Bài giảng Hóa phân tích 2: Phần 2 - Trường ĐH Võ Trường Toản

Chia sẻ: Lôi Vô Kiệt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tập bài giảng Hóa phân tích 2 tiếp tục cung cấp cho sinh viên những nội dung tổng quan về: cơ sở lý thuyết của phương pháp sắc ký; các phương pháp tách sắc ký; sắc ký khí; sắc ký phẳng; sắc ký lớp mỏng; các phương pháp chiết;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa phân tích 2: Phần 2 - Trường ĐH Võ Trường Toản

PHẦN THỨ BA – CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH Trong phân tích hóa học, một vấn đề đặt ra khi xác định chất phân tích trong một số đối tượng mẫu phức tạp là: Ảnh hưởng của môi trường mẫu. Hàm lượng chất phân tích quá nhỏ. Nhiều chất có tích chất hóa học và vật lý khá giống nhau. Vì vậy, khó định lượng chính xác và định lượng riêng từng chất, cần phải tách loại tạp chất và làm giàu chất phân tích, sử dụng một kỹ thuật gọi là sắc ký để tách các chất ra khỏi nhau để định lượng. Do đó, trong phần này chúng ta chỉ đề cập đến hai phương pháp là: Các phương pháp tách sắc ký. Các phương pháp chiết. 64
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ 1.1. Khái niệm chung 1.1.1. Lịch sử phát triển Năm 1903, M. C. Txvet đã tiền hành tách các chất có tính chất giống nhau là - chlorophyl, -chlorophyl, -xatophyl, -xatophyl,... thành các dãy màu khác nhau và Txvet gọi là “Chromatography”. “Chroma” có nghĩa là màu và “Graphy” có nghĩa là ghi. Năm 1931, Vinterstin và Ledere đã tách được carotin, Năm 1941, Martin và Synge đã phát triển sắc ký giấy và đưa ra lý thuyết đĩa để giải thích các quá trình sắc ký. Đồng thời nghiên cứu tách alcaloid từ các cây thuốc để bào chế dược phẩm, Từ năm 1952, những máy sắc ký ra đời và hàng loạt các kỹ thuật mới phát triển: GC-MS, LC-MS. 1.1.2. Quá trình tách sắc ký và định nghĩa a. Quá trình tách sắc ký Quá trình tách sắc ký là một chuỗi các phản ứng phức tạp từ lúc nạp mẫu vào cột tách cho đến khi chất phân tích lần lượt ra khỏi cột. b. Định nghĩa Sắc ký là phương pháp tách, phân ly, phân tích các chất dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa pha tĩnh và pha động khi cho pha động đi qua pha tĩnh. Dựa theo tính chất của pha động, sắc ký được chia thành các loại: Sắc ký khí: pha động là khí Sắc ký lỏng: pha động là chất lỏng Theo mục đích nghiên cứu Sắc kí phân tích được dùng để xác định danh tính và nồng độ các phân tử trong hỗn hợp. Sắc ký tinh chế được dùng để tinh chế các chất có trong hỗn Quá trình sắc ký khác cơ bản với các quá trình tách khác ở 2 điểm: 65
