ˇˆ˙˝ˇ˛˚˜ !˚#$ : & '()˜*+ˇˆ˙,˙+ˇ -./01˝ˆ...

ว.วทย. มข. 40(3) 720-731 (2555) KKU Sci. J. 40(3) 720-731 (2012)

การสกดแบบจดขน: ทฤษฎและการประยกตใชสารลดแรงตงผว ในทางเคมวเคราะห

Cloud-Point Extraction: Theory and Applications of Surfactants in Analytical Chemistry

ญาณวรรธน แสนตลาดชยกตต1

บทคดยอ เทคนคการสกดแบบจดขนเปนวธการสกด และเพมความเขมขนสารของเปาหมายโดยใชสารลดแรงตงผว

เปนตวสกด เชน สารลดแรงตงผวแบบไมมประจ และสารลดแรงตงผวแบบประจลบ เปนตน ภายใตสภาวะทเหมาะสม ไดแก อณหภม ความดน ความเขมขนของสารลดแรงตงผว และเกลอ สารละลายของสารลดแรงตงผวนทมนาเปนตวทาละลายจะมลกษณะขน และมการแยกเฟสเปนสองเฟส (ชนสารละลายนา และชนสารลดแรงตงผวเขมขน) สารเปาหมายจะถกสกดและเพมความเขมขนไดในชนสารลดแรงตงผวเขมขน วธการสกดแบบจดขนน เปนวธทงาย รวดเรว ใหประสทธภาพสงในการสกด และเปนมตรตอสงแวดลอม บทความปรทศนนไดรวบรวมทฤษฎ และหลกการเบองตนของการสกดแบบจดขน นอกจากนไดนาเสนอการประยกตใชเทคนคการสกดแบบจดขนสาหรบการวเคราะหสารเปาหมายตาง ๆ ไวดวย 1สาขาวชาเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน วทยาเขตขอนแกน อ.เมอง จ.ขอนแกน 40000 E-mail: [email protected]; [email protected]

บทความ วารสารวทยาศาสตร มข. ปท 40 ฉบบท 3 721

ABSTRACT Cloud-point extraction is the extraction and preconcentration of target analytes using

surfactants as extractant such as non-ionic and anionic surfactants etc. Under the optimum conditions including temperature, pressure, concentration of surfactant and salt, the aqueous surfactant solution becomes clouding and separating into two phases (i.e., aqueous and surfactant-rich phases). The target analytes are extracted and concentrated into surfactant-rich phase. The cloud-point extraction is simple, rapid, high extraction efficiency and environmentally friendly. This review includes theory and principle of cloud-point extraction as well as its application for the analysis of various analytes. คาสาคญ: การสกดแบบจดขน สารลดแรงตงผว ทฤษฎ การประยกตใช Keywords: Cloud-point extraction, Surfactant, Theory, Application

บทนา สารลดแรงตงผว (surfactants) เปนสารทม

สมบตแอมฟไฟล (amphiphilic property) นนคอ ในโมเลกลประกอบไปดวยสวนทมขว (polar head group) ซงเปนสวนทชอบนา (hydrophilic) และสวนทไมมขวหรอมขวตา (hydrophobic tail) โดยในโครงสรางของสารลดแรงตงผวนน สวนทมขวอาจมหมฟงกชนเปนซลโฟเนต (-SO3

−) ซลเฟต (-SO4−) หรอ

คารบอกซเลต (-COO−) เปนตน และสวนทไมมขวโดย

สวนใหญจะเปนสายโซไฮโดรคารบอน (hydrocarbon chain) ทมจานวนอะตอมของคารบอนทแตกตางกนไปในแตละสารลดแรงตงผว ซงอาจจะเปนสายโซตรง (linear) หรอ เปนกงกาน (branch) กได และในบางกรณอาจจะมวงอะโรมาตก (aromatic ring) ในโครงสรางนนไดเชนกน รปท 1 แสดงตวอยางของสารลดแรงตงผว โซเดยมโดเดคซลซลเฟต (sodium dodecyl sulfate หรอ SDS) ทระบสวนทมขว และมขวตาในโครงสรางโมเลกล

O S

O

O

O Na

(1) สวนทมขวตา หรอไมมขว (hydrophobic tail) (2) สวนทมขว (polar head) รปท 1 แสดงสวนทมขว และไมมขวในโครงสรางของสารลดแรงตงผวโซเดยมโดเดคซลซลเฟต (C12H25SO4Na)

การแบงประเภทของสารลดแรงต งผ ว

โดยทวไปจะแบงตามสวนทมขวหรอสวนทชอบนา


(hydrophilic) โดยพจารณาประจในโครงสรางของสารลดแรงตงผวนน ซงสามารถแบงสารลดแรงตงผวได 4 ประเภท ดงน

(1) แบบไมมประจ (non-ionic surfactants) (2) แบบประจบวก (cationic surfactants) (3) แบบประจลบ (anionic surfactants)

(4) แบบมประจบวกและลบ (amphoteric หรอ zwiterionic surfactants)

ซ งลกษณะเฉพาะตวบางประการ และตวอยางของสารลดแรงตงผวทง 4 ประเภทขางตน แสดงดงตารางท 1

ตารางท 1 ประเภทและลกษณะเฉพาะตวเบองตนของสารลดแรงตงผวประเภทตาง ๆ (ทมา: Bezerra et al., 2005)

ประเภท ลกษณะเฉพาะตวบางประการ ตวอยาง

ไมมประจ

(Non-ionic)

