bao cao gc

hoá học dựa vào sự phân bốkhác nhau giữ pha động và pha tĩ

xúc với pha tĩ

sắc ký, ở đây các chất khác nhau sẽcó ái lực khác nhau với pha tĩ

Trong hệthống chuyển động dọc theo hệsắc ký, hết lớp pha tĩ

lớp pha tĩ

phụ. Kết quảlà những cấu tử có ái lực lớn với pha tĩ

1.2 Lị

sắc kí có nghĩa là màu; nó vừa là tên của Tsvett trong nghĩ

Nhóm 5 Người hướng dẫn: Hứa Kim Thanh

Chương I. Cơsở lý thuyết sắc ký

1. Giới thiệu chung:

1.1 Sắc ký là gì:

Sắc ký là một phương pháp thường dùng trong phòng thí nghiệm mà

cho phép chúng ta dễdàng phân li, phân tách, phân tích các hỗn hợp

nh. Khi tiếp

nh, các cấu tử sẽphân bốgiữa pha động và pha tĩnh. Trong

hệ thống sắc ký chỉcó những pha động mới di chuyển dọc theo hệthống

nh.

nh này đến

nh khác, sẽcó sự lặp đi lặp lại giữ quá trình hấp phụ, phản hấp

nh sẽchuyển động

chậm hơn qua hệthống sắc kí so với các cấu tử tương tác yếu hơn. Nhờ

đặc điểm này, người ta có thểtách các chất qua quá trình sắc ký.

ch sử phát triển của hệthống sắc ký

Sắc ký được phát triển đầu tiên vào 1903 bởi nhà thực vật học

người Nga Mikhail Tswett. Ông đã sử dụng cột calcium carbonate đểtách

các hợp chất màu, khi ông đang nghiên cứu vềchlorophyll. Chữ sắc trong

a tiếng Nga, và

vừa là màu của các sắc tốthực vật ông phân tích vào lúc bấy giờ. Tên này

vẫn tiếp tục được dùng dù các phương pháp hiện đại không còn liên quan đến

màu sắc.Năm 1952 Archer John Porter Martin và Richard Laurence

Millington Synge được trao giải Nobel Hoá học cho phát minh của họvề sắc

kí phân bố. Kĩthuật sắc kí phát triển nhanh chống trong suốt thếkỉXX. Các nhà

nghiên cứu nhận thấy nguyên tắc nền tảng của sắc ký Tsvet, có thểđược áp

dụng theo nhiều cách khác nhau, từ đó xuất hiện nhiều loại sắc ký khác

nhau. Đồng thời, kĩthuật sắc ký cũng tiến bộliên tục, cho phép phân tích

các phân tử tương tự nhau.

Báo Cáo Hóa Phân tích 1

Sắc ký là một phương pháp phân tích tiên tiến, và đ

sử dụng phương pháp sắc ký khí đểđịnh tính và đị


1.3 Phân loại sắc ký

Sắc ký khí-lỏng

Sắc ký trao đổi ion

Sắc ký ái tính ion kim loại bất động

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

Sắc ký thẩm thấu gel

Sắc ký ái lực

Sắc ký lớp mỏng.

2. Sắc ký khí

2.1 Sơđồ cấu tạo của một hệ thống sắc ký

ược sử dụng

rộng rãi trong các phòng thí nghiệm phân tích. Đặc biệt, đối với các hợp

chất bền vềnhiệt, và khó bịphân huỷở nhiệt độcao, thường được ưu tiên

nh lượng.

Sơđồ cấu tạo của một hệ thống sắc ký khí thông thường

Các bộphận chính của hệthống sắc ký:

- Pha động (mobile phase).

- Buồng tiêm mẫu (Injector)

- Cột sắc ký (column)


tương tác mạnh với pha tĩ

Đầu tiên mẫu được tiêm vào trong Injector, tại đây mẫu đ

mẫu chất cần phân tích, khi mẫu tiêm vào đ

độ của injector phải cao hơn nhiệt hoá hơi của mẫu.Sau khi mẫu đ

Ngoài ra còn phụthuộc vào ái lực của chất phân tích và pha tĩ

mẫu ra khỏi cột, lúc này một lần nữa mẫu đ

detector, tại đây mẫu được đ

vào lượng ion tạo ra mà detector đã nhận dạng đ

tích có được ion nào, các tín hiệu mà detector phát hiện đ

thành các tín hiệu điện và đ


- Đầu dò ( Detector)

- dữ liệu phân tích.

2.2 Nguyên tắc hoạt động

Hầu hết các loại máy sắc ký đều hoạt động dựa trên nguyên tắc di

chuyển của các mẫu chất cần phân tích trong cột sắc ký. Những chất nào

nh ra sau, những chất tương tác yếu sẽra trước

Nguyên lý hoạt động của máy GC là:

Hình biểu diễn sơđồcấu tạo của hệthống sắc ký

ược chia

dòng theo tỉlệcài đặt và cần phải gia nhiệt cho injector đểhoá hơi những

ược hoá hơi, cần cài đặt nhiệt

ược hoá

hơi chúng được khí mang đẩy vào trong cột. Nhiệt độcủa cột cũng cần

phải được gia nhiệt đểtránh sự ngưng tự của mẫu trong cột. Chất nào có

nhiệt độsôi thấp sẽra trước và chất nào có nhiệt độsôi cao thì ra sau.

nh. Sau khi

ược khí mang đẩy vào trong

ốt cháy bằng ngọn lửa và tạo ra các ion, nhờ

ược trong mẫu cần phân

ược chuyển

ược xuất ra dưới dạng dữ liệu.


Việc lựa chọn pha đ

chất khí có độnhớt thấp nên tốc đ


3. Máy Gas chromatography Clarus 500

3.1 Pha động:

Pha động sử dụng trong hệ GC là khí trơ (helium, hydrogen,

nitrogen) hoạt động kém, không tương tác với mẫu chất, các khí mang

phải có độtinh khiết cao bởi một lượng nhỏtạp chất cũng có thểlàm phân

hủy pha tĩnh, dẫn đến hiện tượng chảy máu cột và cuối cùng là phá hủy

cột.

ộng tùy thuộc vào nhiều yếu tố:Tùy thuộc vào loại

detector, độan toàn, và giá cảcủa nó. Ngoài ra còn phụthuộc vào tính

chất vật lý của từng loại khí nhưđộnhớt hay tốc độ. Ví dụnhưhydrogen là

ộ nhanh làm thời gian phân tích thấp.

Đối với cột dài được nhồi chặt hoặc cột mao quản dài thì nên lựa chọn khí

mang có độnhớt thấp.

Độ dẫn điện và độ nhớt của các khí thường sử dụng trong sắc khí Độ Đô nhớt (ŋ) ở 1 atm

Khí dẫn điệnλ, 10-4 50oC 100oC 2000C 3000 C

cal/cms.kHelium 4.08 208 229 270 307

Nitrogen 0.73 188 208 246 307hydrogen 5.47 94 103 121 139

Tốc độ của dòng khí có thểđược đánh giá bằng đơn vịcm/s hoặc là

mL/min. Với tốc độdòng tính bằng cm /s thì không phụthuộc vào đường

kính cột nhưng đối với mL/min thì phụthuộc.

Tương ứng của vận tốc và tốc độ dòng của khí mang với cột

Đường kính

o.18

0.25

0.32

0.53

Vận tốc (cm/sec)Helium Hydrogen30-45 46-60

30-45 46-60

30-45 46-60

30-45 46-60

Tốc độ dòng (mL/min)Helium Hydrogen0,5- 0.7-0.9

0.70.9- 1.3-1.8

1.31.4- 2.2-2.9

2.24.0- 6.0-7.9

6.0


- Detector độdẫn (TCD) cần loại khí mang có đ

khí nitrogen thường đ

tách khi làm việc ởnhiệt đ


Tùy theo loại detector sử dụng mà lựa chọn loại khí mang phù hợp

nhất.

ộ dẫn cao như

hydrogen, helium. Với helinum thì an toàn hơn nhưng giá thành cao. Trong

sắc ký khí điều chếthì cần sử dụng nhiều khí mang nên thích hợp nhất là sử

dụng khí nitrogen vì giá thành rẻ, nhưng cần chú ý đến độnhạy cũng

nhưkhoảng tuyến tính của nó.

- Detctor ion hóa ngọn lửa (FID) có thểsử dụng bất kì loại khí nào

làm khí mang trừ khí oxygen. Với ưu điểm là giá thành rẻvà an toàn nên

ược sử dụng. Nhưng khi sử dụng kết hợp sắc ký khí

khối phổ(GC-MS) thì phải sử dụng helium làm khí mang. Ngoài ra đối với

detector FID khi vận hành cần dùng thêm khí hydrogen và không khí đểđốt

cháy ngọn lửa.

