KIỂM NGHIỆM bài sắc kí KHÍ

Nhiệt độ là thông số quan trọng của quá trình SKK • Phải được kiểm soát chặt chẽ và ổn định • Nhiệt độ của quá trình phân tích có thể không đổi isothermal hay tăng theo

Trang 1

SẮC KÝ KHÍ

 Khái niệm sắc ký khí – lỏng được thành lập năm

1941 bởi Martin và Synge

 Năm 1952 James và Martin (giải Nobel hoá học) đã công bố công trình đầu tiên về sắc ký khí dựa trên sự phân bố của chất giữa pha tĩnh là chất lỏng và pha động là chất khí Sắc ký khí thật sự phát triển năm 1955 với sự ra đời của máy sắc ký khí

 Sắc ký khí là phương pháp phân tích dựa trên sự phân chia dùng để tách chất bay hơi hoặc có thể bay hơi khi gia nhiệt nhưng không phá hủy mẫu

Trang 2

SẮC KÝ KHÍ

 Trong sắc ký khí mẫu thử được hoá hơi và được bơm vào đầu của cột Sự rửa giải được đảm bảo bởi một luồng khí trơ được dùng như pha động

 Ngược lại với phần lớn các loại sắc ký khác, sắc ký khí không có tương tác giữa các chất phân tích và pha động, pha động chỉ có một nhiệm vụ là di chuyển chất cần phân tích trong cột Các cấu tử của mẫu thử khi ra khỏi cột một cách riêng rẽ, sẽ được phát hiện bằng một bộ phận phát hiện và được ghi thành pic dưới dạng đường cong Gauss với chiều rộng càng hẹp càng tốt

Trang 3

SẮC KÝ KHÍ

 Sắc ký khí – rắn sử dụng pha tĩnh rắn trên đó khả năng giữ các chất phân tích đi từ sự hấp phụ vật lý Loại sắc ký khí này có những áp dụng hạn chế là do có quá nhiều sự gắn giữ các phân tử phân cực Vì vậy phương pháp này được áp dụng để tách một vài chất khí có khối lượng phân tử nhỏ

 Sắc ký khí – lỏng được dùng rộng rãi trong nhiều lãnh vực và được viết tắt là sắc ký khí

Trang 4

SẮC KÝ KHÍ

 Sắc ký khí không chỉ áp dụng đối với các chất được tìm thấy trong tự nhiên ở trạng thái khí, các chất dễ hoá hơi, các hợp chất có khả năng bay hơi được khi gia tăng nhiệt độ Một số lớn phân tử hữu

cơ có thể được tách trực tiếp hoặc sau khi biến đổi tạo thành các dẫn chất khi các phân tử này không bền với nhiệt hoặc ít bay hơi

Trang 5

SẮC KÝ KHÍ

Cơ chế tách: do “ái lực” khác nhau với pha tĩnh

Trang 6

SẮC KÝ KHÍ Khả năng tách của các chất trong mẫu phân tích phụ thuộc nhiều vào

• Bản chất của mẫu (độ phân cực)

• Bản chất của pha tĩnh (độ phân cực)

• Nhiệt độ của hệ thống (buồng tiêm mẫu, buồng cột, Detector) Nhiệt độ là thông số quan trọng của quá trình SKK

• Phải được kiểm soát chặt chẽ và ổn định

• Nhiệt độ của quá trình phân tích có thể không đổi (isothermal) hay tăng theo thời gian (gradient)

Trang 7

SẮC KÝ KHÍ Phân loại

• Sắc ký khí – rắn (hấp phụ): áp dụng hạn chế do có sự lưu giữ lâu các phân tử phân cực trên bề mặt pha tĩnh (pic bất đối), chỉ áp dụng để tách một vài chất khí có KLPT nhỏ

• Sắc ký khí – lỏng (phân bố): áp dụng rộng rãi

Trang 8

SẮC KÝ KHÍ

Sơ đồ khối

Trang 9

SẮC KÝ KHÍ

1/ Khí mang:

• Khí trơ: thường sử dụng N2 hoặc He, Ar

• Nitơ là pha động sử dụng phổ biến nhất trong SK khí – lỏng Sự lựa chọn khí thường tùy thuộc vào Detector sử dụng (TCD, khí mang là khí helium)

• Khí mang được chứa trong bình kết hợp với các

bô phận điều hòa áp suất đi vào trong cột cho phép điều chỉnh lưu lượng và ổn định khí trong thời gian sắc ký Thường người ta đặt thêm một bẫy loại nước và các tạp chất

Trang 10

SẮC KÝ KHÍ

Khí mang:

Yêu cầu chung

• Không tương tác với pha tĩnh

• Thích hợp với dầu dò

• Tinh khiết (ảnh hưởng tới kết quả sắc ký và độ bền thiết bị): ≥ 99,995%

• Không có CO2, hơi nước, oxy và các khí lạ khác

• Lưu lượng khí ổn định (đẳng dòng) và kiểm soát được (gradient), lưu lượng khí tối ưu khi số đĩa lý thuyết đạt tối đa (cột nhồi: 75 – 100 ml/phút, cột mao quản: 1 – 50 ml/phút)

Trang 11

SẮC KÝ KHÍ

Khí mang:

Khí mang cho các đầu dò khác nhau :

• TCD: khí mang có độ dẫn điện cao như H2, He

• FID: tất cả khí mang vô cơ (trừ O2), N2 thường được sử dụng

• ECD: vận hành theo kiểu dòng một chiều dùng N2, vận hành theo kiểu xung dùng Ar bổ sung 5% methan

• MS: sử dụng khí He

Trang 12

 Yêu cầu: mức độ tinh khiết cao (99,995%)

 Sinh khí hydro: điện giải nước

 Sinh khí nitơ: từ không khí

 Không khí nén: để hỗn hợp với khí đốt

Trang 13

SẮC KÝ KHÍ

Khí mang:

Thiết bị:

 Van điều áp từ nguồn

 Lưu lượng kế: điều chỉnh lưu lượng khí vào máy

 Bộ lọc không khí nén (làm sạch khí, bẫy khí): hấp phụ CO2, O2, hydrocarbon, halogen và dẫn chất, hấp thụ nước

Trang 14

SẮC KÝ KHÍ Độ nhớt của một số khí mang thường sử dụng

50 o C 100 o C 200 o C 300 o C

Argon 242 271 321 367 Heli 208 229 270 307 Nitơ 188 208 246 307

Trang 15

SẮC KÝ KHÍ Độ nhớt của một số khí mang thường sử dụng

50 o C 100 o C 200 o C 300 o C

Argon 242 271 321 367 Heli 208 229 270 307 Nitơ 188 208 246 307

Trang 16

SẮC KÝ KHÍ

2/ Bộ phận tiêm mẫu

o Thủ công: dùng microsyringe

o Tự động hóa

o Headspace

có nhiệt độ bảo đảm hóa hơi hoàn toàn mẫu (> tsôi)

2.1/ Kỹ thuật tiêm mẫu

- Chia dòng: sử dụng ~ 1% lượng mẫu tiêm vào

- Không chia dòng: sử dụng toàn bộ lượng mẫu tiêm vào

2.2/ Lượng mẫu

- Cột mao quản: # 1 μL (0,2 – 5 μL )

- Cột nhồi: lượng mẫu bơm lớn hơn

Trang 17

SẮC KÝ KHÍ

2/ Bộ phận tiêm mẫu

o Thủ công: dùng microsyringe (mẫu lỏng)

o Tự động hóa

o Headspace: áp dụng với mẫu khí

có nhiệt độ bảo đảm hóa hơi hoàn toàn mẫu (> tsôi)

2.1/ Kỹ thuật tiêm mẫu

- Chia dòng: sử dụng ~ 1% lượng mẫu tiêm vào

- Không chia dòng: sử dụng toàn bộ lượng mẫu tiêm vào

2.2/ Lượng mẫu

- Cột mao quản: # 1 μL (0,2 – 5 μL )