หมฟงกชนทชอบนาไมแสดงประจ แตสามารถ

ละลายนาไดคอนขางด เนองจากมหมฟงกชนท

มความเปนขวสงในโมเลกล เชน หมโพลออกซ-

เอทลน (-CH2CH2O-) หรอ หมโพลออลทม

หมไฮดรอกซล (-OH) มากกวา 1 ตาแหนงใน

โมเลกล

(1) CH3(CH2)11(OCH2CH2)23OH

Polyoxyethylene (23) dodecanol หรอ Brij 35

(2) (C2H4O)nC14H22O, n = 7 or 8

Polyethylene glycol tert-octylphenyl ether

หรอ Triton X-114

ประจบวก

(Cationic)

หมฟงกชนทชอบนาแสดงประจบวก เชน

สารกลมเกลอ quaternary ammonium

halides (R4N+X−)

CH3(CH2)15N+(CH3)3Br

−

Cetyl trimethyl ammonium bromide หรอ CTAB

ประจลบ

(Anionic)

หมฟงกชนทชอบนาแสดงประจลบ เชน

หมคารบอกซเลต (RCOO−), ซลโฟเนต

(RSO3−), หรอซลเฟต (ROSO3

−)

CH3(CH2)11SO4−Na+

Sodium dodecyl sulfate หรอ SDS

มทงประจบวกและลบ

(Amphoteric หรอ

Zwiterionic)

ในโมเลกลจะแสดงทงประจลบและบวก ขนกบ

พเอช (pH) ของสารละลาย ซงอาจจะแสดง

ประจบวกหรอลบหรอเปนกลางกได

CH3(CH2)11N+(CH3)2CH3COO

−

4-(Dodecyldimethyl ammonium) butirate หรอ

DAB

การประยกตใชสารลดแรงตงผว สาหรบสกดสารเปาหมายดวยวธทเรยกวา “การสกดแบบจดขน (cloud-point extraction หรอ CPE)” เปนอกหนงทางเลอกทนาสนใจในปจจบน เนองจากเปนวธทใหประสทธภาพการสกดทด และเปนมตรกบสงแวดลอม อาจเรยกวาเปนตวทาละลายสเขยว (green solvent) กได เพราะไมใชตวทาละลายอนทรยทเปนพษ เมอ

เทยบกบการสกดแบบดงเดมทใชตวทาละลายอนทรย (solvent extraction) ดงนน เพอใหเขาใจในเทคนคการสกดแบบจดขนมากขน ในบทความนจงไดรวบรวมทฤษฎ และหลกการสาคญของการสกดแบบจดขน ตลอดจนไดเสนอตวอยางการประยกตใชเทคนคการสกดนสาหรบการวเคราะหสารเปาหมายหลากหลายประเภทไวดวย


ทฤษฎ และหลกการของการสกดแบบจดขน การสกดแบบจดขน (CPE) เปนวธการทใช

สารลดแรงตงผวโดยเฉพาะการใชสารลดแรงตงผวแบบไมมประจเปนตวสกด ซงสารละลายของสารลดแรงตงผวทมนาเปนตวทาละลาย (aqueous solution) นนมการเปล ยนแปลงทางกายภาพทสง เกตเหนเ ปนสารละลายทมลกษณะขน (cloudy solution) และมการแยกเปนสองเฟส ภายใตสภาวะทเหมาะสม เชน อณหภม ความดน หรอ มการ เตมสารบางตว ทเหมาะสมลงไปในสารละลายนน ๆ การทสงเกตเหนปรากฏการณความขนของสารละลายของสารลดแรงตงผว เกดขนเมอความเขมขนของสารลดแรงตงผวสงกวา คาความเขมขนวกฤตความเปนไมเซลล (critical micellar concentration หรอ CMC) และอณหภมของระบบทศกษาสงกวาคาอณหภมจดขน (cloud-point temperature หรอ TC) ของสารลดแรงตงผวนน ๆ ณ สภาวะดงกลาวน การละลายของสารลดแรง ตงผวมคาตาลง และในขณะเดยวกนกลมกอนไมเซลลของสารลดแรงตงผวจะมขนาดใหญขน และอยในสภาพคอลลอยด การกระเจงของแสงทตกกระทบสารละลายดงกลาวน จงเหนเปนสารละลายทมลกษณะขน เมอสารละลายแยกเปนสองเฟสอยางสมบรณ จะไดสารละลายเฟสทเรยกวา ชนสารลดแรงตงผวเขมขน (surfactant-rich phase หรอ SRP) เปนชนทประกอบดวยสารลดแรงตงผวเปนสวนใหญ และปรมาตรของชนนจะนอยมาก (อาจมปรมาตรตงแตระดบไมโครลตร จนถงระดบมลลลตร ขนกบสภาวะการทดลองนน ๆ) เมอเทยบกบชนสารละลายนา (aqueous phase หรอ AQP) ซงเปนชนทประกอบดวยนาเปนสวนใหญ และมบางสวนเปนสารลดแรงตงผวปนอยดวย แตความเขมขนของสารลดแรง

ตงผวทมอยในชนนจะมคาประมาณ หรอใกลเคยงคา CMC ของสารลดแรงตงผวนน ๆ โดยทชนสารลดแรงตงผวเขมขนอาจจะปรากฏอยทสวนลางหรอสวนบนของสารละลายกได ซงจะนาเฉพาะชนสารลดแรงตงผวเขมขนเทานนไปวเคราะหโดยเครองมอตอไป

การอธบายปรากฏการณจด ขน (cloud point phenomena) และการแยกเฟส (phase separation) มสมมตฐาน (hypothesis) ทยอมรบโดยกวางขวาง 3 สมมตฐาน (Purkait et al., 2006) คอ

