuốc chữa đaubụng [24]

II 5 Các hợp chất đã đợc phát hiện trong Cây Mần Tới Trắng

Các tác giả T.Furuya và M.Hikichi đã nghiên cứu dịch chiết metanol từ rễkhô của cây mần tới trắng, sau khi lắc với axít H2SO4 2N, khử bằng bột kẽm vàlọc, dịch lọc đợc tiến hành sắc kí trên silicagen trong hệ dung môi CHCl3 - MeOH

- 28% NH4OH (60:10:1), thu đợc hai hợp chất ancaloit có tinh thể hình kim, khôngmàu Các dữ kiện hoá học và vật lý cho thấy đó là lindefolin (C15H27O4N), tnc=102

- 1030C (ete dầu hoả ) và supinin (C15H25O4N) , tnc=142 - 1440C (axeton) [24]

Tinh dầu của cây eupatorium stoechadosmum Hance ở Thái Lan lần đầu

tiên đợc tách bằng phơng pháp chng cất lôi cuốn hơi nớc và thành phần hóa họccủa nó đợc xác định bằng phơng pháp GC- MS Kết quả cho thấy thành phần chínhcủa tinh dầu là thymohidroquinon dimetyl ete, oximen và caryophylen [22]

Bảng I: Các cấu tử tách từ eupatorium stoechadosmum Hance trồng ở Việt Nam Cấu tử Công thức cấu tạo Phơng pháp tách

HPLC, IR, UV,NMR, MS

ở Việt Nam từ cặn chiết thô của mần tới trắng trong nớc nóng, các tác giảNguyễn Xuân Dũng và Nguyễn Thị Diễm Trang đã phân lập đợc 6 chất tinh khiết

đó là: cumarin (1), ayapin (2), 2- hiđroxi - 4 -metylaxetophenon (3); 8, 9- 10- axetoxi thymol angelat(4); 9- isobutyryloxi- 8,10- đihidroxi- thymol(5) và 9-angeloyloxi- 8, 10- đihidroxi- thymol (6) Công thức cấu tạo của các chất đợc trìnhbày ở bảng I [14]

epoxi-Theo kết quả của tác giả Lê Đức Giang khi nghiên cứu thành phần hoá họccủa tinh dầu cây mần tới trắng ở Huyện Quỳnh Lu Nghệ An đã tìm thấy 28 hợpchất nh bảng II [3]

Bảng II: Tỷ lệ % các hợp chất trong tinh dầu cây mần tới trắng (eupatorium stoechadosmum Hance)

O

CH3O

CH3

1 2

3 4 5 6 7

8 9

13 thymohidroquinon dimetyl ete 2,3

20 1 H- xiclopro[e]azulen decahidro-1,1,7- trimetyl- 4- metylen 3,7

21 1H- xiclopenta [1,2] benzen, 2,3,3a, 3b, 4,5,6,- octahidro- 4

-isopropyl- 7 - metyl- 3- metylen

4,8

26 xiclopropa [c, d] pentalen- 1,3- dion, hexahidro- 4- ( metyl-

động học hoặc cân bằng pha nên phơng pháp sắc kí là phơng pháp vật lý

Bằng việc lợi dụng các hiện tợng vật lý đã nêu các phân tử của các chấttrong hỗn hợp sẽ thiết lập một cân bằng động giữa hai pha

ứng với hai pha xác định thì mỗi chất sẽ đạt đợc một hằng số cân bằng động không

đổi Nếu tính chất của các cấu tử trong hỗn hợp gần giống nhau, để đạt đợc quá

Nguyễn Văn Sơn13

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

trình tách các cấu tử ra khỏi nhau phải tạo ra sự lặp lại các cân bằng động nhiềulần cho một chất

Nh vậy sắc kí là một quá trình tách liên tục từng phần hỗn hợp các chất do

sự phân bố không đồng đều của chúng giữa pha tĩnh và pha động khi cho pha động

di chuyễn qua pha tĩnh

Các chất khác nhau có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh, các chất

có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc kí so với cácchất có tơng tác yếu hơn so với pha này

Ngời ta phân loại sắc ký theo nhiều cách khác nhau Nếu dựa theo cơ chếcủa quá trình tách sẽ chia thành 4 loại :

- Sắc kí hấp phụ

- Sắc kí phân bố

- Sắc kí trao đổi ion

- Sắc kí rây phân tử

II 6 1 1 Bản chất của phơng pháp sắc kí khí.