- Đối với detector cộng kết điện tử (ECD) có thểvận hành với các

loại khí mang khác nhau, khi làm việc theo kiểu dòng một chiều có thểsử

dụng khí nitrogen, vận hành theo kiểu xung có thểdùng khí argon kết hợp với

5% khí methane.

Đặc điểm của một số loại khí sử dụng khí mang trong sắc ký khí

- Khí hydrogen: khí hydrogen thương mại thường đạt tiêu chuẩn cho

sắc ký, sử dụng trong phân tích lượng vết, khi sử dụng pha tĩnh dễbị

hỏng. Khi sử dụng khí hydrogen làm khí mang cần dùng khí nitrogen làm

khí bảo vệthổi qua cột trước. Các ống dẫn khí phải đủdày, tốt nhất là

dùng ống kim loại nhỏvừa kín vừa tiết kiệm khí. Hydrogen dùng trong cột

ộ trên 200oC vẫn tỏra trơ. Trong một sốphòng


12.5mL/min đến 22.5mL/min khi sử dùng loại máy này cần đ

áp suất ổn đị

không gặp khó khăn lắm nên ngày càng đ

khiết nên khí nitrogen thường đ

hóa hơi và mẫu bịkhí mang đ


thì nghiệm thường dùng máy sản xuất khí hydrogen với công suất

ể cho máy đạt

nh mới được đưa khí vào cột. Trong phòng sắc ký sử dụng

khí hydrogen phải có máy dò độhở khí hydrogen và cấm lửa.

-Helium: là loại khí trơhóa học rất thích hợp cho sắc ký khí ở nhiệt

độ cao. Khi sử dụng detector ion hóa bằng tia phóng xạphải có khí helium

tinh khiết.

- Khí argon cũng là loại khí trơnên thích hợp cho sắc ký khí nhiệt

độ cao, khí argon có độnhớt cao, yêu cầu vềdây dẫn khi sử dụng cũng

ược sử dùng nhiều làm khí

mang.

- Khí nitrogen: Do không nguy hiểm, giá rẻvà dễdàng làm tinh

ược sử dụng trong sắc ký khí. Nhưng cần

chú ý khi sử dụng với detector TCD, vì giá trịdẫn nhiệt của nó gần bằng

với độ dẫn của nhiều khí hoặc hơi của nhiểu hợp chất hữu cơnên có

trường hợp peak sắc ký có thểngược.

- Không khí và oxygen: độtinh khiết của oxygen thương mại cũng

đạt yêu cầu cho sắc ký khí, nhưng cần phải được sấy khô vì rất dễlẫn

nước trong bơm đựng khí. Không khí nén có thểlấy từ bơm khí hoặc bơm

nén kiểu dầu, nếu dùng bơm nén cần chú ý không cho hơi dầu đi vào thiết

bịsắc ký.

Yêu cầu khi sử dụng các khí trên là phải có độtinh khiết cao, trước

đường dẫn khí thường lắp đặt bộloại hydrocarbon.

3.2 Buồng tiêm mẫu (injector):

Là nơi đểtiêm mẫu vào và thực hiện quá trình sắc ký, tại đây mẫu bị

ẩy vào cột.

Dạng tiêm mẫu khí đơn giản nhất là sử dụng syring khí (gas syring)

tiêm trực tiếp vào injector nhưng thường không chính xác và dễgây hỏng

septum do đầu kim tiêm lớn.

Thông thường người ta sử dụng van 6 cổng đểthực hiện việc tiêm

mẫu khí, bao gồm hai giai đoạn.

Giai đoạn một: Nạp mẫu khí.

Giai đoạn hai: Đưa mẫu vào cột phân tích.


chứa mẫu được tiêm qua septum làm bằng nhựa silicone bịtkín một đ


Có hai loại injector, injector cho cột nhồi và injector cho cột mao quản

3.2.1 Injector cho cột nhồi: Cấu tạo bao gồm một ống thạch anh

(glass insert hay liner) chứa trong buồng gia nhiệt làm bằng kim loại. Nó

được đốt nóng ở nhiệt độsôi trung bình của mẫu được phân tích, ống tiêm

ầu

của injector đầu còn lại của injector được nối trực tiếp với cột. Những mẫu là

chất lỏng được đưa vào với ống tiêm ngay lập tức được hóa hơi và đươc

khí mang đẩy vào cột hoàn toàn trong vài giây


+ Đường septum purge: là đ

+ Đường split đ


3.2.2 Injector cho cột mao quản: Có hệthống tiêm mẫu chia

dòngkhông chia dòng (split/splitless), đây là kĩthuật tiêm phổbiến và thích

hợp nhằm làm giảm lượng mẫu đưa vào cột, với cột mao quản chỉcó

thểcho phép lượng mẫu vô cùng nhỏđi qua.

Cấu tạo của injector cho cột mao quản:

+ Đường khí mang vào injector

ường khí mang thổi qua septum đểloại

trừ những tạp chất hấp thụmặt sau của septum sau mỗi lần tiêm mẫu

ược đóng mở bằng valve từ có nhiệm vụcho một

phần mẫu theo khí mang ra ngoài.

+ Đường còn lại là đường khí đi vào cột


mang vào injector và đ

lệnhất đị


Cấu tạo của injector cho cột mao quản

- Injector ở chếđộchia dòng, mẫu được tiêm vào qua septum, khí

ẩy mẫu đã được hóa hơi trong buồng đi vào cột

nhưng trước khi đi vào cột thì một lượng khí đã được thoát ra ngoài theo tỉ

nh để đảm bảo cho lượng khí đi qua cột phù hợp, lượng mẫu khí

được qua cột có thểlà nhỏnhất. Trong liner còn có một loại bông thủy tinh


có nòng độloãng. Một lượng nhỏdung dị


có nhiêm vụgiữ lại những thành phần không bịhóa hơi của mẫu ở nhiệt

độ của injector tránh thành phần đó đi đến cột gây nghẹt cột.

Hình biểu diễn đường đi của khí và tỉlệchia dòng của các đường

- Injector ở chếđô không chia dòng: Sử dụng cho việc tiêm mẫu

ch được tiêm vào sẽđươc hóa

hơi và được qua cột gần nhu hoàn toàn vì vậy thường gây ra bẩn cột.

Valve split đóng suốt trong quá trình bom mẫu, đểcho mẫu hoặc một phân

đoạn cuả mẫu được qua cột hoàn toàn sau đó có thểchuyển sang chếđộ

chia dòng.

Hình biểu diễn đường đi của khí và tỉlệchia dòng của các đường


+ Với liner sử dụng cho chếđ

không chia dòng, nhưng liner dành cho chếđ

thay đ


- Glass liner cho chếđộchia dòng và không chia dòng sử dụng cho cột

mao quản có thểgiống nhau có thềkhác nhau

Glass insert cho split (a) và splitless (b)

ộ chia dòng có thểdùng cho chếđộ

ộ không chia dòng thì không

thểsử dụng cho chếđộchia dòng được.

+ Với liner sử dụng cho cảchếđộchia dòng và không chia dòng.

Ở chế độ split cho phép chia dòng với tỉlệkhông đổi từ lúc bơm

mẫu cho đến khi kết thúc quá trình chạy.

Chế độ splitless cho phép không chia dòng trong lúc bơm mẫu để

cho mẫu hoặc một phân đoạn của mẫu vào cột hoàn toàn sau đó sẽ

chuyển sang chếđộchia dòng.

Ưu điểm và nhược điểm khi sử dung liner loại này là:

Nếu mẫu có những thành phần có nhiệt độbay hơi khác nhau sẽ

ổithời gian không chia dòng đểloại bỏnhững tạp chất khó bay hơi.

Giảm được tạp chất khi đi vào cột.

Tuy nhiên sẽtốn nhiều khí do bịchia dòng, mẫu bịpha loãng

nhiều hơn.


Cho phép toàn bộmẫu qua cột và valve split ở chếđ


+ Với liner sử dung riêng cho chếđộsplitless

ộ này đóng suốt

trong quá trình phân tích.

Ưu điểm và nhược điểm khi sử dung liner loại này là

Mẫu bịpha loãng ít hơn trong quá trình phân tích do không đi tới

valve split, hầu hết mẫu đươc đưa vào cột hoàn toàn.

Do hầu hết mẫu được đưa vào cột nên dễ gây nhiễm bẩn cột.

Khi muốn chuyển sang chếđộsplit phải thay thếliner.


+ Cho phép bom mẫu trực tiếp trên đ


- Injector cho cột mao quản với hệthống bom mẫu trực tiếp trên cột

ầu cột mao quản.

+ Thường sử dụng với cột có đường kình 0.53mm.

+ Mũikim tiêm thường mảnh và rất nhỏđểcó thểnằm vào trong cột. +

Thểtích tiêm thường nhỏ, dưới 1μL.

+ Đường kính trong của liner thường rất nhỏđểgiảm thểtích buồng

tiêm.

Ưu điểm:

+ Cho phép gần nhưtoàn bộlượng mẫu đi vào cột cùng lúc.