(1) การเกดอนตรกรยาในชนไมเซลล ซงจะเกดการผลกกน (repulsive) ระหวางโมเลกลของสารลดแรงตงผว ณ สภาวะอณหภมตา แตจะดงดดกน (attractive) ในสภาวะอณหภมสงขน

( 2) เ ก ด ก ร ะ บ ว น ก า ร ด ง น า อ อ ก ( dehydration) ท บ ร เ ว ณ ช น ผ ว ห น า ร อ บ น อ ก (external layer) ของกลมกอนไมเซลลทสภาวะอณหภมสงขน ซงคาคงทไดอเลกทรก (dielectric constant) ของนาลดลงอยางมาก และสมบตความมขวของนาลดตาลง (ความสามารถในการละลายตา) จงทาใหเกดการแยกเฟสขน

(3) จานวนและขนาดของกลมกอนไมเซลลมการเพมขนอยางรวดเรวในสภาวะอณหภมสง เปนผลทาใหเกดการแยกเฟสขน

ชนดของการสกดแบบจดขนทนยมใช 1. การสกดแบบจดขนทใชสารลดแรงตงผว

ชนดไมมประจ การใชสารลดแรงตงผวชนดไมมประจน นยม

ใชมากกวาสารลดแรงตงผวชนดอน ๆ เนองจากวา การเกดสารละลายในสภาพขนสามารถทาไดงาย โดยการทาการทดลองทสภาวะอณหภมสงกวาอณหภมจดขน (cloud point temperature) ของแตละสารลดแรงตง

724 KKU Science Journal Volume 40 Number 3 Review

ผวนน ๆ ในทางปฏบต เพอใหไดประสทธภาพสงสดในการสกดสารเปาหมาย การสกดแบบจดขนมกทาทอณหภมสงกวาอณหภมจดขน ประมาณ 20–30 องศาเซลเซยส (Santalad et al., 2009) สารลดแรงตงผวประเภทนทนยมศกษาเพอเปนตวสกดสารเปาหมาย เชน polyoxyethylene-9,5-octylphenylether หรอ Triton X-114 (Santalad et al., 2009), poly-oxyethylene-7,5-octylphenylether หรอ Triton X-100 (Zhu et al., 2008; Liu et al., 2007) และ polyethylene glycol monoalkyl ether หรอ Genapol X-080 (Zhou et al., 2008) เปนตน ซงในกรณของ Triton X-114 นน มอณหภมจดขน (23–25 องศาเซลเซยส) ซงใกลเคยงกบอณหภมหอง ดงนนการใชสารลดแรงตงผวชนดนสามารถเกดสภาพจดขนไดเลย ณ อณหภมทวไป โดยไมตองอาศยอณหภมจากระบบภายนอก แตอยางไรกตาม อณหภมทเหมาะสมสาหรบการสกดของแตละสารลดแรงตงผวจาเปนตองศกษาเพอหาสภาวะทเหมาะสมเปนกรณไป

2. การสกดแบบจดขนทใชสารลดแรงตงผวชนดประจลบ

การสกดในลกษณะน จะแตกตางจากการสกดแบบแรก โดยใชสารลดแรงตงผวชนดประจลบ เชน โซเดยมโดเดคซลซลเฟต (SDS) และสภาพขนจะเกดไดดในสภาวะความเปนกรดสง ซงปกตจะใชกรดไฮโดรคลอรก (HCl) เขมขนประมาณ 5–7 โมลาร การสกดแบบจดขนนสามารถทาการสกดไดทกสภาวะไมขนกบอณหภมเหมอนกบการสกดแบบใชสารลดแรง ตงผวชนดไมมประจขางตน ประสทธภาพการสกดสามารถประเมนจากความเขมขนทเหมาะสมของ SDS และ HCl แมวาการสกดแบบนจะสามารถทาไดงาย สะดวก และรวดเรวกตาม แตมขอเสยบางประการ คอ เฟสชนสารลดแรงตงผวเขมขนทเตรยมไดมความเปน

กรดคอนขางสง (นนคอ pH นอยกวา 3) ซงไมคอยสะดวกนกในการนาไปวเคราะหสารเปาหมายโดยเครองมอ เชน โครมาโทกราฟของเหลวสมรรถนะสง (HPLC) เนองจากอาจจะมผลตอสภาพเฟสอยนงในคอลมน และอาจเกดการกดกรอนขอตอตาง ๆ ในระบบของเครองมอได ดงนน การประยกตใชสาหรบการวเคราะหสารเปาหมายตาง ๆ จงมจานวนนอยกวาเมอเทยบกบกรณแรก

ขนตอนพนฐานในการสกดแบบจดขน การสกดแบบจดขน ประกอบดวยขนตอน

สาคญ ๆ 2 ขนตอน คอ 1. การละลายของสารเปาหมายในสาร-

ละลายไมเซลล (solubilization of solutes in aqueous micells)

การกระจายหรอการพารทชน (partition) ของสาร เ ป าหมายในสารละลาย น า ( aqueous solution) เขาไปในกลมกอนไมเซลล จะเกดขนตงแตมการเตมสารลดแรงตงผว (ความเขมขนมากกวาคา CMC) ลงไปในสารละลายของสารเปาหมาย การทสารเปาหมายมการเคลอนเขาไปในกลมกอนไมเซลลไดอาศยสมบต “like dissolve like” ซงจะเรยกกระบวนการนวา solubilization และกระบวนการดงกลาวจะเกดไดมากขนเมอสารละลายนมการเพมอณหภมเขาไปในระบบใหสงขน (อณหภมสงกวาคา TC) ซง ณ สภาวะนสารละลายสารลดแรงตงผวจะมลกษณะขน (cloudy solution) ดงรปท 2 การกระจายระหวางเฟสสองเฟสนสมพนธกบสมบตความไมมขว หรออาจเรยกวา ขนการละลาย “dissolved state” ในแกนกลางของกลมกอนไมเซลล และสมบตความมขว หรออาจเรยกวา ขนการดดซบ “adsorbed state” ทอยระหวางผวหนา (interface) ของชน