Sự phân bố chất phân tích lên 2 pha lặp đi lặp lại nhiều lần. Pha động đi qua pha tĩnh. Hình 1.1. Quá trình tách sắc ký 1.1.3. Phân loại các phương pháp sắc ký a. Phân loại theo hệ pha PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ SẮC KÝ KHÍ (GC) SẮC KÝ LỎNG (LC) SK K–R SK K–L HPLC SK Phẳng SK ĐDMQ SK PB L–L SK R–L SKLM SK Giấy b. Phân loại theo cơ chế tách Cơ chế tách nói lên bản chất liên kết của các chất phân tích với pha tĩnh, không cần phân biệt về hệ pha, có 4 loại cơ chế tách chính: SK Hấp phụ SK Phân bố SK ion SK Rây PT Sắc ký hấp phụ (SKHP): Chất phân tích được phân bố giữa pha tĩnh và pha động nhờ tương tác phân tử (lực Van- der-van) thông qua các trung tâm hấp phụ. 66
Sắc ký phân bố lỏng – lỏng (L-L): Phân biệt giữa sắc ký phân bố L-L và sự phân bố thông thường là ở chỗ: Sự phân bố L-L còn gọi là sắc ký chiết. Sự phân bố nói chung là sự phân chia chất phân tích vào 2 pha không xét tới trạng thái của nó. Sự khác nhau cơ bản giữa sắc ký phân bố L-L và SKHP: Sắc ký phân bố L-L có đường đẳng nhiệt tuyến tính ở khoảng nhiệt độ lớn, phương pháp có độ nhạy cao. Pha tĩnh không được bền vững, hiện tượng trôi mất pha tĩnh làm cho độ lặp lại bị giảm. Sắc ký Ion (Trao đổi ion): Pha tĩnh là chất rắn có khả năng trao đổi ion của nó với các ion của chất phân tích trong pha động. Lực liên kết giữa ion chất phân tích và pha tĩnh là liên kết tĩnh điên, phụ thuộc nhiều vào điện tích của ion chất phân tích, pH của dung dịch và bán kính Hydrat hóa của ion chất phân tích. Sắc ký rây phân tử: Pha tĩnh là chất rắn có diện tích bề mặt lớn, xốp, có những đường đi trong lòng chất rắn – mao quản có kích thước cỡ phân tử. Các phân tử chất phân tích thấm vào chất rắn đó ở mức độ khác nhau tùy theo kích thước của chúng. Các phân tử có kích thước lớn không đi sâu vào pha tĩnh sẽ rửa giải nhanh, có kích thước bé đi sâu vào pha tĩnh sẽ rửa giải chậm. Thời gian lưu của các chất tỉ lệ nghịch với kích thước phân tử của chúng c. Phân loại theo cách hình thành sắc đồ Phân tích tiền lưu. Phân tích thế đẩy. Phân tích rửa giải. 1.1.4. Các lực liên kết trong hệ sắc ký Trong hệ sắc ký có 3 thành phần chủ yếu: chất phân tích, pha tĩnh., pha động. a. Lực liên kết ion 67
Trên pha tĩnh, xét phân tử R–SO3H R–SO3H  R–SO3– + H+ , R–SO3– + M+  R–SO3M Trung tâm hoạt động ion. Chất phân tích Tương tác này là tương tác tĩnh điện, gọi là liên kết ion. Trong pha động cũng tồn tại các trung tâm hoạt động ion. Pha tĩnh có các trung tâm cation thì lưu giữ anion và ngược lại. Các phương pháp sắc ký có tham gia liên kết ion được gọi là “Sắc ký ion”, “Sắc ký cặp ion”. b. Lực phân cực Trong phân tử chất phân tích, chất rửa giải trong pha động và các phân tử trên pha tĩnh có các trung tâm phân cực. Các trung tâm này liên kết với nhau bằng lực liên kết phân cực. Sự phân cực và sự chênh lệch về độ phân cực này thường là nhỏ. Nhưng nó cũng là yếu tố quan trong về độ bền liên kết khác nhau, dẫn đến sự phân chia trong các phép tách sắc ký. c. Lực Van-de-van (lực phân tán) Lực này bản chất điện, tuy nhiên không có cực điện trong hệ. Do tương