- Cột nhồi: lượng mẫu bơm lớn hơn

Trang 18

SẮC KÝ KHÍ

3/ Buồng cột (lò nung)

 Yêu cầu

Tăng nhiệt độ nhanh, đều trong toàn bộ buồng cột

Ổn định nhiệt độ

Có khả năng thay đổi nhiệt độ nhanh, chính xác từng bước nhỏ trong sắc ký với chương trình nhiệt

Nhiệt độ: 40 – 450 oC

 Thiết kế

Thể tích buồng chứa 1 hay nhiều cột

Điện trở đun nóng buồng

Nhiệt kế điều nhiệt

Quạt lưu chuyển dòng khí làm nóng đều vị trí buồng

Trang 19

SẮC KÝ KHÍ

Trang 20

SẮC KÝ KHÍ

Nhiệt độ phải đủ cao để mẫu phân tích hóa hơi nhưng không làm hư pha tĩnh

Nhiệt độ cao: chất phân tích dịch chuyển nhanh nhưng tách kém

Nhiệt độ thấp: chất phân tích dịch chuyển chậm nhưng tách tốt

Đẳng nhiệt:

- Xác định chỉ số Kovats

- Mẫu chứa ít cấu tử

Chương trình nhiệt: mẫu phức tạp, nhiệt độ cột tăng theo chương trình (0,25 – 24 oC/phút)

Ưu điểm: rút ngắn thời gian phân tích, tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng pic ổn định

Trang 22

SẮC KÝ KHÍ

4/ Cột sắc ký

 Cột nhồi

Thủy tinh, thép không rỉ

Kích thước: 2 – 3 m, đường kính trong 2 – 4 mm Chất mang rắn bao bởi pha tĩnh lỏng nhồi trong cột Lưu lượng khí mang lớn: 10 – 40 ml/phút

 Cột mao quản

Silica nung chảy, bao một lớp polyimid

Kích thước: 10 – 100 m, đường kính trong 0,2 – 0,25 mm

Pha tĩnh liên kết hóa học với bề mặt bên trong ống mao quản

Trang 23

SẮC KÝ KHÍ

Trang 25

SẮC KÝ KHÍ

So sánh cột nhồi và cột mao quản về tR, Hiệu năng cột, Tính trơ hóa học, Lượng mẫu phân tích, Độ lặp lại

Trang 26

SẮC KÝ KHÍ

5/ Pha tĩnh

 Pha tĩnh lỏng (SK Khí – lỏng)

Thường là các Polyglycol phân cực như Carbowax, PEG hoặc không phân cực như Silicon: OV, SE, DC,

XE, SF … có ái lực (hòa tan) với mẫu phân tích

Không bay hơi

Bền với nhiệt

Trơ về mặt hóa học

 Pha tĩnh rắn (SK Khí – rắn)

Khả năng hấp phụ khác nhau tùy theo pha tĩnh thường là các Polymer như chromosorb 101, carbowax, porapack hoặc Silica, nhôm oxyd …

Trang 27

SẮC KÝ KHÍ

5/ Pha tĩnh

Các pha tĩnh thông dụng nhất

 Phân lập hỗn hợp các chất phân cực: polyethylen glycol (Carbowax 20 M)

 Phân lập hỗn hợp các chất không phân cực: polymer của methylsilicon (OV 101 hay SE-30)

(diethylenglycol succinat)

Trang 28

SẮC KÝ KHÍ

5/ Pha tĩnh

Pha tĩnh Tên thương mại Nhiệt độ tối đa ( o C) Áp dụng

siloxan OV-1, SE - 30 350 cực, hydrocarbon,

H/c đa nhân, steroid

Polyalkyl siloxan OV-3, SE-52 350 Ester của acid béo (10% phenyl) alcaloid, h/c halogen