+ Tránh tối đa được sự pha loãng mẫu do thểtich buồng tiêm nhỏ

(liner có thểtích nhỏ).

+ Thường dùng phân tích khi nồng độmẫu rất nhỏ.

Nhược điểm:

+ Rất dễgây bẩn cột.

+ Kim tiêm nhỏnên rất dễgẫy khi tiêm mẫu.


nhiệt đ

thích ứng với sự thay đổi nhiệt đ

Injector loại này được trang bịrất nhiều quạt làm lạnh đ

+ Cho phép đ


- Injector cho cột mao quản với hệthống bom mẫu chương trình hóa hơi

nhiệt đô (PTV - Programmable temperature vaporizer injector) cho phép

thay đổi nhiệt độcủa cổng bơm mẫu trong quá trình bơm mẫu, kết hợp với

chếđộ spilt và splitless. Bắt đầu từ nhiệt độthấp đểbay hơi dung môi

trước và khi đó tỉlệchia dòng sẽrất cao đểđuổi dung môi ra, sau đó tăng

ộ rất nhanh để bay hơi mẫu khi đó tỉlệchia dòng sẽthấp xuống

hoặc không chia dòng, loại liner sử dung trong injector này thường làm

bằng thạch anh, thép hoặc hợp kim vì các loại vật liệu này có khảnăng

ộ nhanh mà không bịgãy hay biến dạng.

ể có thể giảm

nhiệt độxuống nhanh chống lên tới 40oC/min.

Ưu điểm

+ Cho phép bay hơi gần nhưtoàn bộdung môi bằng cách chia dòng với

tỉlệrất lớn ở nhiệt độthấp trong thời gian thích hợp.

ưa gần nhưtoàn bộmẫu vào cột với tỉlệnhiễm bẩn tối

thiểu nhờ chếđộchia dòng rất nhỏhoặc không chia dòng sau khi đã bay


+ Do có chương trình hóa hơi và khà năng điều chỉ

nên cho phép đ

lần chạy là khá lâu do ở gần nhiệt độphòng tốc đ

đĩ đĩ đĩ


hơi gần nhưtoàn bộdung môi, vì vậy có thểtiêm mẩu với lượng lớn làm

tăng độ nhạy trong quá trình phân tích.

nh tỉlệchia dòng

ưa những hợp chất có nhiệt dộbay hơi khác nhau vào cột

với tỉlệkhác nhau.

Nhược điểm:

+ Gía thành của injector khá cao.

+ Đồi hỏi khảnăng thiết lập chương trình nhiệt độvà chia dòng đúng

mới có thểđáp ứng được yêu cầu phân tích.

+ Thời gian tiêu tốn đểinjector đạt đến trạng thái cân bằng sau mỗi

ộ giảm nhiệt của

injector thường chậm.

+ Do có sử dụng nhiều quạt làm lạnh nên việc bảo trì cũng gập phải

nhiều khó khăn.

3.3 Cột sắc ký:

Kiểu cộttách

Đặctrưng

Đườngkínhtrong

Chiều dài

Hiệu quả cột tách

Tốc độdòng (tối

ưu)

Tốc độthểtích

dòng (tối ưu)

Lượngmẫu

Áp suấtđòi hỏi

Cột mao Cột maoquản phim quản lớp Cột mao

mỏng mỏng quản nhồiWCOT SCOT

0.25-0.5mm 0.5mm 1mm

10-100m 10-100m 1-6m

1000-3000 600-1200 1000-3000đĩa/m a/m a/m

20-30cm/s 20-30cm/s 8-15cm/s(hydrogen, (hydrogen, (hydrogen,

helium) helium) helium)10-15cm/s 10-15cm/s 3-10cm/s(nitrogen, (nitrogen, (nitrogen,

argon) argon) argon)1-5ml/phút 2-8ml/phút 2-6ml/phút

(helium, (hydrogen, (hydrogen,hydrogen) helium) helium)

0.5-4ml/phút 1-4ml/phút 1-3ml/phút(nitrogen, (nitrogen, (nitrogen,

argon) argon) argon)

10-100ng 10ng -1g 10ng -10g

Thấp Thấp Cao

Cột nhồithong

thường

2-4mm

1-4m

500-1000a/m

4-6cm/s(hydrogen,

helium)2-5cm/s

(nitrogen, argon)

20-60ml/phút (hydrogen, helium)

15-50ml/phút (nitrogen, argon)

10ng -1mg

Rất cao


khoảng từ 37-44 µm đến 250-354 µm. Trong sắc ký khí -lỏng (pha tĩ

chất mang được phủlên bởi một lớp pha tĩ

pha tĩnh được quyết đị

tức là lớp phim pha tĩnh trên bềmặt chất mang rất mỏng thì sự trao đ

chất giữa pha tĩ

Nhóm 5

Khí bổtrợ đòihỏi chodetectorTốc độ

phân tíchTrơhóa

họcTínhthấm

Người hướng dẫn: Hứa Kim Thanh

Đòi hỏi thông Đòi hỏi thông Đòi hỏi thông Đòi hỏi thôngthường thường thường thường

Nhanh Nhanh Trung bình Chậm

Tốt Kém nhất

Cao Cao Thấp Thấp

Có hai loại cột chính thường được dùng trong sắc ký khí là cột nhồi và cột

mao quản.

Cột nhồi:

- nhồi thông thường có vỏcột làm bằng thủy tinh hay kim loại với đường

kính trong từ 3-6 mm với chiều dài khoảng 1-6 m. Đối với mục đích điều

chếthì các cột được sử dụng sẽcó đường kính lớn hơn (từ 6-12mm). Cột

nhồi thường được nhồi đầy bằng những hạt xốp có đường kính nằm trong

nh là

chất lỏng và pha động là chất khí) thì những hạt xốp này đóng vai trò như

nh lỏng tương ứng có khối

lượng từ 0.1-25% khối lượng của chất mang. Nhờ có những lỗxốp này mà

pha tĩnh và pha động có khoảng không đểtiếp xúc với nhau. Hàm lượng

nh bởi các yếu tốsau:

Chiều dài cột.

Mức độtải trọng cần thiết của cột: các cột tách có tải trọng lớn,

trường hợp này nếu ta bơm mẫu nhiều cũng cho những peak cân đối và độ

phân giải tốt, ngay cảđối với các cấu tử chính.

Mức độ bao phủcần thiết của bềmặt chất mang: với độbao phủ

lớn, sự hấp phụtrên bềmặt sẽbịgiảm đi; trong khi đó nếu bao phủthấp

ổi

nh và pha động sẽđạt được mức độ tối ưu.

Tỉlệgiữa diện tích bềmặt và tỷtrọng chất mang

Chất mang thường được dùng trong cột nhồi là đất diatomit. Đất này sau

khi được đun với CaCO3 ở 9000C sẽcó diện tích bềmặt khoảng 1-4m2/g.

Thành phần chủyếu gồm SiO2 và một ít Al2 O3 , ngoài ra còn có chứa một


khác nhau, nhận đ

Phương pháp tẩm pha tĩ

là phương pháp phổbiến nhất để tẩm chất mà cụ thể ở đây là tẩm pha tĩ

lên chất mang. Theo đó, cân lượng pha tĩ

đổ pha tĩ

methanol,… Khuấy đều dung dịch cho đến khi tan hết. Với pha tĩ

nhưcao su silicon thì cần phải đun hồi lưu dung dịch trong vài giờ cho đ

khi pha tĩnh tan hoàn toàn trong dung môi. Đổdung dị

mặt chất mang. Làm bay hơi từ từ cho đ

trong tủhút và khuấy đ

do va chạm cơhọc, lớp phim trên bềmặt của pha tĩ

chất mang đã tẩm pha tĩ

hấp phụ). Do đó các peak sắc ký bịbiến dạng, mất cân đ

cho việc đị

phút, lọc bỏacid. Lặp lại quá trình đó vài lần cho đ

trong, rửa bằng nước cất hai lần cho đ


sốoxide kim loại kiềm và kiềm thổ. Sau khi xử lý theo các phương pháp

ược các loại chất mang có đặc điểm khác nhau.

nh trên chất mang: kỷthuật bay hơi dần dung môi

nh

nh và chất mang tương ứng rồi

nh vào một dung môi thích hợp như CHCl3 , CH2 Cl2, acetone,

nh khó tan

ến

ch phủđầy lên bề

ến khô bằng cách đun cách thủy

ều. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là

không thu hồi được dung môi, độc, hạt chất mang có thểphần nào bịvỡ

nh cũng sẽkhông đều.

Để đảm bảo an toàn có thểlàm bay hơi dung môi bằng cách sấy dưới đèn

hồng ngoại hoặc đèn sấy thường.