บทความ วารสารวทยาศาสตร มข

ไมเซลล และชนนา การกระจายระหวางเฟสสองเฟสนของสารเปาหมายเปนกระบวนการแบบไดนามกส(Rubio and Pérez-Bendito, 2003)

2. การแยกเฟสของชนสารลดแรงตงผวเขมขน (phase separation)

ขนตอนนเปนการแยกเฟสของชนสารลดแรงตงผวเขมขน (surfactant-rich phase หรอ SRP) จากชนสารละลายนา (aqueous phase หรอ ซงกระบวนการแยกเฟสจะเกดขนเมอสมบตการละลาย ( solubility) ของสารลดแรงต งผ ว ( ม ท งสม บต hydrophobic และ hydrophilic ในโมเลกล) ลดลงอยางรวดเรวในตวทาละลายนา หรอ อากลาวไดวา มการเพมจานวนขนอยางรวดเรวของกลมกอนไมเซลลกได ทฤษฎการแยกเฟสสามารถอธบายไดโดยใชเฟสไดอะแกรม (phase diagram) ของสารลดแรงตงผวชนดนนในสภาวะการทดลองเฉพาะกรณไป

รปท 2 แสดงภาพรวมของการสกดแบบจดขน (solubilization) และ (II) การแยกเฟสของชนสารละลาย

∆ คอ มอณหภมเกยวของในระบบ และ

วารสารวทยาศาสตร มข. ปท 40 ฉบบท 3 725

ไมเซลล และชนนา การกระจายระหวางเฟสสองเฟสนของสารเปาหมายเปนกระบวนการแบบไดนามกส

การแยกเฟสของชนสารลดแรงตงผว

สารลดแรง) ออก

หรอ AQP) จะเกดขนเมอสมบตการละลาย

ม ท งสม บต ) มคา

ลดลงอยางรวดเรวในตวทาละลายนา หรอ อาจจะอยางรวดเรวของกลม

ทฤษฎการแยกเฟสสามารถอธบายไดของสารลด

กรณไป

โดยทวไปในกรณของสารลดแรงตงผวแบบไมมประจ (non-ionic surfactant) เชน Triton X-114 และ Triton X-100 พบวา อณหภมททาใหเกดการแยกเฟสนนจะขนกบความเขมขนของสารลดแรงตงผวดวย นนคอ เมอความเขมขนของสารลดแรงตงผวมากขน อณหภมทจะทาใหเกดการแยกเฟสไดจะตองทาในสภาวะทอณหภมสงขน นอกจากน อกปจจยหนงทสามารถชวยใหเกดการแยกเฟสไดงายขน นนคอ การเตมเกลอ เชน โซเดยมคลอไรด (NaCl) และโซเดยมซลเฟต (Na2SO4) เปนตน ลงไปในสารละลายระหวางทาการสกดแบบจดขน ซงบทบาทของเกลอจะไดกลาวในรายละเอยดตอไป ในทางปฏบต เพอใหการแยกเฟสเกดขนอยางสมบรณ จะทาการปนเหวยงสารละลายทความเรวรอบสง เชน 3,500 หรอ 4,000 รอบตอนาท เปนตน

แสดงภาพรวมของการสกดแบบจดขน (I) การละลายของสารเปาหมายเขาไปในกลมกอนไมเซลล

การแยกเฟสของชนสารละลาย (phase separation) เมอกาหนดสญลกษณ

คอ มอณหภมเกยวของในระบบ และ คอ กระบวนการปนเหวยง

พารามเตอรทมผลตอการสกดแบบจดขน


การศกษาพารามเตอรทเกยวของในการสกดแบบจดขนถอวาเปนหลกสาคญเพอใหไดประสทธภาพการสกดสงสดภายใตสภาวะทเหมาะสม โดยทวไปการประย กต ใ ช ว ธ ก า รด ง กล า ว น ส าห ร บก า รส ก ดสารประกอบอนทรย (organic species) อาจสามารถทาการสกดไดโดยตรง แตในกรณของสารประกอบ อนนทรย (inorganic species) เชน โลหะไอออน ตองอาศยสมบตความไมชอบนา (hydrophobicity) ของสารประกอบเชงซอน นนคอ การเลอกลแกนด ทเหมาะสมเพอเตรยมเปนสารประกอบเชงซอนกบโลหะทสนใจ ถอเปนสงทตองพจารณาลาดบแรกกอนเขาสกระบวนการสกดแบบจดขนตอไป อยางไรกตาม ทงในกรณของสารประกอบอนทรยและอนนทรย นน พารามเตอรทศกษาในกระบวนการสกดแบบจดขน ประกอบดวย พเอช (pH) ของสารละลาย คาความแรงของไอออนในสารละลาย (ionic strength) ชนดและความเขมขนของสารลดแรงตงผว (type and concentration of surfactants) อณหภมและเวลาในการสกด (equilibration temperature and incubation time) และเวลาในการปนเหวยง (centrifugation time) ซงแตละพารามเตอรจะไดอธบายในรายละเอยดเปนลาดบ ๆ ไป