Phơng pháp sắc kí khí là phơng pháp tách hiện đại có hiệu lực cao đã xâmnhập vào hầu hết các lĩnh vực nghiên cứu khoa học cũng nh đời sống, sản xuất.Trong hoá học hữu cơ có khoảng 80% các hợp chất đợc phân tích bằng sắc kí khí

Sắc kí khí là một quá trình dựa trên cơ sở của sự chuyển dịch một lớp gián

đoạn dọc lớp chất hấp phụ trong một dòng pha động và liên hệ với sự lặp lại nhiềulần các giai đoạn hấp phụ và giải hấp phụ Quá trình sắc kí khí xẩy ra khicó sựphân bố hợp chất giữa 2 pha, trong đó một pha chuyển dịch so với pha kia [13]

Nguyên lí cơ bản của sự tách bằng sắc kí khí là sự phân bố chất thành haipha Một pha gọi là pha tĩnh có bề mặt tiếp xúc rộng, pha kia là pha động là chấtkhí di chuyển qua pha tĩnh

Chất thử có thể là chất khí, lỏng hoặc rắn đợc chuyển thành thể bay hơi vànhờ một luồng khí trơ làm chất tải, dẫn đi qua pha tĩnh Nếu pha tĩnh là một chấtrắn thì gọi là sắc kí khí-rắn Nếu pha tĩnh là một pha lỏng thì gọi là sắc kí khí-lỏng [9]

Khi đa vào cột một hỗn hợp chất nào đó, muốn đạt đợc mức độ tách hoàntoàn, trớc hết bề mặt tiếp xúc giữa hai pha phải lớn, bề dày lớp tiếp xúc giữa haipha phải nhỏ (vì quá trình tách chất sẽ làm giảm hiệu quả tách) và sau cùng là sựchuyển dịch có hớng của một pha (pha động) với pha kia (pha tĩnh) nh thế nào đó

đẻ mỗi cấu tử trong hỗn hợp đợc phân bố giữa 2 pha phù hợp với tính chất hấp phụhoặc hoà tan của nó.

Vì pha động chuyển dịch liên tục nên ngoài nhiệm vụ đa các chất lên bề mặtpha tĩnh nó còn có nhiệm vụ tiếp nhận các phân tử chất phân tích đã hấp phụ tr ớc

đó bị giải hấp phụ tới tơng tác với phần khác của bề mặt pha tĩnh Nói cách khác

đó là quá trình chuyển từ đĩa lý thuyết này đến đĩa lý thuyết khác mà ở đó tồn tạicân bằng nhiệt

Quá trình chuyển chất trên các đĩa diễn ra liên tục giữa pha tĩnh và pha

động, chuyển dịch từ đầu cột đến cuối cột, dẫn đến phân vùng riêng bịêt các chấttrong cột sắc kí.Ghi lại từng phần chất này khi đi ra khỏi cột sẽ biết đợc sắc đồtách chất của sắc kí

Hình 2 Mô tả quá trình tách chất trên cột sắc ký khí.

Khi chất thử đợc khí tải dẫn đi ngang qua lớp chất lỏng hoặc rắn (pha tĩnh)chúng sẽ bị tách riêng ra tuỳ theo hệ số phân bố của mỗi thành phần trong hỗn hợpchất thử với những điều kiện nhiệt độ khác nhau [9]

Nguyễn Văn Sơn15

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

Phạm vi nhiệt độ đợc sử dụng trong sắc khí rất rộng, có thể đến 4000C, nhờvậy mà làm tăng u thế của phơng pháp sắc khí trong việc tách các thành phần rakhỏi hỗn hợp của chúng

II 6 1 2 Ưu điểm của sắc ký khí

Nhanh: Một mẫu phân tích trên máy sắc kí khí mất từ vài chục phút đến vài

giờ Việc sử dụng chất khí làm pha động có u điểm hơn so với các phơng pháp sắckhí khác là mau chóng đạt đợc sự cân bằng giữa hai pha: pha tĩnh và pha động Vìvậy có thể thực hiện sự di chuyển chất khí với tốc độ nhanh

Định tính: Thời gian lu TR là thời gian từ khi chất thử bắt đầu di chuyển

đến lúc đạt đợc đỉnh cực đại Thời gian lu đặc trng cho mỗi chấ với pha lỏng vànhiệt độ nhất định Với tốc độ di chuyển thích hợp và nhiệt độ đợc kiểm soát, độlặp lại có thể đạt gần 100% Có thể có vài chất có TR giống hoặc gần giống nhaunhng mỗi chất chỉ có một TR và nó không bị ảnh hởng bởi những thành phần kháctrong hỗn hợp

Định lợng: Diện tích mỗi pic trên sắc kí đồ tỉ lệ với nồng độ của chất đã

tạo ra pic đó Nhờ vậy có thể tính đợc chính xác tỉ lệ mỗi thành phần trong hỗnhợp chất thử

Khả năng tách tốt: Sắc kí khí có thể tách nhiều hỗn hợp mà các kỹ thuật

khác (sắc kí cột, sắc kí lớp mỏng, cất phân đoạn) không giải quyết đợc

Ví dụ: Một hỗn hợp các chất có nhiệt độ sôi giống nhau không tách đợcbằng cất phân đoạn nhng có thể tách đợc bằng sắc kí khí

Độ nhạy: độ nhạy của sắc kí khí rất cao Các máy thông thờng cũng có thể

xác định đợc đến 0,01%(100 ppm) chất thử Với loại máy tinh vi hơn( chủ yếu là

bộ phận phát hiện) có thể phân tích với lợng một phần tỉ gam

Đơn giản: Kỹ thuật tơng đối đơn giản, dễ vận hành, kết quả đạt đợc ngay

sau khi đo [8]

II 6 2 Phơng pháp khối phổ

II 6 2.1 Nguyên tắc chung:

Khối phổ là một phơng pháp phân tích mà trong đó một hợp chất xétnghiệm đợc ion hoá và phá thành các mảnh nhỏ trong thể khí dới chân không cao(10-6 mmHg) Sau quá trình ion hoá, các hạt có điện tích đó đợc gia tốc trong một

điện trờng, đợc tách trong một từ trờng theo tơng quan giữa khối lợng và điện tích

.