Phương pháp tốt nhất là làm bay hơi dung môi bằng máy cất chân

không quay. Phương pháp này khắc phục được hoàn toàn nhược điểm đã

nêu ở trên. Trường hợp không có máy cất chân không quay, có thểđổ

nh vào bình cầu có gai ở trong, lắp bình cầu vào

hệ thống bơm chân không bằng hơi nước. Lắc bằng tay bình cấu đặt

trong bếp cách thủy. Trong trường hợp này dung môi cũng không thểthu

hồi.

Thông thường chất mang ở dạng thô không đủtrơcho quá trình sắc ký,

bởi vậy sẽxảy ra tương tác giữa chất nghiên cứu và chất mang (lực

ối, gây khó khăn

nh lượng. Đểkhắc phục tình trạng trên, chất mang rắn phải

được xử lý bằng cách rửa với acid đểloại các ion kim loại và thậm chí

silan hóa chất mang đểtriệt tiêu các nhóm -OH gây hiệu ứng hấp phụ

trên bềmặt.

Xử lý chất mang: chất mang được ngâm trong acid HCl khoảng 30-60

ến khi acid vẫn còn

ến khi trung hòa, sấy khô trong tủ

sấy (thường là tủ sấy chân không). Chất mang có ký hiệu AW (acid

washed) là loại được rửa acid (ví dụ: Chorosorb W -AW). Nếu chưa được


rửa bằng dung dị

trong cột tách. Khi đó chất mang được ngâm torng dung dị

thường được bảo quản kín) được hòa tan trong toluene tinh khiết đ

độ 5%. Đổdung dị

Chorosorb W-AW-DMCS, có nghĩ

thận để loại bỏdầu bôi trơn trước khi pha tĩ

cùng cột đ


rửa acid, chất mang có ký hiệu NAW (non acid washed). Trường hợp cần

tách các chất có tính kiềm, chất mang không được rửa bằng acid mà được

ch kiềm, nếu không các cấu tử có tính kiềm sẽbịgiữ

ch KOH 6%

trong CH3 OH, trộn đều trong máy cất chân không khoảng 1 giờ không gia

nhiệt, sau đó loại bỏdung môi bằng chưng cất cách thủy. Trường hợp này,

chất mang có kí hiệu là BW (base washed). Sau khi đã rửa nhưtrên, chất

mang có thểđược làm trơbằng cách silan hóa nhằm che phủcác nhóm

SiOH trên bề mặt. Các chất thường dung để silan hóa là:

dimethyldichlorosilan (DMCS), Trimethylchlorosilan (TMCS),

Hexamethyldisilazan (HMDS).

Qúa trình silan hóa : DMCS (rất dễbịthủy phân trong không khí nên

ạt nồng

ch này vào ngập chất mang, tiến hành đun hồi lưu trong

khoảng 4-6 giờ. Sau đó lọc bỏdung môi bằng phểu Buchne, rửa bằng

toluene tinh khiết đểloại DMCS dư. Cuối cùng ngâm chất mang trong

CH3OH tinh khiết khoảng 15 phút . Lọc lần nữa, sấy khô sản phẩm trong tủ

sấy chân không. Lúc này chất mang có ký hiêu thêm DMCS ( vi dụ:

a là Chorosorb loại W đã được rửa bằng

acid và silan hóa bằng DMCS).

Qúa trình silan hóa bằng HMDS cũng tiến hành tương tự nhưng trong

trường hợp này HMDS được pha trong dung môi DMF và không cần ngâm

trong methanol. Tùy thuộc vào loại chất mang và bản chất ban đầu của nó

mà ta sẽcó cách xử lý phù hợp nhất.

- Cột mao quản là ống hở có bán kính từ 0. 1-0.5 mm với chiều dài từ 5-

100 m. Loại được sử dụng phổbiến có đường kính kỡ 0.3 và chiều dài

khoảng 25 m. Dạng nguyên thủy của cột mao quản được làm bằng thủy

tinh hay kim loại. Cột mao quản làm bằng kim loại phải được làm sạch cẩn

nh được phủ lên. Thông

thường chúng được làm sạch bằng methylene dichloride, methanol và sau

đó là nước. Sau đó cột được rửa lại bằng acid loãng đểloại bỏoxide kim

loại và những sản phẩm ăn mòn khác có thểcòn sót lại trên thành cột. Tiếp

theo cũng rửa lại tuần tự với nước, methanol, dimethylene chloride. Cuối

ược làm khô bằng dòng hơi nitrogen nóng Nhưng những thập


có thểtránh đ

tượng peak bịkéo đuôi hay mất vật liệu do sự hấp phụthuận nghị

tĩ

open tubular, gọi tắt là WCOT) chứa một lớp mỏng pha tĩ

khoãng 0.25 µm phủtrực tiếp lên thành bên trong của cột. Còn đ

rắn đóng vai trò nhưchất mang, sau đó pha tĩ

Do sự phát triển của công nghệlàm cột hiện đ

tĩnh ban đầu có thểlà những phân tử polymer đ

Tuy nhiên do lượng pha tĩ


niên sau nay silica nóng chảy được sử dụng thay thếcho tất cảnhững vật

liệu khác. Bởi vì silica nóng chảy có một sốưu điểm sau: có bềmặt rất trơ

ược sự hấp phụ xảy ra giữa chất phân tích (đặc biệt khi

chúng là những chất phân cực) với những trung tâm hấp phụdẫn đến hiện

ch; bên

cạnh đó nó còn có độbền cơhọc cao. Hơn nữa việc phủnhững loại pha

nh phân cực nhưCarbowax lên bềmặt kim loại tương đối khó khăn. Cột

mao quản được chia làm hai loại cơbản là cột mao quản phim mỏng và

cột mao quản lớp mỏng. Trong đó, cột mao quản phim mỏng (Wall-coated

nh với bềdày

ối với cột

mao quản lớp mỏng thì trên thành trong của cột được phủmột lớp mỏng

nh sẽđược phủ trên lớp chất

mang này.

Cột mao quản cho hiệu suất tách chất cao hơn cột nhồi. Chính áp

suất đòi hỏi đểđẩy pha động đi qua cột đã làm hạn chếchiều dài của cột.

ại mà ngày nay người ta có

thểtạo những liên kết ngang giữa các phân tử polymer chất lỏng nên có

thểgắn chúng lên bềmặt của silica bằng những liên kết hóa học đó. Pha

ơn và lớn. Tính chất nhiệt

động của pha có tạo thành liên kết ngang tương tự nhưpha lỏng ban đầu. So

với cột nhồi, cột mao quản có những ưu điểm sau:

Các hỗn hợp phức tạp được tách với hiệu suất cao hơn hẳn.

Tách được cảcác chất có cấu trúc hóa học rất gần nhau. Độ tin

cậy cao hơn trong việc nhận dạng các cấu tử.

Độ nhạy phát hiện hơn.

Giảm thời gian phân tích.

nh trong các cột mao quản rất nhỏnên dung

lượng của những cột đó cũng rất giới hạn. Nên lượng mẫu bơm vào cột

cũng rất hạn chế. Ví dụđối với cột WCOT , lượng mẫu đưa vào cột chỉ

khoảng 10-7 g.


Nhóm 5

Cột nhồi

Người hướng dẫn: Hứa Kim Thanh

Cột mao quản Cột sắc ký

a) b)

Cột PLOT Cột WCOT

Hình vẽmặt cắt của cột sắc ký: a) Cột nhồi; b) Cột mao quản

Bề dày lớpphủ

Đường kính ngoài

Báo Cáo Hóa Phân tích

Bềdày lớpphủ

Đường kính ngoài

20

3.4 Pha tĩ

Pha tĩ

Pha tĩ

của pha tĩ

thường được chọn làm pha tĩ

siloxane có đ

Pha tĩ


Hình biểu diễn mặt cắt cột mao quản

nh

Có hai loại pha tĩnh: phân cực và không phân cực

nh phân cực tương tác với chất phân tách và pha động bởi một số

loại tương tác sau: các lực liên phân tử; sự khuếch tán; sự phân cực;

lưỡng cực-lưỡng cực; liên kết hydrogen.

nh không phân cực chủyếu dựa vào áp suất hơi đểtách chất.

Việc lựa chọn pha tĩnh trong sắc ký khí không chỉdựa vào tính chọn lọc

nh mà còn đòi hỏi pha tĩnh phải có độbền nhiệt cao. Và vì một

sốhợp chất polymer có khảnăng đáp ứng tốt những yêu cầu trên nên

nh trong sắc ký khí. Ví dụnhư polymer

ộ bền nhiệt cao do những liên kết Si-O giữ vai trò nòng cốt

trong chuỗi silicon. Những nhóm thếgắn trên chuỗi silicon làm cho chúng

có tính chọn lọc. Ví dụnhưnhững nhóm thếCH3 sẽlàm cho polymer có

tính không phân cực gần giống nhưlà những hợp chất hydrocarbon. Nếu

thay thếdần sốgốc CH3 bằng gốc phenyl sẽlàm tăng độphân cực cho

chuỗi polymer nên được ứng dụng đểtách những hợp chất có độphân

cực trung bình. Và nếu thay thếhoàn toàn các gốc phenyl trên chuỗi silicon

bằng gốc cyanopropyl ta sẽthu được chuỗi silicon có tính phân cực cao

nhất trong tất cảcác loại siloxane. Trong khi polyethylene glycol thì cho

tương tác với chất phân tách dựa trên liên kết hydrogen nên nó phù hợp

để phân tách các chất có khảnăng cho proton (nhưcác alcohol).