1. พเอช (pH) ของสารละลาย ในกรณสารประกอบอนทรย พ เอชของ

สารละลายจะมผลคอนขางมากโดยเฉพาะกลมสารทสามารถแตกตวเปนไอออนไดในสภาวะตาง ๆ ซงจะมผลตอการพารทชนของสารประกอบอนทรยนน ๆ จากเฟสสารละลายนาไปส ชนเฟสของสารลดแรงตงผว สารประกอบอนทรยกลมดงกลาวน เชน ฟนอล และเอมน ประสทธภาพการสกดสารกลมนจะสงขนเมอทาการสกดในสภาวะทสารกลมดงกลาวไมแสดงประจ (uncharged form) ซงจะเปนการเพมการละลายของ

สารเปาหมายเขาไปในกลมกอนไมเซลลไดมากขน วธทางเลอกหนงอาจใชสารลดแรงตงผวแบบมประจแทนแบบไมมประจในกรณนได

ในกรณของสารประกอบอนนทรย พบวา คาพเอชของสารละลายมผลคอนขางนอยตอประสทธภาพการสกดสารประกอบเชงซอนของโลหะ เนองจากสารประกอบเชงซอนดงกลาวนนมโครงสรางขนาดใหญเปนกลมกอน (bulky) ไมมประจ และยดกนดวยพนธะโควาเลนต ซงทาใหโครงสรางแขงแรง การถกไอออไนซ (ionized) จงยากขน แตอยางไรกตาม ในกรณของโลหะโครเมยม (III) จะตองเตรยมสารประกอบเชงซอนในสภาวะทเปนเบส จงจะใหประสทธภาพในการสกดทด นอกจากน พเอชของสารละลายยงมผลตอปฏกรยาในการตกตะกอนของโลหะแตละตวแตกตางกน ซงจะเปนประโยชนในการแยกโลหะออกจากกนไดโดยการปรบพเอชของสารละลายใหเหมาะสม

2. ชนดและความเขมขนของสารลดแรง ตงผว

การเลอกใชชนดของสารลดแรงตงผว ทเหมาะสม สามารถพฒนาและปรบปรงประสทธภาพการสกดสารเปาหมายไดดขน สารลดแรงตงผวแตละชนดนนมสมบตทแตกตางกน เชน โครงสราง และมอณหภมจดขน เปนตน สารเปาหมายบางชนดไมสามารถทาการสกดไดในสภาวะอณหภมสง ดงนน จาเปนตองเลอกสารลดแรงตงผวใหเหมาะสมกบสารเปาหมายแตละชนด

นอกจากน ความเขมขนของสารลดแรงตงผวทใชกมผลกระทบตอประสทธภาพการสกดเชนกน เ นองจาก ประสท ธภาพการสกดส งสดของสารเปาหมายจะพบอยในชวงความเขมขนของสารลดแรงตงผวในชวงหนงเทานน การใชความเขมขนทสงมากเกนไปจะมผลทาใหปรมาตรของเฟสสารลดแรงตงผว


เขมขน (SRP) มมากขน ซ งจะทาใหสญญาณการตรวจวดตาลง โดยปกตแลว ปรมาตรของชน SRP จะเพมเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนของสารลดแรงตงผวทมอยในระบบ การทปรมาตรของชน SRP มากขนจะกระทบโดยตรงตอคาแฟคเตอรการเพมความเขมขน (preconcentration factor หรอ FC) ซง FC = (VAQP / VSRP) โดย VSRP และ VAQP คอปรมาตรของชน SRP และชนสารละลายนา ตามลาดบ ในทางตรงกนขามการใชสารลดแรงตงผวทเขมขนทตาเกนไป ปรมาตรของชน SRP จะคอนขางนอยตามไปดวย ซงจะทา ให ไม ส ามารถแยกเฟสด งกล าวออกจาก ชนสารละลายนาได หรอทาไดยากยงขน ซงจะใหความถกตอง และความแมนยาตา ในทางปฏบต มกไมเลอกทาการสกดทความเขมขนของสารลดแรงตงผวตา ๆ แมวาจะใหประสทธภาพการสกด หรอ ใหสญญาณการตรวจวดของสารเปาหมายสงกวากตาม

3. อณหภมและเวลาในการสกด อณหภมทเหมาะสมในการสกดสารเปาหมาย

และใหประสทธภาพการสกดสารสงสด มกจะอยในชวง อณหภ ม ท ส ง ก ว า อณหภ ม จ ด ขน ( cloud-point temperature) ประมาณ 20–30 องศาเซลเซยส จากงานวจยทผานมา พบวา เมอมการเพมอณหภมใหสงขน ประสทธภาพการสกดจะสงขนดวย (Santalad et al., 2009) เนองจาก เมอเพมอณหภมเหนออณหภมจดขน จะทาใหขนาดของกลมกอนไมเซลลเพมมากขน แลวเกดการดงโมเลกลนา (dehydration) ออกจากชนของสารลดแรงตงผวไดมากขน ซงทาใหเกดการละลาย (solubilization) ของสารเปาหมายเขาไปในกลมกอนไมเซลลไดด ขนนนเอง แตอยางไรกตาม การเพมอณหภมทมากเกนไป อาจจะทาใหประสทธภาพการสกดลดลง เนองจากอาจมผลตอความเสถยรของสารเปาหมายและกลมกอนไมเซลล

เวลาในการสกดทอณหภมทเหมาะสมนน พบวา มผลคอนขางนอยตอประสทธภาพการสกด (Santalad et al., 2009) โดยทวไปเวลาในการสกดจะอยในชวง 10–20 นาทโดยประมาณ แตสาหรบกรณของโลหะทมการเตรยมผานสารประกอบเชงซอนกบ ลแกนดทเหมาะสม จะตองพจารณาเวลาทใชสาหรบการทาปฏกรยา และเวลาในการทสารประกอบเชงซอนมการพารทชนเขาไปในกลมกอนไมเซลลดวย อยางไรกตาม โดยทวไปแลว เวลาประมาณ 10 นาท กเพยงพอตอการสกดทจะใหประสทธภาพการสกดทด

