Đại cương về sắc ký khí

Click here to download this powerpoint template : White Floral Background Free Powerpoint TemplateFor more : Free Powerpoint Templates Page 12 Hệ tiêm mẫu - Thể tích mẫu tiêm vào máy tha

Trang 1

Click here to download this powerpoint template : White Floral Background Free Powerpoint Template

For more : Free Powerpoint Templates

SẮC KÝ KHÍ

Gas chromatography

(GC)

Trang 2

Page 2

1 Trình bày được cấu tạo và nguyên tắc

hoạt động của máy sắc ký khí

2 Giải thích các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình sắc ký.

3 Trình bày được nguyên tắc, ứng dụng và

ưu nhược điểm của các loại detector trong sắc ký khí

4 Trình bày các ứng dụng sắc ký khí.

Mục tiêu

Trang 3

Tài liệu tham khảo

Trang 4

Page 4

Tài liệu tham khảo

Trang 5

Trang 6

Trang 7

Các bộ phận của máy sắc ký khí

- Khí mang (carrier gas)

- Bộ phận đưa mẫu vào máy (Hệ tiêm mẫu)

- Cột sắc ký khí

- Bộ phận phát tín hiệu (Detector)

Trang 8

Page 8

Khí mang

Yêu cầu của khí mang

- Trơ

- Phù hợp với loại detector

- Độ tinh khiết cao

Trang 9

Trang 10

Trang 11

Hệ tiêm mẫu

- Ống bằng thủy tinh hoặc thép không gỉ

- Bơm tiêm nhỏ (microsyringe) hoặc van tiêm mẫu (sampling

salve)

Trang 12

Page 12

- Thể tích mẫu tiêm vào máy thay đổi tùy loại

cột sắc ký (0,1-10 µL)

- Mẫu dưới dạng khí hoặc dạng lỏng (mẫu rắn

hoặc lỏng được pha thành dung dịch)

- Chú ý dung môi pha mẫu

- Chú ý nhiệt độ của bộ phân tiêm mẫu

- Các kỹ thuật tiêm: 4 kỹ thuật

Trang 13

Hệ thống tiêm tự động

Trang 14

- Cột được đặt trong lò nung (50-150°C)

Chương trình đẳng nhiệt (isothermal) hoặc chương

trình nhiệt độ (programmed temperature)

Trang 15

Trang 16

Page 16

Bộ phận phát tín hiệu Detector

Loại detector

Dẫn nhiệt (thermal conductivity detector, TCD)

Ion hóa ngọn lửa (flame ionization detector, FID)

Bắt điện tử (electron capture detector, ECD)

Nitrogen-phosphor (nitrogen-phosphorous detector, NPD)

Trắc quang ngọn lửa (flame photometric detector, FPD)

Quang ion hoá (photoionisation detector, PID)

Trang 17

Đầu dò dẫn nhiệt (TCD)

Nguyên tắc:

• Các chất khí đi ra khỏi cột sắc ký sẽ có độ dẫn nhiệt

khác với khí mang (helium)

• Sợi dây tóc đèn nhạy cảm với nhiệt độ, được đặt

trong ống tại đầu ra của cột sắc ký khí và bị nung

nóng bởi một dòng điện

• Sợi tóc bị làm lạnh bởi dòng khí helium và đạt một

nhiệt độ cân bằng

• Chất phân tích được giải ly ra khỏi cột sắc ký khí, do

độ dẫn nhiệt của các khí này khác với độ dẫn nhiệt

của helium nên sợi tóc đèn bị làm nguội ở nhiệt độ

khác

• Sự thay đổi trong quá trình làm nguội, nghĩa là có

hiện tượng nhiệt độ thay đổi, khiến cho điện trở của

sợi tóc đèn thay đổi, điện áp giảm, tạo ra một mũi tín

Trang 18

Page 18

Đầu dò dẫn nhiệt (TCD)

Ưu điểm:

• Phát hiện tất cả các loại hợp chất vô cơ và hữu cơ

• Thích hợp cho loại sắc ký khí sử dụng cột điều chế

(Không làm hư mẫu khi mẫu đi ngang qua bộ phận

đầu dò)

Nhược điểm:

• Kém nhạy, không thể phát hiện hợp chất hiện diện

ở nồng độ nhỏ

Trang 19

Đầu dò Ion hóa ngọn lửa (FID)

Trang 20

• Khi hợp chất hữu cơ hiện diện trong ngọn lửa, sự ion hóa sẽ xảy

ra và số lượng sẽ tương ứng với số nguyên tử carbon, và nhưthế cũng tương ứng với số phân tử

• Phía trên cao của ngọn lửa là một ống hình trụ rỗng làm bằng kimloại,là bộ phận thu nhận, giữ vai trò điện cực âm Phần đầu của

bộ phận tạo ra ngọn lửa là điện cực dương

• Một dòng điện được tạo ra tuỳ thuộc vào các mảnh hợp chất cómang điện tích Sự đáp ứng này thay đổi nhẹ tuỳ vào loại hợpchất và tuỳ vào số carbon Các tín hiệu được khuếch đại để tạonên một tín hiệu, một mũi peak xuất hiện trên sắc ký đồ