Polyethylene glycol Pha polysiloxane cơbản

nh có tính chọn lọc


Đối với những pha tĩnh có độbền nhiệt cao ta có thểlấy 2 pha tĩ

được xác định là có tính chọn lọc. Những chuỗi polymer này đ

chính làm cho chuỗi polymer có độbền nhiệt cao khoảng 4000C. Pha tĩ

Đại lượng đánh giá độ phân cực của pha tĩ

ứng với pha tĩnh phân cực và pha tĩ

pha tĩ

mạch nhánh, hexamethyl tetracosane) đ

sốlưu trên một pha tĩnh nhất đị

cùng một chất chất phân tích đ

phần: gốc alkyl chỉcho tương tác khuếch tán yếu với tất cả2 loại pha tĩ

hydrogen. Cho nên khi tương tác với pha tĩ

so với khi tương tác với pha tĩ

Hình: Pha tĩ


nh

điển hình sau làm ví dụ. Một pha bao gổm dimethyl polysiloxane polymer

ược liên kết

với carboran (hợp chất carbon-boron) hình neo là tác nhân đóng vai trò

nh

thứ hai có được khi ta gắn trực tiếp gốc phenyl vào chuỗi polymer.

a. Polysiloxane cải biến Carboran b. Sylarilen polymer

nh bền nhiệt

nh được gọi là chỉsố

Rohrschneider và McReynolds. Chỉsốnày dựa trên sựchênh lệch giữa

các chỉsốlưu của chất phân tích mang các nhóm chức phân cực tương

nh không phân cực. Ví dụta lấy một

nh rất không phân cực như squalane chẳng hạn (một alkane C30

ể tham chiếu, sự khác nhau vềchỉ

nh khác so với chỉsốlưu trên squalane của

ược xem là độ phân cực của pha đó. Cụthể

hơn nếu chất phân tích là rượu ta có thểchia phân tử rượu ra làm hai

nh

phân cực và không phân cực và gốc rượu có khả năng tạo liên kết

nh phân cực do có khảnăng

tạo thành liên kết hydrogen nên các phân tử rượu sẽbịgiữ lại mạnh hơn

nh không phân cực. Theo quan niệm của

Rohrschneider và McReynolds thì sự tăng chỉsốlưu của rượu trên pha


tĩnh phân cực được cho bởi một hằng sốnhất đị

tĩ

Để xác đị

∑ = x’+ y’+ z’+ u’


nh và đặc trưng cho pha

nh. Đối với chất tham chiếu là butanol-1 ta có:

polar nonpolar

y’ = I butanol-1 - I butanol-1

nh độ phân cực của dung môi một cách khái quát hơn, người ta đã

chọn 5 chất tan đặc biệt đặc trưng cho các tương tác hóa học thong

thường. Tương ứng với mỗi chất là một hằng số: x’,y’,z’,u’,s’. Độphân

cực của pha tĩnh_chỉsốRohrschneider/McReynolds, ∑, chính là tổng các

hằng sốtrên:

+ s’

Độ phân cực của 2 pha được xem là tương đương nếu chỉsố

Rohrschneider/McReynolds của chúng chênh lệch nhau không quá 200

đơn vị.Khi đó tùy thuộc vào tính chọn lọc của mỗi pha và chất cần phân tích

mà ta lựa chọn pha tĩnh cho phù hợp.

Chất Hằng số Loại tương tác Đặc trưng cho

chuẩn Rohrschneider/ Lưỡng Phức Liên kết

McReynolds cực л hydrogen

Benzene x’ - cho - Olephine, hợp chất

vòng

Butanol-1 y’ - cho Rượu, phenol, acid,

amide

2- z‘ nhận - Aldehyde, ketone,

Pentanon ester, ether

1- u’ nhận - Hợp chất nitro và

Nitropropa nitrilo

ne

Pyridine s’ cho - Amine, hợp chất

vòng


Bảng 1.1 ChỉsốRohrschneider/McReynolds, ∑, và 5 chất tan đ

Pha tĩ

Mỗi pha tĩnh chỉcó thểhoạt động tốt trong một khoảng nhiệt đ

định. Trong đó giới hạn thấp nhất được xác đị

nhiệt độ cao nhất thì được xác định bằng áp suất hơi và đ

từng loại pha tĩnh. Nhiệt đ

qua tính chất vật lý hoặc hoá học đ

loại detector khác nhau vềcấu tạo và nguyên tắc hoạt đ


ại diện cho

các loại tương tác hóa học tiêu biểu

Thành Chỉnh

phần x’Squalane 0

100%

y’ z’ u’ s’số ∑

0 0 0 0 0Dimethyl silicon

Phenyl methyl silicon

Cyanopropylphenyl (cpph) dimethyl

silicon

PEG 20 M

methyl5%

phenyl50%

phenyl75%

phenyl6%

cpph50%cpph100%cpph

17 57 45 67 43 229

32 72 65 98 67 334

119 158 162 243 202 884

178 204 208 305 208 1103

50 115 107 164 103 539

227 373 336 489 398 1823

523 757 659 942 801 3682

322 536 368 572 510 2308

Bảng 1.2 ChỉsốRohrschneider/McReynolds, ∑, và độphân cực của

một sốdung môi

ộ nhất

nh bởi điểm nóng chảy còn

ộ bền nhiệt của

ộ sử dụng tối đa phải thấp hơn nhiệt độsôi của

pha tĩnh khoảng 700 C sao cho áp suất hơi không vượt quá 1mmHg.

3.5 Giới thiệu vềdetector trong GC

Hệthống detector trong máy GC hoạt động đểphát hiện khí thông

ặc trưng của khí. Đầu dò là thiết bị

chuyển đổi “tính chất”hóa lý thành “tín hiệu”điện. Hiện nay có rất nhiều

ộng được sử dụng

trong máy GC tùy theo mục đích của mỗi loạidetector mà người ta xem xét

và lựa chọn detector cho phù hợp. Một sốdetector thông dụng nhất được

dùng trong GC như: TCD (detector dẫn nhiệt, FID (detector ion hoá bằng

ngọn lửa), ECD (detector cộng kết điện tử), PID (detector quang


hoá).Trong đó, detector FID hiện nay đ

lần đầu tiên vào năm 1958. Là detector đ

lượng khí (thể tích) đến detector trong một đ

detector nồng đ

với nồng độkhí trong pha đ

trong đó detector vẫn còn cho tín hiệu thay đ

khoảng mà trong đó tín hiệu xuất ra của đ

hoặc nồng độ khí phân tích. Linear range phụthuộc nhiều vào nhiệt đ

sắc ký, nhiệt đ


ược sử dụng thường nhất trong hệ

thống sắc khí GC.Detector FID được Harley, Mcwilliam và Dewar chếtạo

ược sử dụng rộng rãi do đáp ứng

với nhiều hợp chất hữu cơ. Mỗi một đầu dò có những đặc trưng chính là độ

nhạy và độ chọn lọc, dynamic range và linear range.

- Độnhạy: Đối với đặc trưng này detector được chia làm hai loại:

detector truyền khối (mass flow detector) phát hiện khí thông qua lưu

ơn vịthời gian-ng/s và

ộ (concentration-sensitive detector) cho kết quảtỷlệthuận

ộng (ng/ml).

Dynamic range và linear range: Dynamic range là khoảng giới hạn mà

ổi đáng kểkhi thay đổi khối

lượng hoặc nồng độ của khí .Giới hạn phát hiện chính là giới hạn dứơi của

dynamic range.Trong dynmic range người ta chú ý đến linear range, đây là

ầu dò tỷlệthuận với khối lượng

ộ cột

ộ detector và lưu lượng khí.

- Độ chọn lọc: Căn cứ vào độ chọn lọc chia detector thành hai loại:

Detector phổbiến (universal) có thểnhận biết tất cảcác loại khí khác nhau

thoát ra từ cột sắc ký, còn detector chọn lọc (selective) chỉcó thểphản ứng


thay đ

nồng độ khí ra.Thứ hai, tính hiệu không bị


bới một loại nguyên tốcụthểnào đó trong mẫu phân tích. Đối với detector

FID hoạt động tốt với hầu hết những hợp chất hữu cơ (phân tử

hydrocarbon với nhiều carbon với độnhạy tương đối cao, ngoại trừ những

hợp chất có khối lượng phân tử thấp).Thứ nhất, độnhạy của detector là sự

ổi của tính hiệu detector ứng với sự thay đổi của sốlượng hoặc

ảnh hưởng bởi những biến đổi

vừa phải vềnhiệt độ, áp suất và lưu lượng khí. Mặc khác, FID không bị

gây nhiễu bởi những tạp chất khác nhưlà carbon dioxide và nước.Thứ ba,

khoảng tuyến tính của FID tương đối rộng có thểlên đến 107. Do đó, FID

sẽcho kết quảtỷlệthuận với sốlượng carbon có trong hợp chất thay vì tỷ

lệthuận với khối lượng hay sốmol chất đến detector.