4. ผลของความแรงไอออนของเกลอ (ionic strength of salts additive)

การเพม ionic strength ในระบบการสกดแบบจดขน ดวยการเตมเกลออเลกโทรไลตชนดตาง ๆ เชน โซเดยมคลอไรด (NaCl) โซเดยมซลเฟต (Na2SO4) เปนตน บทบาทของเกลอเหลาน ชวยใหการแยกเฟสระหวางชน SRP และ AQP ออกจากกนไดดขน และยงพบวา สามารถเพมประสทธภาพการสกดไดดขนดวย เมอความเขมขนของเกลอในระบบสารละลายมคามากขน จะมผลทาใหขนาดของไมเซลลเพมขน และกลมกอนไมเซลลมจานวนมากขนดวย ปรากฏการณดงกลาวน จะชวยทาใหสารเปาหมายทมขวตา หรอไมมขว (non-polar analytes) ละลายไดนอยในชนสารละลายนา แลวทาใหสารเปาหมายสามารถเขาไปละลายในกลมกอนไมเซลลไดดขนนนเอง ปรากฏการณดงกลาวน เรยกวา salting out effect (Chen et al., 2010) แมวา การเตมเกลอในระบบการสกดจะชวยเพมประสทธภาพการสกดไดสงขนกตาม การเตมเกลอลงไปในปรมาณทมากเกนไป พบวา มผลตอตาแหนงของชน SRP โดยมแนวโนมจะปรากฏในตอนลางแลวยายไปอยสวนบนของสารละลาย (Santalad et al., 2009) และยงมผลตอการลดลงของปรมาตรชน SRP ดวย


นอกเหนอจากนน ยงมผลทาใหชน SRP จบกนเปนกอนเลกๆ ซงยากตอการแยกออกจากชนสารละลายนา ดงนน การเลอกปรมาณเกลอทเหมาะสมในระบบการสกด จะชวยทงในแงการเพมประสทธภาพการสกด และชวยใหการแยกเฟสไดดยงขน

5. เวลาในการปนเหวยง แมวาเวลาในการปนเหวยงจะมผลกระทบ

คอนขางนอยมากตอประสทธภาพการสกดสารในระบบสกดแบบจดขน (Santalad et al., 2009) แตยงเปนขนตอนทจาเปนเสมอ เพราะจะชวยใหการแยกเฟสของทงสองเฟสออกจากกนไดสมบรณ และยงชวยในการแยกเฟสไดงายขน โดยทวไปแลว เวลาการปนเหวยง 5–10 นาท กเพยงพอตอการแยกเฟส และไมเสยเวลามากจนเกนไป

6. การเลอกลแกนดทเหมาะสม (สาหรบกรณการวเคราะหโลหะ)

การเลอกลแกนดทเหมาะสม ถอเปนปจจยส า คญส า ห ร บก า รส ก ด โลหะ โ ดย เ ต ร ยมผ า นสารประกอบเชงซอนทไมละลายนา หรอละลายนาไดตา ซงจะชวยทาใหความสามารถในการพารทชนของสารเปาหมาย เขาไปในกลมกอนไมเซลลไดดขนนนเอง ลแกนด ทนยมใช เ ชน ลแกนด ท เ ปนอนพนธของสารประกอบคารบาเมท (carbamates) ไพรดลเอโซ (pyridylazo) ควโนลน (quinoline) และ แนฟทอล (naphthol) เปนตน หลกการสาคญคอ ลแกนด ทเลอกใชควรมสมบตไมละลายนา หรอละลายนาไดตา จงจะทาใหไดประสทธภาพในการสกดทด

ประสทธภาพของการสกดแบบจดขน การประเมนประสทธภาพของการสกด

(extraction efficiency) แบบจดขนสามารถพจารณาจ า ก ค า ส ม ป ร ะ ส ท ธ ก า ร พ า ร ท ช น ( partition coefficient) ห ร อ ค า ค ง ท ส ม ด ล ( equilibrium

constant) ของการสกดแบบจดขนน แมวาไมมการกาหนดคานยามอยางแนชด แตอาจจะกาหนดคา สมประสทธการกระจาย (distribution coefficient หรอ คา D) เพอใชแทนได ซงจะทาใหทราบวา สารเปาหมายมการพารทชนมากนอยเพยงใดจากชนสารละลายนาเขาไปละลายอยในกลมกอนไมเซลลในชนของสารลดแรงตงผวเขมขน (SRP) โดยท D คานวณไดจากสมการขางลางน (Rubio and Pérez-Bendito, 2003)

AQP

SRP

]A[

]A[D=

เมอ [A]SRP และ [A]AQP เปนคาความเขมขนของสารเปาหมายทอยในชนสารลดแรงตงผวเขมขน และชนสารละลายนา ตามลาดบ จากสมการดงกลาวน สามารถใชคานวณคาแฟคเตอรการเพมความเขมขน (preconcentration factor หรอ FC) ได (Hung et al., 2007) นนคอ

AQP

SRPC

]A[

]A[F = หรอ

AQP

SRPC

C

CF =

เมอ CSRP และ CAQP เปนคาความเขมขนของสารเปาหมายทอยในชนสารลดแรงตงผวเขมขน และชนสารละลายนา ตามลาดบ

อยางไรกตาม สามารถอนโลมโดยการคานวณคา FC จากอตราสวนของปรมาตรชนสารละลายนา (VAQP) และปรมาตรชนสารลดแรงตงผวเขมขน (VSRP) หรอ RV (Hung et al., 2007) นนคอ