Polyalkyl siloxan OV-17 250 Steroid, thuốc bảo vệ

P.E.G Carbowax 250 Acid, alcol, ether, tinh

dầu, glycol

Trang 29

SẮC KÝ KHÍ

6/ Đầu dò

Phát hiện các chất bằng các tính chất vật lý để chuyển hóa một đại lượng không điện (nồng độ các chất được tách khỏi cột sắc ký) thành đại lượng điện

 Đủ nhạy, Ổn định và chính xác

 Đáp ứng tuyến tính trên khoảng nồng độ rộng

 Nhiệt độ tối đa: 400oC

 Cho tín hiệu nhanh và độc lập với tốc độ dòng

 Độ tin cậy cao và dễ sử dụng

 Phát hiện tất cả các hợp chất

 Không hủy mẫu phân tích

Trang 30

SẮC KÝ KHÍ

6/ Đầu dò

 Đầu dò dẫn nhiệt (TCD, Thermal Conductivity Detector)

 Đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID, Flame Ionization Detector)

 Đầu dò nhiệt ion hóa (TID, Thermionic Detector) hay đầu

dò nitơ – phosphor (NPD, Nitrogen Phosphorous Detector)

 Đầu dò cộng kết điện tử (đầu dò bẫy điện tử) (ECD, Electron Capture Detector)

 Phổ hồng ngoại (IR) và phổ khối (MS)

Trang 31

 Đầu dò đặc hiệu (IR, MS): đáp ứng với một chất hóa học riêng biệt

Trang 32

SẮC KÝ KHÍ

6/ Đầu dò

 Đầu dò dẫn nhiệt (TCD, Thermal Conductivity Detector) Nguyên tắc: đo liên tục độ dẫn nhiệt của khí mang (tinh khiết hoặc chứa chất phân tích) giữa buồng đo và buồng so sánh mà trong đó có lắp các dây kim loại hay nhiệt bán dẫn

(semiconducting thermistor) theo mạch cầu Wheastone

Trang 33

SẮC KÝ KHÍ

6/ Đầu dò

 Đầu dò dẫn nhiệt (TCD, Thermal Conductivity Detector) Tùy theo tính dẫn nhiệt của môi trường khí mà sợi dây đạt đến cân bằng nhiệt, nhiệt độ của dây sẽ thay đổi làm cường độ dòng điện trong mạch thay đổi

Trang 34

SẮC KÝ KHÍ

6/ Đầu dò

 Đầu dò F.I.D

Nguyên tắc:

 Nhiệt độ cao của ngọn lửa

hydro ion hóa các chất hữu cơ

 Dưới điện thế (300 V) các

ion này sinh ra dòng điện

 Cường độ dòng điện tỷ lệ với

bản chất và số lượng các ion

sinh ra

Trang 35

1 tấm góp (collector electrode)

 Các chất hữu cơ bị phân hủy

bởi nhiệt sinh ra các ion

 Các ion sinh ra dòng điện khi

va vào tấm góp, được khuếch

đại và ghi thành tín hiệu

Trang 36

SẮC KÝ KHÍ

6/ Đầu dò

 Đầu dò nhiệt ion hóa (TID)

 Phát hiện chọn lọc các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ

và phosphor

 Độ nhạy rất cao, khoảng tuyến tính hẹp

 Đầu dò cộng kết điện tử (ECD)

Phát hiện chuyên biệt đối với các hợp chất ái điện tử như các hợp chất halogen, carbon liên hợp, nitril, hợp chất cơ kim …

 Đầu dò khối phổ (MS): đa năng và hiệu quả để xác định khối lượng phân tử và cấu trúc của các chất hữu

cơ, độ nhạy rất cao (picogam)

Trang 37

Giới hạn phát

hiện

Tính chọn lọc

lọc

Các hợp chất hữu cơ

MS He 10 3 < 1pg Đặc hiệu Tất cả các

chất

Trang 38

SẮC KÝ KHÍ

Định dạng
Số trang	38
Dung lượng	1,22 MB