Một số detector dùng cho sắc ký khí

Khoảng Giới hạn

Detector tuyến Đáp ứng của detectorphát hiện

tính

Detector dẫn nhiệt 400 pg/ml > 105 Tất cảcác hợp chất hữu(Thermal conductivity (propan) cơ- TCD)

Detector ion hóa 2 pg/s (C) > 107 Các hợp chất có carbonngọn lửa (FlameIonization - FID)

Detector cộng kết 5 fg/s 104 Hợp chất halogen, cácđiện tử (Electron chất nhiều nối đôi nối baCapture - ECD)

Detctor quang kếngọn lửa (FlamePhotometric - FPD)

Detector Nitrogen -Phosphorus (NPD)

Detector khối phổ(Mass Spectrometric - MSD)

Detector quang hóa(Chemiluminescence)

Fourier transform infrared

Báo Cáo Hóa Phân tích

< 1 pg/s > 104 Hợp chất chứa lưu huỳnh,(phospho) > 103 phospho< 10 pg/s(sulfur)

100 fg/s 105 Hợp chất chứa nitơ,phospho. Đáp ứng vớihydrocarbon kém hơn

25 fg - 100 105 Hầu hết các hợp chất hữupg cơ

100 fg/s 105 Hợp chất chứa nitơ, lưuhuỳnh

200 pg - 40 104 Hầu hết các hợp chất hữung cơ

26


3.5.1 cấu tạo của detector và nguyên tắc hoạt động của FID

- cấu tạo


tiên là ống nối cột phân tích và đ

từ 20 đến 30ml trên phút, tốc đ

hydrogen khoảng 120 đến 130ml trên phút.Một cột nhồi với tốc đ


Nói chung,trong đầu dò FID gồm những phần cần thiết sau: Đầu

ầu dò FID. Trong đầu dò FID gồm có điện

cực góp hình ống và đây là bộphận làm ảnh hưởng đến độnhạy của

detector (vì sau một thời gian sử dụng các chất sẽbám lên bềmặt trong

của điện cực làm cho điện cực bịnhiễm bẩn do đó tín hiệu peak đưa ra sẽ

bịnhiễu và không chính xác. Thếáp:+/-220V, với lượng tối thiểu có thể

phát hiện là 3*10-12g/sec (mẫu diphenyl), khoảng tuyến tính làm việc là

105, nhiệt độtối đa sử dụng là 250 0C. Bộkích cháy là một điện trở xoắn

filament (nhưdây tóc bóng đèn) và hai dòng khí: không khí và H2. Khi kích

hoạt cháy cho đầu dò cần chú ý đến tỷlệcủa H2: không khí>1. Đây là bộ

phận để tạo ra ngọn lửa được đốt cháy bằng hỗn hợp H2 - không khí với

đầu đốt làm bằng thạch anh.Tốc độchảy của hydrogen thường từ khoảng

ộ chảy của không khí gấp 6 lần của

ộ chảy

khoảng 20 đến 25ml trên phút và phụthuộc vào dòng khí chảy của


hydrogen.Tuy nhiên đối với cột mao quản thì tốc đ

1ml trên phút đ

nhiệt độtrong đầu dò luôn luôn được chỉ

phân tích không bịbám trên đ

kết quảphân tích. Hình của đ


ộ chảy của cột sẽít hơn

ối với cột có đường kính tương đối nhỏ. Trong đó, pha

động có thểlà bất cứ khí trơnào như: khí helium, nitrogen, agron ect. Một

bộ phận không thểthiếu trong đầu dò FID là khối gia nhiệt( heater block)

có tác dụng duy trì quá trình đẳng nhiệt trong hệthống. vì khi ta phân tích

mẫu, chất phân tích trong lò cột ở nhiệt độrất cao, khi đi vào đầu dò bị

nguội lạnh nó sẽbịngưng kết lại ởđầu dò nhất là tại collector electrode và

nó sẽlàm giảm độnhạy của thiết bịsau một thời gian sử dụng. Do vậy,

nh cao hơn trong lò cột đểchất

ầu dò.Một bộphận quan trọng trong detector

FID là bộphận dò dùng đểnhận tính hiệu của mẫu cần phân tích và cho ra

ầu dò FID được chỉở hình bên dưới:

- Nguyên tắc hoạt động :


này khoảng 250-300V).Dòng ion này đ

sốrất cao (108 - 1012) và đ

ghi lại trên máy tự ghi. Sốlượng ion tao thành chính là đ

detector. Chính những ion này và các dạng (H2 O)nH+ khác sẽđ

trong lò và không thoát ra khỏi pha đ

và chất oxi hóa tiếp tục trộn lẫn với nhau và đi đến đ

được tạo ra. Những ion này sẽđược đẩy lên đĩ

thiết bị


Nguyên tắc làm việc dựa trên sự biến đổi độdẫn điện của ngọn lửa

hydrogen được đặt trong một điện trường khi có chất hữu cơcần tách

chuyển qua. khi mẫu chứa các hợp chất hữu cơđiđến ngọn lửa trong môi

trường giàu hydrogen này.Nhờ nhiệt độcủa ngọn lửa hydrogen cao các

chất hữu cơnày từ cột tách đi vào detector bịbẽgãy mạnh, chúng sẽbị

chuyển thành các gốc tự do chứa một nguyên tử carbon.Sau đó, cùng với

sự hiện diện của oxygen trong dòng khí, các chất hữu cơsẽtiếp tục bịoxi

hóa đểtạo thành các ion trái dấu tương ứng, phản ứng sẽxảy ra tại đây

CHO+ sẽphản ứng tiếp với nước được tạo thành trong ngọn lửa đểcho ra

ion hydronium. Các ion này tạo thành được chuyển vềcác bản điện cực

trái dấu nằm ở hai phía của ngọn lửa (hiệu điện thếgiữa hai bản điện cực

ược giảm áp trên một điện trở có trị

ộ giảm hiệu điện thếnày được khuếch đại và

ộ nhạy của

ến được

điện cực, cho tính hiệu tỷlệthuận với lượng ion.

Đầu tiên, dung môi rửa giải tồn tại trong cột GC (A) và sau đó đi vào lò

của đầu dò FID (B) và luôn luôn phải đảm bảo dung môi rửa giải tồn tại

ộng và lắng trên bềmặt chung giữ

cột và FID. Khi dung môi nay đến FID nó sẽđược trộn lẫn với khí

hydrogen (C) và sau đó qua chất oxi hóa (D).Chất phát quang, nhiên liệu

ầu vòi có độxiên

điện thếcao (E).Đầu vòi này giúp đẩy ngọn lửa đểlàm giảm ion carbon

a góp (G ) có kết nối với

đo ampe rất nhạy đểdò tìm ra những ion bắt phá đến đĩa. Sau đó



đưa ra tín hiệu đến bộkhuếch đại và máy tích phân.Cuối cùng, những khí

thoát này sẽđược thoát ra ngoài qua một hệthống thoát khí (J).

3.5.2 Ưu điểm và hạn chế khi sử dụng detector trong GC

Sơđồ FID

- Ưu điểm: Thuận lợi của FID là khoảng tuyến tính rộng đến 107,

LoD cũng rất nhỏ10-13gC/s. Ở điều kiện hoạt động bình thường những

dòng cỡ 10(-13)A điều được ghi lại.Bên cạnh đó, một điểm mạnh của FID là rất

ít bịnhiễu xạbởi nhiều khí .


carbon). Mặc khác, có một sốchất không thểphát hiện đ

Helium. Tính hiệu của detector sẽbị

giữa các ống dẫn. tuy nhiên, cũng không đ


He N2 H2S NO Ar O2 CS2

N2O SiCl4 Kr CO CoS NO2 CH 3SiCl3Ne CO2 SO2 N2O2 SiF4 Xe H2O

NH3 SiHCl3 HCN SO2

3.5.3 Hạn chế:

Một khuyết điểm của detector FID là phá huỷmẫu, do đó trong các hệ

thống đa cấp, FID luôn được sử dụng sau cùng. Mặc khác, đầu dò FID là

loại đầu dò tương đối kém nhạy (chỉphát hiện được những hợp chất có

khối lượng đủlớn) và chỉsử dụng thích hợp nhất đối với các hợp chất

chứa carbon và không chọn lọc (phát hiện tất cảnhững hợp chất chứa

ược bằng FID

như: CO2 , CO, focmic acid, focmandehide, các khí nitrogen oxide (NOn),

SO2, NH 3, hợp chất halogen, H2 S, H2O, cũng nhưcác khí cần thiết dùng

trong quá trình hoạt động của detector như: hydrogen, không khí, nitrogen,

ảnh hưởng bởi các dịnguyên tốnhư:

oxygen, sulfur và halogen có mặt trong hydrocarbon.