SRP

AQPVC

V

VRF =≈

นอกเหนอจากนแลว เพอความถกตองยงขนควรค านวณประสท ธภาพการสกด (extraction


efficiency หรอ %E) จากสมการขางลางน (Wang, 2009)

100C

C

)1R(

11E%

SRP

AQP

v

×

+−=

การประยกตใชการสกดแบบจดขนในการวเคราะหสารเปาหมายชนดตาง ๆ

1. การวเคราะหสารประกอบอนทรย โดยสวนมากแลว การวเคราะหสารประกอบ

อนทรยประเภทตาง ๆ นน จะมการใชการสกดแบบจดขนเพอสกดและเพมความเขมขนสารเปาหมายดวยสารลดแรงตงผว เชน Triton X-114 Triton X-100 และ Genapol X-080 เปนตน กอนทจะวเคราะหสารเปาหมายทสกดไดดวยเครองมอตอไป ซงเครองมอหรอเทคนคทนยมประยกตใชรวมกบการสกดแบบจดขน คอ โ ค รม า โทก ร า ฟ ขอ ง เ ห ล วสมร ร ถนะส ง (high performance liquid chromatography หรอ HPLC) จากการสบคนงานวจยทผานมา พบวา เทคนคการสกดแบบจดขนสามารถประยกตใชกบการวเคราะหสารประกอบอนทรยไดหลากหลายประเภท เชน สารกาจดแมลงกลมคารบาเมท (Santalad et al., 2009) สารปฏชวนะกลมซลโฟนาไมด (Zhang et al., 2011) และกลมเพนนซลลน (Kukusamude et al., 2010) สยอมกลมซดาน (Sudan dyes) (Liu et al., 2007) และสารตานอนมลอสระกลมฟลาโวนอยด (flavonoid compounds) (Chen et al., 2010) เปนตน นอก เหนอจากการ ว เคราะหด วย เทคนค HPLC การวเคราะหสารกลมสอาหารสงเคราะห (synthetic food colors) เชน carmoisine, brilliant blue FCF, Orange II และ Allura red ดวยเทคนคสเปกโทรโฟโตเมทร (spectrophotometry) รวมกบการสกดแบบจดขนกสามารถทาไดเชนกน (Pourreza et al., 2011;

Pourreza and Ghomi, 2011; Pourreza and Zareian, 2009)

2. การวเคราะหสารอนนทรย (ไอออนบวก และไอออนลบ)

การวเคราะหไอออนอนนทรย แบงเปนสองประเภท ไดแก การวเคราะหโลหะไอออนแบบระบประจเฉพาะตว (speciation analysis) และการวเคราะหไอออนลบหรอสารประกอบทมประจลบ แตในทางปฏบต การประยกตใชการสกดจดขนสาหรบการว เคราะห ไอออนลบนน จะไมค อยนยมมากนก เนองจากสารเปาหมายดงกลาวเปนโมเลกลมขว ซงจะทาใหประสทธภาพการสกดไดไมด แตอยางไรกตาม การสกดแบบจดขนสาหรบไอออนลบจะตองเปลยนใหไปอยในรปของสารประกอบเชงซอนทเปนกลาง (ประจสทธเปนศนย) กอนทจะผานเขาสกระบวนการสกดแบบจดขน โดยหลกการแลวกจะเหมอนกบกรณของโลหะไอออน สาหรบการสกดโลหะไอออนดวยวธจดขนคอนขางนยมมากกวา เนองจากวา สามารถหาลแกนด (ligand หรอ complexing agent) หรอ รเอเจนตทเหมาะสมไดงาย สาหรบเตรยมสารประกอบเชงซอนทมสมบตความเปนขวตา ซงจะเออใหประสทธภาพการสกดดขน กอนการวเคราะหดวยเทคนคเฟลมอะตอม- มกแอบซอรพชนสเปกโทรเมทร (flame atomic absorption spectrometry หรอ FAAS) ลแกนดทมรายงานการใชสาหรบวตถประสงคดงกลาวน เชน ก า ร ใ ช ล แ ก น ด p-nitrophenylazoresorcinol (Magneson I) สาหรบการวเคราะห Ni(II) และ Mn(II) (Sahin et al., 2010) และลแกนด 1-phenylthio- semicarbazide (1-PTSC) สาหรบการวเคราะห Pb(II) Cu(II) และ Co(II) (Citak et al., 2010) ในตวอยางนา และตวอยางอาหาร เปนตน

ขอดของการสกดแบบจดขน


1. ใหประสทธภาพในการสกดสารเปาหมายไดค อน ขางด นนค อ ม เปอร เ ซนต การกลบค น (recovery) ทสง

2. ชวยใหแฟคเตอรการเพมความเขมขน (preconcentration factor) ทดเทยบเทาหรอสงกวาเมอเทยบกบการสกดแบบอนในลกษณะเดยวกน และสามารถปรบปรมาณของสารลดแรงตงผวทใชในการสกดไดงายกวา

3. การใชสารลดแรงตงผวเปนตวสกด เปนวธทเปนมตรตอสงแวดลอม ถอวาเปนเคมสเขยวอกแขนงหนง และปรมาณสารลดแรงตงผวทใชในการสกดครงหนง ๆ นน นอยกวามากเมอเทยบกบปรมาณการสกดดวยตวทาละลายอนทรยแบบวธดงเดม

4. สามารถเตรยมวธการสกดทอณหภมไมสงมาก ตงแตอณหภมหองถงอณหภมไมเกน 100 องศาเซลเซยส ซงเปนวธการทเหมาะกบการสกดสารทสลายตวได งาย หรอไมทนตอความรอน เชน สารตวอยางทางชวภาพ และสงแวดลอมตาง ๆ เปนตน