tác phân tán của các phân tử chứa mạch hydrocacbon. d. Lực tương tác đặc biệt Lực tương tác đặc biệt tạo bởi các liên kết hydro và liên kết cho nhận, Sự hình thành liên kết hydro thường xảy ra với các nguyên tố có độ âm điện cao như O, N, F,.... Năng lượng liên kết giảm dân theo thứ tự sau: F – H – F > O – H – O > N – H – N > C – H – C. 1.2. Các đại lượng đặc trưng 1.2.1. Hệ số phân bố Cấu tử A phân bố giữa 2 pha động – tĩnh, khi cân bằng thiết lập, AS  AM S: pha tĩnh, M: pha động 68
Hệ số phân bố giữa 2 pha KD = [AS] / [AM] Trong đó, [AS], [AM] là nồng độ cấu tử A trong pha tĩnh và pha động. Cân bằng trong sắc ký là cân bằng động, có dạng cân bằng sau: Cân bằng Lỏng – Lỏng (L – L). Cân bằng Lỏng – Khí (L – K). Cân bằng Lỏng – Rắn (L – R). Cân bằng Rắn – Khí (R – K). Xét ở đĩa thứ n có sự phân bố A ở 2 pha, nhưng do pha động di chuyển nên A lại đi xuống đĩa n + 1 và xuất hiện cân bằng mới. Để xác định KD thì cân bằng phải thiết lập nhanh. Vì vậy, pha tính phải mỏng, hệ số khuếch tan của A trong pha tĩnh lớn, hệ số khuếch tán của A trong pha động nhỏ. Xác định KD bằng phương pháp tĩnh, tức là đo nồng độ của A trong pha động và pha tĩnh sau khi cân bằng như sau: Trong đó, M là lượng A ban đầu (g), M1 là lượng A còn lại sau tiếp xúc (g), V là thể tích pha động (ml), m là lượng chất hấp phụ (g). 1.2.2. Sự liên hệ giữa tốc độ di chuyển của A và KD Gọi fA là phần thời gian của chất A ở pha động, ta có: Chia tử và mẫu cho [A]m .Vm: Trong đó, k’A là hệ số dung tích. Tốc độ tuyến tính của A trong pha động: uA = u . fA = u / (1 + k’A) 69
Trong đó, u là tốc độ tuyền tính của pha động (cm/s). KDA hay k’A càng lớn thì chất A di chuyển càng chậm và ngược lại. 1.2.3. Thời gian lưu (tRA) và thời gian lưu hiệu chỉnh (t’RA) tRA: là thời gian tính từ lúc bơm mẫu vào đầu cột tời khi píc đạt giá trị cực đại. Trong đó, L là chiều dài cột (cm). tm là thời gian A không lưu giữ trên cột (thời gian chết): tm = L / u tRA’ là thời gian không tính đến thời gian chết, tức là tRA’ = tRA - tm = tm . kA’ 1.2.4. Thể tích lưu (VRA) và thể tích lưu hiệu chỉnh (V’RA) VRA là thể tích của dung dịch rửa giải tính từ khi bắt đầu bơm mẫu vào cột tới khi pic đạt giá trị cực đại. Gọi F là tốc độ chảy của pha động (ml/phút), VRA và Vm được tính như sau: VRA = tRA . F và Vm = tm . F  VRA = Vm (1 + k’) V’RA là thể tích lưu đã loại đi thể tích trống của cột. V’RA = VRA – Vm = Vm . k’ = KDA . Vs Thể tích lưu riêng (Vg) là thể tích đặc trưng riêng cho A, là thể tích dung dịch rửa giải để rửa A trong một đơn vị thể tích pha tĩnh. Vg = V’RA / Vs = KDA. 1.2.5. Hệ số tách () – gọi là hệ số lưu giữ tương đối  đặc trưng cho khả năng tách 2 chất A và B bằng phương pháp sắc ký. Được xác định qua công thức sau: 70