3.5.4 Bảo vệ detector:

Cũng giống nhưtất cảnhững detector khác khi sử dụng trong máy

GC, vấn đề điều khiển nhiệt độlà hết sức quan trong đối với FID. Detector

cần phải được bảo vệ kín và được nung nóng hơn một chút so với cột sắc

ký để tránh trường hợp xảy ra sự ngưng tụcủa mẫu khí khi lưu chuyển

ể cho detector quá nóng vì khi

đó bề mặt rắn bịđốt nóng sẽbức xạelectron và gây tín hiệu nhiễu.

3.5.5 Một vài detector thông dụng khác


dòng điện (dòng điện này được điều chỉ

khác nhau giữa chất phân tích và khí mang. Thường sử dụng đểxác đị

đị


3.5.5.1 TCD-detector dẫn nhiệt

TCD là một detector phổbiến và không phá hủy mẫu trong quá trình

phân tích. Tuy nhiên detector này rất có ích khi các detector khác cho kết

quả không tốt, nhất là khi phân tích mẫu có chứa CS2, COS, H2 S, CO,

CO2, NO, NO2 .TCD hoạt động dựa trên nguyên tắc đo liên tục độdẫn điện

của khí mang (tinh khiết hoặc có chứa các cấu tử mẫu cần tách) giữa

buồng đo và buồng so sánh trong đó có lắp các dây điện trở. Độnhạy của

detector loại này phụthuộc vào: khảnăng dẫn điện của khí mang (các khí

mang có độdẫn điện tốt nhưhydrogen, helium), độnhạy tỷlệthuận với

nh tùy thuộc vào loại và lưu lượng

khí mang, nhiệt độdetector và nhiệt độcột tách). Đây là loại đầu dò đa

năng không có chọn lọc, tín hiệu đo dựa trên khảnăng làm nguội điện trở

nh

các chất khí, các chất dễbay hơi, đặc biệt là các khí trơmà FID không xác nh

được (không nhạy).


ECD là loại detector đ

sau FID. ECD có thểphát hiện đ

catot làm bằng Ni63 với mật đ

điện thếđược đặt vào các điện cực của tếbào, chúng được gia tốc và dị

trong một đơn vịthời gian có thểđược duy trì hằng đị


3.5.5.2 ECD-detector cộng kết điện tử

ược sử dụng rộng rãi trong GC hiện nay chỉ

ến picogam (10-12g) và thậm chí có thể

đến femptogam (10-15g). Detector này hoạt động dựa trên đặc tính của các

chất có khảnăng cộng kết các điện tử tự do trong pha khí (trừ khí trơ). Bộ

phận chính của ECD là buồng ion, tại đây diễn ra các quá trình ion hóa, bắt

giữ điện tử và tái liên hợp. Các hạt βcó trong nguồn phóng xạphát ra từ

ộ 108 - 109 hạt /giây sẽion hóa các phân tử

khí mang tạo ra các ion dương và các điện tử tự do sơcấp. Các diện tử tự

do này chậm hơn hẳn so với các điện tử của chùm tia β. Khi có một xung

ch

chuyển vềphía anot . Tại đây chúng mất điện tích và tạo ra dòng điện nền

của detector.

Các nguyên tử hoặc phân tử của các chất sau khi qua cột tách được

đưa thẳng vào buồng ion của ECD cùng với khí mang. Tùy theo ái lực điện tử

của các phân tử này, các điện tử tự do sơcấp nói trên sẽbịcác phân tử đó bắt

giữ và tạo ra các ion âm.

Các ion âm vừa tạo ra sẽkết hợp với ion dương của phân tử khí

mang tạo thành các phân tử trung hòa. Nhưvậy mật độđiện tử giảm làm

giảm dòng điện nền so với khi chỉcó khí mang đi qua. Tuy nhiên sốđiện tử

nh bằng cách tăng


thếnày tỷlệvới các phân tử ái điện tử đi qua detector và đ

vào: đ


xung điện thếtương ứng với sốđiện tử bịbắt giữ. Sự biến đổi xung điện

ược thể hiện

bằng píc sắc ký.

Nhưng đối với những hợp chất hydrocarbon no thì khảnăng cộng kết

điện tử tương đối nhỏ, ngược lại khi các hợp chất có chứa các nhóm chức

hoặc các đa liên kết thì khảnăng bắt giữ các điện tử sẽtăng lên. Đặc biệt

những hợp chất có chứa halogen. Độnhạy của detector này phụthuộc

ộ lớn của dòng điện nền, mức năng lượng ái điện tử của chất cần

phát hiện, bản chất của khí mang và điện thếđược đặt vào detector.



Hình bên trên trình bày hai kiểu thiết kếdetector phổbiến hiện nay.

Cấu tạo (a) gồm có điện cực âm điện cực dương được thiết kếđồng

trục.trong khi đó, ở hình (b) nguồn bức xạlà một tấm mỏng, điện cực

dương và điện cực âm được thiết kếtạo thành hai mặt phẳng song song.

Điều này tạo thuận lợi hơn khi dòng khí chuyển động ngược chiều với các

hạt mang điện tích âm và do đó tạo sự va chạm, tiếp xúc lớn hơn. Vậy, độ

nhạy của ECD phụthuộc chủyếu vào khảnăng cộng kết điện tử của các

chất phân tích. Các hợp chất có khảnăng bắt giữ điện tử lớn nhưcác hợp

chất dịnguyên, hợp chất có chứa nhóm chức hay các đa liên kết, đặc biệt

là các chất có các nguyên tử halogen cho đáp ứng tốt với ECD. Là

detector có độnhạy rất cao, vì vậy rất phù hợp với yêu cầu phân tích

lượng vết các hợp chất có chứa halogen,các loại thuốc khác dung trong

dược.


Detector này cho khoảng tuyến tính rộng (107 ), đường nền ổn đị

thấp. Detector nay hoạtt đ


3.5.5.3 PID-detector ion hóa quang học

nh và

ộng sửdụng nguồn bức xạUV để ion hóa mẫu,

được sử dụng chủ yếu đểphân tích các hợp chất thơm và có nối kép trong

phân tử.



Cấu tạo chính của PID là một điện UV với công suất tùy vào mẫu

cần phân tích, thông thường năng lượng UV nằm trong khoảng 8.3-

11.7eV. Buồng chiếu UV và buồng ion hóa được ngăn cách với nhau bằng

một cửa sổ trong suốt, thường làm bằng thủy tinh hoặc thạch anh. Tuy

nhiên khi sử dụng năng lượng cao, các tinh thểfluorua của kim loại liềm và

kiềm thổđược sử dụng nhiều hơn.

3.5.5.4 NPD-detector nitrogen-phosphorus


sẽđược ghi nhận bởi bộđếm ion (collector). Dùng để xác đị

dòng khí hydrogen và không khí nhỏ, độ ổn đị

độ ổn đị


Các hợp chất chứa phosphorus và nitrogen sau khi vào detector sẽ

bịnhiệt phân trong ngọn lửa và tạo thành các gốc tự do CNn - và POm-. sau

đó các gốc tự do nay sẽnhận điện tử từ hơi Rb được cung cấp nhờ quá

trình nguyên tử hóa muối RbCl bởi ngọn lửa hay bởi một nguồn nhiệt và

tạo thành các ion CN- và PO2 -. Các anion này tạo thành sẽlien kết với

cation H+ trong khi Rb trở thành Rb+ và tạo thành dòng ion. Dòng ion này

nh các hợp

chất có chứa nitrogen và phosphorus. Cấu tạo tương tự nhưFID nhưng có

them một hạt muối kim loại kiềm, thường là RbCl đặt trên ngọn lửa.Tốc độ

nh của tín hiệu phụthuộc vào

nh của dòng khí mang.