Trang 21

Đầu dò Ion hóa ngọn lửa (FID)

Ưu điểm

• Phát hiện hợp chất hiện diện ở nồng độ rất nhỏ

Cho đường nền bằng phẳng

• Có tính tuyến tính cao (diện tích mũi tương ứng với

nồng độ của mẫu hợp chất phân tích)

• Loại đầu dò này rất thông dụng cho máy sắc ký khí,

hầu hết các hợp chất cần phân tích đều là hợp chất

hữu cơ có thể đốt cháy được (flammable organic

substance)

Nhược điểm

• Không thể phân tích tất cả các loại hợp chất; chỉ

phát hiện các hợp chất hữu cơ có thể bị đốt cháy và

phân mảnh dưới ngọn lửa hydrogen

• Không thể sử dụng cho kỹ thuật sắc ký điều chế

Trang 22

• Các electron này được hút về điện cực

thu nhận, tạo nên một dòng điện và trên

sắc ký đồ xuất hiện thành tín hiệu

đường nền.

• Khi một hợp chất có tính ái lực cao với

điện tử đi vào bộ phận đầu dò sẽ bắt

giữ các electron, tạo nên các gốc tự do

và các ion thứ cấp có năng lượng thấp

hơn, như thế làm giảm dòng điện ở đầu

dò.

• Sự thay đổi tạo nên tín hiệu điện tử Tín

hiệu được khuếch đại, đưa đến một mũi

xuất hiện trên sắc ký đồ.

Trang 23

Đầu dò bắt điện tử (ECD)

Phân tích sự hiện diện ở dạng vết các hợp chất

thuộc về môi trường (dư lượng các loại thuốc trừ

sâu có chứa Cl2, thuốc diệt cỏ

Ưu điểm

• Rất nhạy, có thể phát hiện một số loại hợp chất

khi chúng hiện diện ở nồng độ cực nhỏ

• Không làm hư hại mẫu khi mẫu đi ngang qua bộ

phận đầu dò nên thích hợp cho loại sắc ký khí

sử dụng cột điều chế (preparative GC)

• Chỉ nhạy đối với một số ít loại hợp chất (chứa

nguyên tố có độ âm điện mạnh)

Trang 24

Page 24

Đầu dò nitrogen-phosphor (NPD)

Trang 25

Đầu dò nitrogen-phosphor (NPD)

Ưu điểm

• Phát hiên dư lượng các loại thuốc trừ sâu có chứa

N và P, các hợp chất phosphat hữu cơ

(organophosphat), các hợp chất carbamat

• Khi so sánh với đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID),

nhạy hơn gấp 50 lần (để phát hiện hợp chất có N),

nhạy hơn 500 lần (để phát hiện hợp chất có P)

• Chỉ nhạy đối với loại hợp chất có chứa N và P; còn

các loại hợp chất không chứa N, P sẽ không cho

tín hiệu mũi có thể đo để sử dụng

• Không thể sử dụng cho kỹ thuật sắc ký điều chế

Trang 26

Page 26

Đầu dò trắc quang ngọn lửa (FPD)

Trang 27

Đầu dò trắc quang ngọn lửa (FPD)

Ưu điểm

• Độ nhạy cao, dùng để phát hiện dư lương thuốc

trừ sâu có chứa S và P, phân tích các chất màu,

các chất thêm vào trong thực phẩm (food additive)

hoặc các loại thức uống, hợp chất hữu cơ-lưu

huỳnh (organosulfur)

• Để phân tích các hợp chất khí có lưu hùynh như

tiophen, mercaptan, disulfur, H2S, SO2, các sản

phẩm than đá, dầu mỏ có chứa lưu huỳnh

• Chỉ nhạy đối với loại hợp chất có chứa S và P;

còn các loại hợp chất không chứa S, P cho tín

hiệu mũi có thể không đủ để sử dụng

• Ngọn lửa cũng đốt cháy thiêu hủy mẫu nên không

thể sử dụng cho kỹ thuật sắc ký điều chế

Trang 28

Page 28

Đầu dò quang ion hoá (PID)

Nguyên tắc:

• Đầu đò quang ion hoá sử dụng năng lượng của

một ngọn đèn tử ngoại chân không để ion hóa

các chất phân tích vừa được giải ly ra khỏi cột

sắc ký

• Ngọn đèn tử ngoại phát ra tia sang đi vào buồng

ion hóa Trong buồng này, các phân tử bị ion hóa

bởi năng lượng phóng ra của ngọn đèn

Ưu điểm

• Đầu dò quang ion hoá có độ nhạy cao, phát hiện

mẫu hiện diện ở nồng độ nhỏ

• Có thể áp dụng để phân tích một phổ rất rộng

các loại hợp chất hữu cơ và vô cơ

• Không làm hư hại mẫu nên thích hợp cho loại

sắc ký khí sử dụng cột điều chế (preparative GC)