 = KDA / KDB = k’A / k’B Điều kiện để tách A và B là   1. Hệ số phân bố của A và B giữa pha tĩnh và động phải khác nhau. Tỷ số hai hệ số phân bố cũng chính bằng tỷ số thể tích lưu riêng hay tỷ số thời gian lưu riêng của A và B. Vậy có thể xác định:  = KDA / KDB = k’A / k’B = t’RA / t’RB = V’RA / V’RB 1.2.6. Sắc đồ Sắc đồ là đường biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích (S) hoặc chiều cao (h) tín hiệu đo (độ hấp thu quang, độ dẫn, tần số xung) liên quan đến nồng độ chất phân tích vào thời gian. Tín hiệu này được gọi là “Pic” sắc ký. WA (bề rộng chân pic) là thời gian (thể tích mà tại đó pic đạt cực đại). 1.2.7. Đĩa lý thuyết (n) và cách xác định n bằng thực nghiệm n là một phần của cột mà ở đó cân bằng phân bố A từ pha động vào pha tĩnh và ngược lại được thiết lập. Theo Martin và Synge, cân bằng được thiết lập nhanh chóng, tức thời. Tuy nhiên, không giải thích được hiện tượng giãn rộng của vùng mẫu và pic sắc ký không cân đối. Giả sử pic tuân theo hàm Gauss. Gọi  là độ lệch chuẩn của t (hay V). Đối với cột sắc ký, khi n càng lớn thì pic càng hẹp  tRA  n. 71
Mặt khác, ta có: W = 4  hay  = W / 4. Vậy, số đĩa lý thuyết được xác định: Xác định H (chiều cao đĩa lý thuyết): H = L / n Nếu H càng nhỏ, số đĩa lý thuyết n càng lớn, độ phân giải càng tốt. 1.2.8. Độ phân giải, cách làm tăng độ phân giải Độ phân giải (R) nói lên khả năng tách các cấu tử ra khỏi nhau trong một quá trình tách sắc ký. R được xác định như sau: R = 2(tRB – tRA) / (WA + WB) = 2 tR / (WA + WB) Có thể dùng VR thay cho tR R càng lớn khả năng tách càng tốt: Khi R = 1, tách khoảng 95%, tức là còn 2,5% A trong B và 2,5% B trong A. Khi R = 1,5 tách khoảng 99,8%. Cách làm tăng R: Thay đổi cấu trúc cột: tăng L, kích thước hạt nhồi cột nhỏ, giảm đường kính cột. Dựa vào vận hành: tối ưu hóa pha động, giảm mẫu, giảm nhiệt độ. 1.3. Nội dung của thuyết dòng khuếch tán trong sắc ký Mặc dù, đã đưa ra khái niệm về n và H nhưng không giải thích được hiện tượng giãn rộng của vùng mẫu, pic sắc ký không cân đối. Vì vậy, Van Deemter đã phát triển và đưa ra “Thuyết dòng khuếch tán trong sắc ký”. Khi quá trình sắc ký diễn ra, có 3 loại khuếch tán quyết định sự di chuyển của chất tan xuất hiện, gồm: khuếch tán xoáy (H1), khuếch tán dài (H2), khuếch tán do chuyển khối (H3). a. Khuếch tán xoáy Độ giãn rộng vùng chất trên cột do sự khuếch tán xoáy gây ra và được mô tả bằng: H1 = 2 .  . dp 72
Trong đó, H1 là đại lượng đặc trưng cho khuếch tán xoáy. phụ thuộc vào: độ đồng đều của hạt hồi, đường kính hạt nhồi, khả năng nhồi cột. dp: đường kính hạt nhồi.  : Hệ số nạp cột, nếu nạp tốt thì  = 1,5. b. Khuếch tán phân tử trong các pha L và pha K Hiện tượng các chất phân tích có xu thế di chuyển về 2 phía của cột và tốc độ của pha động và do vậy, dẫn đến sự sự khuếch tán dài (dọc) và được xác định qua biểu thức: H2 = 2 .  . Dm / u. Trong đó, Dm: Hệ số khuếch tán của chất phân tích trong pha động, u: Tốc độ di chuyển thẳng của dòng pha động, : Hệ số khúc khuỷu, phụ thuộc vào hình dáng của hạt và khoảng cách giữa các hạt chất nhồi (độ xít đặc). c. Sự khuếch tán do chuyển khối Các cấu tử có khối lượng phân tử khác nhau sẽ có tốc độ di chuyển khác nhau  tốc độ trao đổi chất giữa 2 pha là khác nhau. Mặt khác, còn phụ thuộc nhiều vào tốc độ hấp phụ và giải hấp. H3 = (CS + Cm) . u Trong đó, CS đặc trưng cho chuyển khối trên pha tĩnh. Khi tốc độ dòng F  1 thì CS  1. Giá trị CS được tính qua biểu thức: CS = K . dS2 / DS Trong đó, K: hệ số, dS: chiều dày của pha tĩnh, DS: hệ số khuếch tán của chất phân tích trong pha tĩnh. Cm đặc trưng cho chuyển khối trên pha động. Giá trị Cm được tính qua biểu thức: Cm =  . dp2 / Dm Trong đó, : hệ số thực nghiệm, có giá trị từ 0,5 đến 1, dp: chiều dày của pha động, Dm: hệ số khuếch tán của chất phân tích trong pha động. 73
Kết hợp cả ba sự khuếch tán, ta có: H = H1 + H2 + H3 = (2 .  . dp) + (2 .  . Dm / u) + (Cs + Cm) . u H = (2 .  . dp) + (2 .  . Dm / u) + (K . dS2 / DS +  . dp2 / Dm) . u Viết gọn lại là H = A + B/u + C.u (phương trình Van Deemter) (*) Để tính toán chiều cao đĩa cực tiểu (Hmin), lấy đạo hàm phương trình (*) ta có: H’ = - B/u2 + C = 0 u2 = B / C Hmin = A + 2 . 1.4. Các phương pháp định lượng trong phương pháp tách 1.4.1. Phương pháp nội chuẩn (Internal Standard) Tiêu chuẩn chọn chất chuẩn nội: Tinh khiết. Có cấu trúc hóa học tương tự với chất phân tích. Không có mặt trong mẫu. Thời gian lưu gần với thời gian lưu của chất cần phân tích. Có nồng độ tương tự. a. Chuẩn hóa đơn giản 1. Chuẩn bị 2 mẫu chuẩn: dung dịch chất nội chuẩn, dung dịch chất phân tích, 2. Phân tích 2 mẫu chuẩn (chạy mẫu), 3. Tính toán hệ số đáp ứng (Response Factor) SIS, CIS: Diện tích, nồng độ của chất nội chuẩn, SXS , CxS: Diện tích, nồng độ chuẩn của chất phân tích. 74
4. Thêm chất chuẩn nội có nồng độ biết trước vào mẫu thật, 5. Phân tích mẫu thật và chất chuẩn nội (ở bước 4), 6. Tính toán nồng độ chất cần phân tích: b. Chuẩn hóa nhiều mức 1. Chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn chứa nồng độ chất phân tích khác nhau (biết trước) và nồng độ chất chuẩn nội như nhau, 2. Phân tích dãy mẫu chuẩn, 3. Thiết lập đường chuẩn, 4. Thêm một nồng độ tương tự chất chuẩn nội vào mẫu phân tích, 5. Phân tích mẫu thật, 6. Tính toán nồng độ của dung dịch phân tích bằng phương pháp nội suy. 1.4.2. Phương pháp ngoại chuẩn (External Standard) Điều kiện thực hiện: Điều kiện sắc ký không thay đổi, Thể tích mẫu không đổi. a. Chuẩn hóa đơn giản Tương tự như phương pháp thêm chuẩn. b. Chuẩn hóa nhiều mức Tương tự như phương pháp đường chuẩn. 75
CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ (Gas Chromatograph – GC) GC: được biết từ năm 1906 - đến 1952 phát triển và đến năm 1960 phát triển mạnh Phân tích: lượng mẫu lớn những hợp chất hữu cơ khác nhau : Khí ,rắn , lỏng Các hợp chất: không bền nhiệt, kém bay hơi ( M > 300amu) hợp chất ion, không phân tích trực tiếp , biến đổi thành các dẫn xuất có tính bay hơi mới phân tích bằng sắc ký khí Phân loại sắc ký khí: Tùy bản chất pha tĩnh, có hai loại: - GSC : Sắc ký khí rắn ( Gas solid chromatography) , Chất phân tích được hấp thu trên pha tĩnh là các tiểu phân rắn - G LC: sắc ký khí lỏng (Gas liquid chromatography) : pha tĩnh là một chất lỏng không bay hơi Mẫu (sample) phân tích : - Đưa vào bộ phận nạp mẫu (heated injector) - Di chuyển qua một cột phân tách (seperating column) nhờ một dòng khí mang trơ (inert carrier gas) - Phát hiện và ghi lại dưới dạng các peaks khi các cấu tử đi ra khỏi cột 76
1. Nguồn cung cấp khí mang: 2. Lò cột: dùng để điều khiển nhiệt độ cột phân tích 3. Bộ phận tiêm mẫu Bộ phận tiêm mẫu dùng để đưa mẫu vào cột phân tích theo với thể tích bơm có thể thay đổi. Khi đưa mẫu vào cột, có thể sử dụng chế độ chia dòng (split) và không chia dòng (splitless). Có 2 cách đưa mẫu vào cột: bằng tiêm mẫu thủ công và tiêm mẫu tự động (Autosamper – có hoặc không có bộ phận hóa hơi - headspace). 4. Cột phân tích  Bốc hơi mẫu  Tách các cấu tử trong cột nhờ vào sự phân bố trong pha động và pha tĩnh  Pha động: pha khí (N2, He, Ar…)  Pha tĩnh: pha rắn hoặc pha lỏng phủ lên pha rắn được giữ ở trong cột Phương pháp công cụ để phân tách và xác định các hợp chất hóa học Nguồn cung cấp khí mang (Carrier Supply) 77
F = 25 – 150 ml.min-1: Cột nhồi (Packed column) F = 1 – 25 ml.min-1: Cột mao quản (Open-tubular or Capillary column) - N2: chi phí thấp, an toàn - H2: chi phí thấp, nguy cơ cháy nổ - He: thông thường, đắt - Ar: Nguồn cung cấp khí mang (Carrier Supply) Thiết bị tách N2 từ không khí nén (Pure Nitrogen Generator) - Thẩm thấu chọn lọc N2 78
- 0.5 ppm O2, > 0.5 ppm H2O, > 2.0 ppb halocarbons hoặc CxHy. - Lưu kương tối đa  1 l/min. Áp suất 3,5 – 7 atm. Thiết bị cung cấp khí H2 từ nước cất (Hydrogen Generators) - Phương pháp điện phân (Electrolysis) - Chất điện ly: polymer rắn (solid polymer electrolyte) - H2 99.999% - Khả năng lưu trữ H2: 4 litre - Áp suất: 1,4 – 7 atm. - Lưu lượng: 0 to 125 ml.min-1 và có thể đạt đến 1200 ml.min-1. Các yêu cầu: - Lượng mẫu thích hợp - Tốc độ nạp mẫu phải nhanh và mẫu nạp khi vào cột ở trạng thái khí Giảm sự giãn peak (band broadenning) và tăng độ phân giải của cột  Microsyringe chuẩn (calibrated)  Septum: màng bằng cao su silicone  Gia nhiệt cho vùng nạp mẫu: T > 50°C của cấu tử có nhiệt độ sôi cao nhất  Thể tích nạp mẫu: 20 l đối với cột nhồi (packed column)  0,2 l hoặc nhỏ hơm đối với mao quản (open-tubular or capillary column) 79