.

của chúng và đợc ghi nhận theo cờng độ của các hạt đó Quá trình ion hoá cácphân tử đợc thực hiện bằng va đập điện tử [8]

Khi cho các phân tử ở trạng thái khí va chạm với một dòng electron và nótrở thành các ion có điện tích +1 (chiếm tỷ lệ lớn) và +2:

ABC+ + 2e (1)

ABC + e 

ABC+2 + 3e (2)

Loại ion (1) đợc gọi là ion gốc hay ion phân tử

Nếu các ion phân tử tiếp tục va chạm với dòng electron có năng lợng lớn thìchúng sẽ bị phá vỡ thành nhiều mảnh ion, thành các gốc hoặc các phần tử trunghoà khác nhau, đợc gọi là quá trình phân mảnh (fragmentation)

Ngời ta chọn năng lợng của các điện tử va đập cao (từ 50 - 70eV) đến nỗiphổ các mảnh đợc tạo ra không phụ thuộc vào năng lợng chuyển giao và do đó dễlặp lại một cách chính xác Dới những điều kiện đã cho xác suất để tạo thànhnhững ion có điện tích âm thấp hơn 104 lần [8]

Phơng pháp phổ khối lợng dựa trên nguyên tắc chung là tách và đo khối ợng của tất cả các ion và ghi chúng trên một bản phổ Sau đó dựa vào các qui luậtchung để phân tích thành phần các chất theo bản phổ ghi đợc

l-Về kỹ thuật quá trình phân tích khối phổ phải thực hiện qua các bớc sau đây[15]:

- Hoá khí mẫu phân tích

- Ion hoá mẫu:+ Dùng phơng pháp va chạm electron,

+ Dùng phơng pháp ion hoá hoá học, + Dùng phơng pháp ion hoá trờng, + Dùng phơng pháp ion hoá photon, + Dùng phơng pháp bắn phá ion

Nguyễn Văn Sơn17

Luận văn tốt nghiệp CNKH  Chuyên ngành Hữu Cơ

- Tách các ion theo khối lợng

-Detectơ

- Ghi nhận tín hiệu, xử lý số liệu

Hình 3 : Sơ đồ khối của khối phổ kế.

II 6 2 2 Sự phân mảnh phân tử trong khối phổ.

Giá trị lớn của khối phổ là việc ứng dụng các mảnh ion do sự bắn phá phân

tử tạo nên để phân tích cấu trúc các chất hữu cơ [10,12]

Một số quy luật về sự phân mảnh phân tử để dự đoán các pic:

1 Hợp chất mạch thẳng cho pic ion phân tử cờng độ mạnh nhất Cờng độnày giảm theo sự tăng số mạch nhánh của chúng

2 Cờng độ của pic ion phân tử giảm theo sự tăng khối lợng phân tử trongcùng một dãy đồng đẳng(trừ các este béo)

3 Sự phân mảnh phân tử xảy ra u tiên ở nguyên tử có nhánh, càng có nhiều nhánh thì nguyên tử C càng dễ bị cắt Nói chung, nhóm thế có số khối lớn nhất tại mạch nhánh

sẽ bị loại trớc tiên và trở thành pic gốc

4 Liên kết đôi, cấu trúc vòng, đặc biệt là vòng thơm và dị vòng làm cho ion phân

tử của chúng bền vững và nh vậy nhiều khả năng xuất hiện thành pic cờng độ mạnh

5 Các vòng bão hoà có xu hớng dễ mất mạch nhánh ở mạch nối 

Điện tích dơng có xu hớng nằm lại ở mảnh ion có vòng

II 6 2 3 Xét đoán cấu trúc phân tử

Để xét đoán cấu trúc phân tử của một hợp chất cha biết cần phải phân tích tỉ

mỉ phổ khối lợng [7] Phân tích phổ khối lợng là qui kết cho mỗi pic trên phổ mộtmảnh phân tử xác định và chỉ rõ sự tạo thành ion mảnh đó Những pic mạnh tơngứng với những ion tạo thành với xác suất cao khi phân mảnh Khi không có sựchuyển vị thì sự phân bố các nguyên tử trong phân tử có thể đợc thiết lập trên cơ sởcác mảnh tạo thành Để xác định cấu tạo những mảnh có khối lợng lớn là quantrọng hơn những mảnh nhỏ