Trang 29

GC-MS

Ngày nay máy GC-MS và GC-IR có thể ghi được

thời gian lưu của từng hợp chất có trong hỗn hợp

phân tích và từng cấu phần đó còn được đo và ghi

lại khối phổ hoặc phổ hồng ngoại

Trang 30

Page 30

GC-MS

• Máy GC-MS giúp xác định cấu trúc hóa học của

hợp chất cần khảo sát

• Dòng khí thoát ra khỏi máy sắc ký khí được cho đi

ngang qua một khóa để vào một ống, nơi có một lỗ

phân tử (molecular leak) và được dẫn đến buồng

ion hóa của máy khối phổ

• Từ đó thu được một khối phổ đồ của mỗi cấu phần

chứa trong hỗn hợp ban đầu

• Bộ phận máy tính của máy khối phổ so sánh các dữ

kiện vừa thu được với các số liệu phổ chuẩn đang

chứa sẵn trong thư viện của máy, để đề nghị cấu

trúc hoá học của hợp chất (đơn chất hoặc hỗn hợp)

khảo sát

Trang 31

GC-MS

Thuận lợi:

• Tính bay hơi: Cả hai loại máy đều có thể phân tích tất cả cáchợp chất khí, lỏng, rắn nếu các hợp chất này có đặc tính áp suấthơi lớn (high vapour pressure)

• Độ nhạy: Máy khối phổ có độ nhạy cao, nên có thể phân tíchnhững hợp chất đi ra từ một cột sắc ký khí

(1 nanogam = 1 ng = 10-9 g); (1 peakogam = 1 pg = 10-12 g)

• Nhiệt độ: Cột sắc ký khí và hệ thống nhận mẫu của máy khối phổ

có thể hoạt động ở khoảng nhiệt độ giống nhau

• Thời gian quét (scan time): Máy khối phổ cố vận tốc quét rấtnhanh, đủ để ghi nhận hết các tín hiệu đi ra từ một cột sắc kỷkhí

Trang 32

- Loại cột sắc ký khí: Chỉ có một số loại cột sắc ký có thể sử dụngtrong máy GC-MS Hai loại cột thường dùng là polyetylenglycol(PEG, Carbowax); polymer dimetylsiloxan (OV1)

- Giá thành của máy cao

- Cần điều chế chất dẫn xuất cho mẫu khảo sát: Nhiều loại hợp chấtkhảo sát, do tính chất không thể bay hơi, nên cần phải được biến đổithành các dẫn xuất bay hơi được, trước khi thực hiện sắc ký khí

Thí dụ: Có thể điều chế dẫn xuất với trimetylsilyl (TMS), acidcarboxylic tạo thành ester TMS

Trang 33

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách chất

Áp suất hơi

• Là áp suất tạo ra bởi những phân tử của một chất

khí ở trong điều kiện cân bằng với những phân tử

của chính nó nhưng ở thể lỏng

• Cho biết khả năng của những phân tử chất lỏng

có thể biến đổi từ thể lỏng thành thể khí

• Các hợp chất có trọng lượng phân tử nhỏ, tính

phân cực kém sẽ có giá trị áp suất hơi cao (diethyl

ether, acetone, chloroform…)

• Các hợp chất có trọng lượng phân tử lớn, tính

phân cực mạnh có giá trị áp suất hơi nhỏ (nước,

alcol trọng lượng phân tử nhỏ, các halogenur

Trang 34

Page 34

Áp suất hơi

• Các hợp chất đi ra khỏi cột nhanh hay chậm tùy thuộc vào

áp suất hơi và khả năng hòa tan vào pha tĩnh của hợp chất

Áp suất hơi của hợp

Trang 35

Áp suất hơi

 Có mối liên quan giữa nhiệt độ của cột và

thời gian lưu của bất kì hai hợp chất ở kề

nhau trên sắc ký đồ

 Khi gia tăng nhiệt độ cột, thời gian lưu tương

đối của một hợp chất sẽ giảm, khiến cho các

mũi tín hiệu sát lại gần nhau hơn

 Trong thực nghiệm, cần phải lựa chọn nhiệt

độ cột cũng như chương trình nhiệt thích

hợp

Trang 36

Page 36

Đặc trưng của các loại cột sắc ký

(wall coated open tubular, WCOT)

(porous layer open tubular, PLOT)

(surface coated open tubular, SCOT)

• Sắc ký khí - rắn (GSC) cột nhồi; cột được nhồi đầy bằng nhữnghạt trơ, rắn Các hạt này có thể là alumin hoặc những hạtpolymer có nối mạng ngang

Trang 37

Đặc trưng của các loại cột sắc ký

Việc tách riêng từng cấu phần của hỗn hợp tùy

thuộc vào sự tương tác của các cấu phần đó đối

với pha tĩnh, hệ quả là thời gian lưu của mỗi cấu

phần sẽ khác nhau

K = C SP /C MP

Trong đó:

C SP : Nồng độ của một cấu phần trong một đơn vị thể tích pha tĩnh

C MP : Nồng độ của một cấu phần trong một đơn vị thể tích pha động

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	2,31 MB