Báo cáo thực tập hóa phân tích 2 phương pháp phân tích bằng sắc ký khí  nguyên tắc phương pháp

Kết luận: Chương trình nhiệt 1 rút ngắn được khoảng thời gian tách giữa các chất so với chương trình đẳng nhiệt tại 800C.. Đường a: đẳng nhiệt 800CĐường b: chu trình nhiệt 1 Đường c: chu

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BẰNG SẮC KÝ KHÍ

I Nguyên tắc phương pháp:

- Sắc ký là phương pháp dùng để phân tích hỗn hợp các chất, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và bền nhiệt do khả năng phân tách rất mạnh của cột mao quản

mở Chính vì vậy, những chất khó bay hơi ta làm cách nào đó để trở thành những chất dễ bay hơi và phải bền nhiệt

- Pha tĩnh: gồm 3 phần:

+ Lớp polymide bảo vệ bên ngoài để khó bể hơn

+ Lớp silica nóng chảy: rất tinh khiết để làm cột sắc ký 🡪 sợi tâm kim loại nằm trong cột sắc ký

+ Pha tĩnh: bản chất bên trong gồm: polysiloxane và polyethylene

- Pha động: khí H2 (99.999%) dùng làm nhiên liệu duy trì ngọn lửa, khí mang N2 (99.999%) và không khí nén đã được làm sạch qua hệ thống bẫy

- Hai bộ phân quan trọng nhất của thiết bị sắc ký khí là hệ thống cột tách và detector

- Hệ thống tiêm mẫu ở hai chế độ: chia dòng và không chia dòng

- Cột trong sắc ký là cột nhồi và cột mao quản

BÁO CÁO THỰC TẬP HÓA PHÂN TÍCH 2 BÀI PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ KHÍ Thứ bảy, ngày 12/ 05/ 2018

Tên hợp chất Công thức cấu tạo Phân tử

lượng (g/mol)

Nhiệt độ sôi (0C) Momentlưỡng

cực(D)

II Thực nghiệm và biện luận kết quả

Hóa chất và thiết bị:

- GC – FID (GC 2010, Shimadzu)

- Cột sắc ký mao quản VF – 5MS, dài 30m, ID 0.25mm, bề dày pha tĩnh 0.25 μm

- Khí mang N2 (99.999%), khí H2 (99.999%) và không khí nén đã được làm sạch qua

hệ thống bẫy

- Kim tiêm sắc ký khí 10 μL (Hamilton)

- Dung môi hexane (tinh khiết phân tích, Labscan)

- Hỗn hợp chuẩn 10 ppm của toluene, styrene và DMA trong hexane

- Chuẩn đơn 10 ppm của toluene, styrene và DMA trong hexane

1 Thí nghiệm 1 (Ảnh hưởng bản chất chất phân tích và nhiệt độ cột sắc ký đến

sự lưu giữ)

2

a) Điều kiện thực nghiệm tại chế độ 800 C như sau:

- Thể tích tiêm : 1μL

- Nhiệt độ injector : 2300C

- Chế độ tiêm : chia dòng, tỷ lệ 1:5

- Tốc độ dòng : 1mL/phút

- Nhiệt độ detetor : 2500C

Nhận xét:

- Ở chế độ đẳng nhiệt 800C, xuất hiện các peak tại các thời gian như sau:

+ Dự đoán: peak 1 (nhiều nhất) dung môi hexane tại thời gian 2.0 phút Vì nhiệt độ sôi của hexane là thấp nhất nên sẽ rửa giải trước tiên (690C) Mặt khác, tại nhiệt độ

độ 80 độ C, hexane luôn tồn tại ở thể khí, không cho tương tác với pha tĩnh Hàm lượng peak dung môi hexane nhiều nhất

+ Thứ tự rửa giải tiếp theo là toluene (110.60C), styrene (1450C) và DMA (1940C) +Tại đẳng nhiệt 80 độ, mặc dù 3 chất cần phân tích đã tách được, nhưng thời gian quá dài Vì vậy ta cần tìm chương trình nhiệt tối ưu để rút ngắn thời gian

b) Điều kiện thực nghiệm tại chế độ gradient nhiệt độ như sau:

- Thể tích tiêm : 1μL

- Nhiệt độ injector : 2300C

- Chế độ tiêm : chia dòng, tỷ lệ 1:5

- Tốc độ dòng : 1mL/phút

- Nhiệt độ detetor :2500C

⮚ Chương trình nhiệt 1:

Đường (a): đường đẳng nhiệt 800C

Đường (b): chương trình nhiệt 1

Đường b

Đường a

6

Kết luận: Chương trình nhiệt 1 rút ngắn được khoảng thời gian tách giữa các chất so

với chương trình đẳng nhiệt tại 800C Các peak thì phân tách rõ ràng, nhưng thời gian vẫn còn khá dài nên còn có thể rút ngắn hơn Vì vậy ta thực hiện chương trình nhiệt 2 bằng cách tăng tốc độ gia nhiệt lên 40.00 và giữ nguyên nhiệt độ với thời gian nhiệt

độ không đổi

⮚ Chương trình nhiệt 2:

Đường (a): đẳng nhiệt 800C

Đường (b): chu trình nhiệt 1

Đường (c): chu trình nhiệt 2

Kết luận: Ở chương trình nhiệt 2, ta thấy phân tách được các peak rõ ràng hơn trong

thời gian ngắn hơn chương trình nhiệt 1

Nhận xét:

- Qua hai chương trình nhiệt ta thấy là thời gian phân tích các chất bằng phương pháp sắc ký được phân tách rõ rệt:

- Chương trình đẳng nhiệt 800C thì tổng thời gian phân tách gần 14 phút Nhưng ở chương trình nhiệt 1 đã rút ngắn thời gian còn gần 7 phút khi tăng tốc độ gia nhiệt để các chất bị lưu giữ mạnh ra nhanh hơn và tăng nhiệt độ để các chất có nhiệt độ sôi cao bị rửa giải nhanh hơn Nhưng thời gian chương trình nhiệt 1 vần còn dài, chính vì vậy ta tăng tốc độ gia nhiệt lên để thời gian lưu cải thiện hơn Chương trình nhiệt 2 tổng thời gian phân tách các chất gần 6.2 phút

- Do đó, chương trình nhiệt giúp ta rút ngắn được thời gian các chất phân tích, tối ưu được chu trình nhiệt

2 Thí nghiệm 2 Định danh chất phân tích

- Dựa vào biểu đồ ta dự đoán thứ tự xuất hiện của từng chất là toluene, styrene, DMA Để kiểm tra dự đoán này ta cần phải định danh

Đường c

Đường b

Đường a

8

Chú thích

Đường a: hỗn hợp 3 chất

Đường b: toluene + styrene

Đường c: toluene + DMA

Nhận xét:

- Tiêm 2 chất toluene và styrene vào cột sắc ký, ta được 2 peak màu hồng như hình

vẽ Peak đầu tiên là toluen vì nhiệt độ sôi của toluene thấp hơn styrene, toluene sẽ nhanh chóng bị giải hấp và tạo nên tín hiệu Vậy peak còn lại phải là styrene

- Tiêm 2 chất toluene và DMA vào cột sắc ký, tương tự ta thấy trong 2 peak xuất

hiện, peak đầu tiên là toluene, bởi nhiệt độ sôi của toluene thấp hơn DMA nên toluene bị giải hấp trước, tiếp đến mới là DMA

- Giữa styrene và DMA ta có nhiệt độ sôi của styrene thấp hơn DMA nên styrene bị

giải hấp trước

- Thứ tự xuất hiện của từng peak tương ứng với thứ tự xuất hiện của toluene,

styrene, DMA Vậy dự đoán ban đầu của ta là đúng

III Vai trò của chất nội chuẩn

3 Thí nghiệm 3 Ảnh hưởng của thao tác tiêm mẫu lên độ lặp lại – phương pháp

Đường c

Đường a Đường b

lần 1

Peak

# Ret.Time Area Tailing F. Height Initial Time Final Time

lần 2

Peak

# Ret.Time Area Tailing F Height Initial Time Final Time

lần 3

Peak

# Ret.Time Area Tailing F Height Initial Time Final Time

Trước khi thêm chất nội chuẩn

a Toluene

Diện tích trung bình = x1+x32+x3 = 612457,2

10

Độ lệch chuẩn: = 167725,9

Dung sai: ε=t 0.95 ,f × S√

❑ = 4,16 x105

Độ chính xác: (1-S ε)*100 = 72,61%

b DMA

Diện tích trung bình = x1+x32+x3 = 960209,5

Độ lệch chuẩn: = 236408,4

Dung sai: ε=t 0.95 ,f × S√❑ = 9,38x104

Độ chính xác: (1-S ε)*100 = 90,23 %

Khi thêm chất nội chuẩn là styrene

a Toluene/Styrene

Diện tích trung bình = x1+x32+x3 = 0,621854

Độ lệch chuẩn: = 0,007748357

Dung sai: ε=t 0.95 ,f × S√❑ = 1,92 x10-2

ε

Diện tích trung bình = x1+x32+x3 = 0,979233

Độ lệch chuẩn: = 0,017489977

Dung sai: ε=t 0.95 ,f × S√❑ = 1,39 x10-2

Độ chính xác: (1-S ε)*100 = 98,58 %

Nhận xét:

- Mỗi lần tiêm ta không kiểm soát được chính xác lượng thể tích mẫu và lượng mẫu đưa vào rất thấp nên chỉ cần sai lệch một lượng nhỏ cũng có thể gây sai số rất lớn

- Khi thêm chất nội chuẩn ta giảm được sai số trong việc tiêm mẫu không chính xác

Vì chất nội chuẩn thay đổi theo tỷ lệ theo mẫu đo Nếu diện tích, thời gian lưu của mẫu thay đổi thì chất nội chuẩn cũng thay đổi theo tỷ lệ

- Ta chọn styrene là chất nội chuẩn vì nó thỏa yêu cầu: có tính chất hóa học, vật lý tương đồng với chất cần phân tích là toluene và DMA, ngoài ra nó có thời gian phân tích ngắn, hàm lượng

- Khi dùng chất nội chuẩn ta được kết quả có độ chính xác cao hơn khi không dùng (96,91 % so với 72,61 %)

IV TRẢ LỜI MỘT SỐ CÂU HỎI

1 Vì sao buồng tiêm mẫu phải gia nhiệt?

-Để hóa hơi dung dịch mẫu khi tiêm

2 Để giảm sự phân biệt đối xử giữa các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nên tiêm mẫu như thế nào?

-Tiêm lạnh: thời gian tiêm từ lúc đâm kim tiêm dến khi rút kim ra khỏi buồng tiêm rất ngắn, chỉ khoảng dưới 1 giây, để kim chưa kịp nóng nhằm hạn chế sự bay hơi của dung môi và các chất có nhiệt độ sôi thấp trước và sau khi tiêm Cách tiêm này chỉ có thể thực hiện với bộ tiêm mẫu tự động

-Tiêm nóng: dùng khi tiêm tay vì tay ta không thể thao tác nhanh như máy Mẫu sau khi lấy 1 thể tích xác định được rút lên cao khỏi đầu kim bằng kim loại vào ống thủy tinh của kim tiêm Đưa kim tiêm vào buồng tiêm, đợi 3-5 giây cho kim nóng lên rồi mới tiêm nhanh vào Do đầu kim nóng nên khi ra khỏi kim, dung môi hóa hơi nhanh, sự bùng nổ

12

này trong buồng tiêm khiến dòng dung dịch thoát ra khỏi đầu kim bị phân tán thành các hạt sương kích thước nhỏ Với kích thước nhỏ này, các chất có trong những giọt dung dịch dễ dàng bay hơi hơn ( cả chất khó và dễ bay hơi) Tuy nhiên cách này chỉ giảm sự bay hơi của dung môi và các chất có nhiệt độ sôi thấp trước khi tiêm chứ không giảm hiện tượng này sau khi tiêm vì cũng mất một thời gian ngắn ta mới rút kim ra khỏi buồng tiêm được

3 Thế nào là tiêm chia dòng và không chia dòng Khi nào thì sử dụng các chế độ tiêm đó?

-Tiêm chia dòng: chỉ một phần lượng mẫu tiêm vào được đưa vào cột sắc ký, phần còn lại thải ra ngoài Sử dụng kỹ thuật tiêm này với mẫu có nồng độ cao, vì khi đó lượng chất phân tích trong mẫu nhiều, có thể gây quá tải cột mao quản nên phải chia nhỏ để giảm lượng mẫu đưa vào cột

-Tiêm không chia dòng: toàn bộ lượng mẫu tiêm vào được đưa hết vào cột sắc ký Kỹ thuật tiêm này được sử dụng khi mẫu có nồng độ thấp

4 Thứ tụ rửa giải các chất khỏi cột sắc ký khí phụ thuộc yếu tố nào?

- Phụ thuộc vào nhiệt độ hóa hơi của các chất và tương tác giữa các chất với pha tĩnh Chất có nhiệt độ hóa hơi thấp, tương tác với pha tĩnh yếu đi ra khỏi cột sắc ký trước, chất

có nhiệt độ hóa hơi cao, tương tác mạnh với pha tĩnh đi ra sau