1. Đị

cao của dung môi, vi vậy hệthống sắc ký đ

khiết của các loại dung môi này. Dưới đây là kết quảđị

- Chương trình nhiệt đ


Chương II Thực nghiệm

nh tính một số dung môi thông dụng:

Hiện nay sốlượng dung môi hữu cơđược sản xuất trên quy mô

công nghiệp bởi các nhà sản xuất ngày càng nhiều. Một sốcông ty hóa

chất sử dụng các loại dung môi này. Nhưng do nhu cầu vềđộtinh khiết

ược chọn để kiểm tra độ tinh

nh tính một sốdung

môi thông thường:

Điều kiện tiến hành:

- Injector: 1500C

- Column: Mau quản, dài 30m -

Detector: 2200C

ộ:



Kết quảphân tích dung môi: acetonitrile, n- butanol, va ethanol

Peak # name Time [min] Area [%]1 Unknown 2.56 0.012 Acetonitril 3.43 99.984 unknown 3.60 0.00

Kiểm tra độtinh khiết của acetonitrile



Peak # name Time [min] Area [%]1 Unkown 2.50 0.012 Unkown 3.07 0.013 Unkown 3.72 0.024 Unkown 4.05 0.085 n-butanol 4.57 99.876 Unkown 7.10 07 Unkown 7.46 0

Kiểm tra độ tinh khiết của n-butanol

Peak # name Time [min] Area [%]1 Unknown 2.28 0.012 ethanol 2.84 99.934 unknown 3.28 0.015 unknown 5.00 0.016 Unknown 5.36 0.01

Kiểm tra độ tinh khiết của ethanol


2. Định tình, đị

Để định tính và đị

Dung môi n-butanol (tinh khiết 99.87%), nội chuẩn acetonitrile (đ


nh lượng rượu vodka:

nh lượng được rượu vodka thi yêu cầu là phải

lập đường chuẩn cho rượu. Đểlâp đường chuẩn thì ta cần 3 chất sau:

ộ tinh khiết

99.98%), và cuối cùng là chất chuần ethanol ( tinh khiết 99.93%).

Cách lập đường chuẩn:

- Pha mẫu:

Lấy ba chất gồm ethanol, acetonitril, n-butanol đem pha thành 5

hỗn hợp với 5 nồng độ khác nhau.

Mẫu Nồng độ Methanol (mL) Acetonitril (nội Butanol (dung(%) chuẩn) (mL) môi) (mL)

1 5 0.5 1 8.5

2 10 0.5 0.5 43 20 1 0.5 3.54 30 1.5 0.5 2.55 40 2 0.5 2.5

- Điểu kiện sắc kí:

Máy sắc kí khi Claurus 500 với detctor FID

Cột mao quàn: Elit-wax (polyethylene glycol), (30mx0.32,

0.5μm)

Với chương trình nhiệt cho lò



Chương trình nhiệtcủa lò

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

1 2 4 5 7.67 9.67 10.33 12.33Thờigian (min)

Buống tiêm chia dòng: 170 oC, chia dòng tỉlệlà 25:1

Nhiệt độđầu dò FID: 2200C

Khí mang nitrogen: 2mL/min

Thểtích tiêm:0.4 μL

- Cách thức tiến hành:

Lần lượt tiêm và chạy sắc ký hỗn hợp ở các nồng độtừthấp đến

cao.

Kết quảphân tích:

Đường Chuẩn cho rượu vodka y

2.5 2

1.5 1 0.5

0 x

0 1 2 3


cách đểthiết lập chương trình nhiệt đ

theo một chương trình nhiệt đ

Chạy theo một chương trình nhiệt độ: Nhiệt độđ


3. Ảnh hưởng của một sốyếu tốlên kết quảphân tích

3.1 Nhiệt độ: Nhiệt độcó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình

phân tích sắc ký khí, đặc biệt là chương trình nhiệt độcủa oven. Có hai

ộ cho oven: Chạy đẳng nhiệt và chạy

ộ.

ược của oven

được cài từ thấp lên cao, khi đó những chất có nhiệt độsôi thấp sẽra khỏi

cột trước, những chất có nhiệt độsôi cao sẽra sau. Nhưng khi chuyển

sang chếđộchạy nhiệt độđẳng nhiệt thì thời gian lưu của các chất đó thay

đổi rõ rệt, thời gian lưu tăng lên, độcao của các peak ra sau sẽgiảm, và

độ rộng của peak tăng, bởi vì sự ảnh hưởng của chương trình nhiệt độ

thấp

Chương trình nhiệt độ: 500 C (min)-100C/min - 100 0 C

Chương trình nhiệt độ: 600C đẳng nhiệt


phân tích. Ngoài ra nồng đ

peak xuất hiện, lượng mẫu tiêm vào với nồng đ

nhưng nhiệt độcủa injector thay đổi sẽthay đ

Khi thay đổi nhiệt độ của injector làm thay đ

thành phần tạp chất trong mẫu chất có nhiệt độsôi gần bằng nhau đi đ


3.2 Injector:

Quá trình tiêm mẫu ảnh hưởng nhiều đến quá trình phân tích dữ

liệu, tuỳvào kỹthuật tiêm mẫu của từng người, làm chênh lệch thời gian

xuất hiện peak của mẫu chất. Và ảnh hưởng đến độchính xác của kết quả

ộ mẫu tiêm vào sẽảnh hưởng đến độ cao của

ộ lớn thì chiều cao của

peak xuất hiện càng lớn.

mVmV

DMSO (0.04 L ) DMSO (0.02μL)

a) b)

Hình: Biểu diễn sựảnh hưởng của lượng mẫu tiêm vào a) Lượng tiêm vào là 0.04 L b) Lượng mẫu tiêm vào là 0.02 μL

Cùng chương trình nhiệt cho cột và nhiệt độcủa detctor giống nhau

ổi tới kết quảphân tích.

ổi kết quảphân tích, với

injector có nhiệt độthấp làm thời gian xuất hiên peak lâu hơn và lượng tạp

chất được thểhiên rõ hơn. Vì với nhiệt độcủa injector cao làm cho các

ến

detector cùng lúc và xuất hiện trong cùng một peak.



mV

Time [min]

DMF được phân tích với nhiệt độcủa injector là 2000C

mV

DMF được phân tích với nhiệt độcủa injector là 170oC


Hinh 12: Chu trình nhiệt độ: 50oC (1min)-10oC/min-100oC, áp suất đ

Ngược lại, khi áp suất đầu cột giảm thì tốc đ

ứng sẽgiảm làm cho thời gian lưu trở nên tăng. Tất cảđ


3.3 Ảnh hưởng của tốc độdòng:

Tốc độ dòng ảnh hưởng bởi áp suất đầu cột. khi áp suất đầu cột

tăng, khi đó tốc dòng tăng lên làm cho thời gian lưu sẽbịgiảm xuống và tất

cảnhững độcao của pick sẽtăng theo.

ầu cột: 15psi, tỉlệchia vòng: 1/50

ộ dòng tương

ộ cao của pick sẽ

giảm và chiều rộng của pick sẽtăng lên.

Hình 12: Chu trình nhiệt độ: 50oC (1min)-10oC/min-

100oC, áp suất đầu cột: 9 psi, tỉlệchia vòng: 1/50


Pha tĩ

tĩnh, pha động và mẫu phân tích. Pha tĩnh trong cột sắc ký sẽquyết đị

khảnăng phân ly của cột, đ

giữ lại một hợp chất với thời gian lưu tương đ

tĩ

lại, đối với pha tĩnh phân cực dùng đ

phân cực. Sự phân cực của pha tĩnh được quyết đị

polymer được thế trong pha tĩnh. Đối với những pha tĩ

lớp pha tĩnh càng tăng dẫn đ

tiếp đến độ dày, đường kính và sự phân cực của pha tĩ

chứa là kết quảcủa sự tăng đường kính và độdày của pha tĩ

hòa tan chất tan trong pha tĩ

dày của pha tĩ

những chất có nhiệt đ


3.4 nh:

Sự phân ly diễn ra trong cột sắc ký, bởi sự tương tác qua lại giữ pha

nh

ể phân tích thành phần cấu tử. Nếu pha động

ối rộng hơn với những chất

khác, khi đó những hợp chất này sẽđược phân ly. Sự chọn lọc của pha

nh này phụthuộc vào những nguyên tắc sau: với pha tĩnh không phân

cực thì sẽưu tiên hơn cho phân tích những chất không phân cực, ngược

ể phân những tích những hợp chất

nh bởi cấu tạo của

nh dày, sẽảnh

hưởng trực tiếp đến đặc tính lưu của cột mao quản. Độdày của những

ến làm tăng thời gian lưu chất tan của dung

môi. Khi đó lượng mẫu cực đại sẽđược chứa trong cột mà đựợc tiêm vào

trước sự sai lệch của pick xảy ra. Lưu lượng chứa này ảnh hưởng trực

nh. Tăng lưu lượng

nh, khảnăng

nh sẽsẽlớn hơn lưu lượng chứa chất tan. Độ

nh gồm hai loại: ( lớp dày từ 1-5 µm) dùng đểphân tích

ộ sôi thấp ( hợp chất khí và những hợp chất dễbay

hơi), ( lớp dày từ 0,1-0,25 µm) dùng đểphân tích những hợp chất có nhiệt

độ sôi cao, độhóa hơi thấp và chất đơn giản



References

www.wikipedia.org/wiki

www.chromatographyonline.com

Sách “chemical analysis modern instrumentation methods

and techniques tác giảFrancis Rouessac and Annick Rouessac.

www.perkinelmer.com


http://www.wikipedia.org/wiki/

http://www.perkinelmer.com/

http://www.chromatographyonline.com/

bao cao gc

Documents