5. ชนของสารลดแรงตงผวเขมขนทเตรยมได สามารถฉดเขาระบบของเครองมอไดโดยตรง และสามารถละลายไดดในเฟสเคลอนทของระบบโครมาโท- กราฟของเหลวสมรรถนะสง หรอสามารถละลายในนาและตวทาละลายอนทรยในปรมาณเลกนอยไดดเชนกน ซงสามารถประยกตใชกบเครองมอวเคราะหชนดอน ๆ ไดงายขน

บทสรป วธการสกดสารแบบจดขนดวยการใชสารลด

แรงตงผวเปนตวสกด สามารถทาการสกดและเพมความเขมขนไดในขนตอนเดยว นอกเหนอจากนยงมขอดอกหลายประการททาใหการสกดแบบจดขนเปนอกหนงทางเลอกทนาสนใจสาหรบการวเคราะหสารเปาหมายไดหลากหลายประเภท การทราบทฤษฎ

หลกการ และพารามเตอรทสาคญของการสกดแบบจดขน จะชวยใหไดสภาวะทเหมาะสมสาหรบสกดสารเปาหมายแตละชนด และใหประสทธภาพการสกดสงขน หลกการพนฐานการสกดดงกลาวน นาไปสการพฒนาระบบการสกดใหมประสทธภาพ และใชสกดสารไดกวางขวางยงขน โดยการใชสารลดแรงตงผวแบบผสม เชน แบบไมมประจกบมประจ และแบบผสมทมประจตรงกนขาม เปนตน

เอกสารอางอง Bezerra, M.A., Arruda, M.A.Z. and Ferreira, S.L.C. (2005).

Cloud point extraction as a procedure of separation and pre-concentration for metal determi-nation using spectroanalytical tech-niques: A review. Appl. Spectrosc. Rev. 40: 269-299.

Chen, L., Zhao, Q., Jin, H., Zhang, X., Xu, Y., Yu, A., Zhang, H. and Ding, L. (2010). Determination of xanthohumol in beer based on cloud point extraction coupled with high performance liquid chromatography. Talanta 81:692-697.

Citak, D. and Tuzen, M. (2010). A novel preconcentration procedure using cloud point extraction for deter-mination of lead, cobalt and copper in water and food samples using flame atomic absorption spectrometry. Food Chem. Toxicol. 48: 1399-1404.

Hung, K.-C., Chen, B.-H. and Yu, L.E. (2007). Cloud-point extraction of selected polycyclic aromatic hydrocarbons by nonionic surfactants. Sep. Purif. Technol. 57: 1-10.

Kukusamude, C., Santalad, A., Boonchiangma, S., Burakham, R., Srijaranai, S. and Chailapakul, O. (2010). Mixed micellecloud point


extraction for the analysis of penicillin residues in bovine milk by high performance liquid chroma-tography. Talanta 81: 486-492.

Liu, W., Zhao, W.J., Chen, J.B. and Yang, M.M. (2007). A cloud point extraction approach using Triton X-100 for the separation and preconcentration of Sudan dyes in chilli powder. Anal. Chim. Acta 605: 41-45.

Pourreza, N. and Ghomi, M. (2011). Simultaneous cloud point extraction and spectrophotometric determination of carmoisine and brilliant blue FCF in food samples. Talanta 84: 240-243.

Pourreza, N. and Zareian, M. (2009). Determination of Orange II in food samples after cloud point extraction using mixed micelles. J. Hazard. Mater. 165: 1124-1127.

Pourreza, N., Rastegarzadeh, S. and Larki, A. (2011). Determination of Allura red in food samples after cloud point extraction using mixed micelles. Food Chem. 126: 1465-1469.

Purkait, M.K., DasGupta, S. and De, S. (2006). Determination of design parameters for the cloud point extraction of congo red and eosin dyes using TX-100. Sep. Purif. Technol. 51: 137-142.

Rubio, S. and Pérez-Bendito, D. (2003). Supramolecular assemblies for extracting organic compounds. Trends Anal. Chem. 22: 470-485.

Sahin, C.A., Efecinar, M. and Satiroglu, N. (2010). Combination of cloud point extraction and flame atomic absorption spectrometry for

preconcentration and determination of nickel and manganese ions in water and food samples. J. Hazard. Mater. 176: 672-677.

Santalad, A., Srijaranai, S., Burakham, R., Glennon, J.D., and Deming, R.L. (2009). Cloud-point extraction and reversed phase high performance liquid chromatography for the determination of carbamate insecticide residues in fruits. Anal. Bioanal. Chem. 394: 1307-1317.

Wang, Z. (2009). Predicting organic compound recovery efficiency of cloud point extraction with its quantitative structure-solubilization relationship. Colloid Surf. A, Physicochem. Eng. Aspects 349: 214-217

Zhang, W., Duan, C. and Wang, M. (2011). Analysis of seven sulphonamides in milk by cloud point extraction and high performance liquid chromategraphy. Food Chem. 126: 779-785.

Zhou, J., Sun X.L. and Wang, S.W. (2008). Micelle-mediated extraction and cloud-point preconcentration of osthole and imperatorin from Cnidium monnieri with analysis by high performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A 1200: 93-99.

Zhu, H.-Z., Liu, W., Mao, J.-W. and Yang, M.-M. (2008). Cloud point extraction and determination of trace trichlorfon by high performance liquid chromategraphy with ultraviolet detection based on its catalytic effect on benzidine oxidizing. Anal. Chim. Acta 614: 58-62.

��

ˇˆ˙˝ˇ˛˚˜ !˚#$ : & '()˜*+ˇˆ˙,˙+ˇ -./01˝ˆ...

Documents