Detector (bộ dò tín hiệu). Chia nhiều loại: • Đầu dò ion hóa ngọn lửa ( Flame ionization detector- FID) • Đầu dò dẫn nhiệt (Thermal conductivity detector - TCD). • Đầu dò trắc quang ngọn lửa (Flame photometric detector- FPD) • Đầu dò quang ion hóa ( photoionization detector- PID) • Đầu dò phức hợp (Miscellaneous detector) • Đầu dò bắt điện tử (Electron capture detector- ECD) • Đầu dò nitrogenphospho ( NPD) Tín hiệu của Detetor phụ thuộc đặc tính của chúng. Việc kết hợp GC-MS hay GC-UV có nhiều thuận lợi: - Tính bay hơi: các chất phân tích khí, lỏng rắn có áp suất hơi lớn - Độ nhạy cao ( picrogam= 10-12 g - Nhiễt độ GC – MS có nhiệt độ giống nhau - Thời gian quét: nhanh 80
- Nhược điểm: áp suất hai loại hoạt động khác nhau Hai loại cột sử dụng trong sắc ký khí: • Polyetylen glycol ( PEG Carbowax) • Polymer dimetyl siloxan ( OVi ) Giá thành cao GC- MS Cần điều chế dẫn xuất , chọn dẫn xuất phù hợp: TMS Trimetyl silyl, alcol và amin thường điều chế thành dẫn xuất acetyl este, triflouroacetyl ester hoặc metyl ester Chuẩu bị mẫu cho sắc ký khí Điều chế dẫn xuất có tính bay hơi - Làm gia tăng tính bay hơi của hợp chất - Làm giảm nhiệt, tăng tính bền - Làm gia tăng khả năng đáp ứng của hợp chất với đầu dò khối phổ - Làm gia tăng khả năng tách của các hợp chất trong hỗn hợp - Một số ứng dụng của GC (GLC)  Áp dụng đối với các mẫu bốc hơi và ổn định nhiệt đến vài trăm °C  Có khả năng phát hiện và phân tích rất nhiều chất và hỗn hợp  Được ứng dụng rộng rãi để tách và xác định các cấu tử trong các mẫu từ nhiều chủng loại khác nhau Một vài ví dụ: ☺ Ketones: polydiméthyl siloxane ☺ Alkaloide: 5% phenyl polydimethyl siloxane ☺ Steroïds: 50% phenyl polydimethyl siloxane ☺ Chlorinated Aromatics: 50% Trifluoropropyl polydimethyl siloxane ☺ Alcohols: Polyethylenglycol ☺ Esters: 50% Cyanopropyl polydimethyl siloxane 81
GC là do pha động là chất khí, còn pha tĩnh là chất lỏng hoặc chất rắn. Hiện nay để PP. sắc ký khí có hiệu quả phải lựa chọn cấu hình máy và điều kiện thí nghiệm phù hợp: Cột tách có pha tĩnh thích hợp. Detector phù hợp với phương pháp cũng như tính chất và mẫu. Khí mang phù hợp với chất cần phân tích và nguyên lý làm việc của detector. Khí phụ trợ có thành phần và tính chất phù hợp. Quy trình vận hành phải được tự động hóa. 3.1. Sơ đồ thiết bị GC 3.1.1. Khí mang (pha động) Khí mang là khí trơ (Nitơ, Heli, Argon) được đựng trong bom khí có gắn van giảm áp và điều chỉnh. Khí mang có thể được cấp từ máy sinh khí Nitơ. Khí mang cần có độ tinh khiết cao (99,999%). 3.1.2. Bộ phận tiêm mẫu Được đốt nóng, thường dùng bơm tiêm bơm thẳng mẫu qua một tấm đệm cao su silicol và một ống thủy tinh đặt trong một khối kim loại đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cột 200oC để hóa hơi mẫu trước khi đi vào cột. 3.1.3. Cột sắc ký Được đặt trong lò có thể điều chỉnh nhiệt độ theo chương trình. Có hai loại cột: Cột nhồi: thường là cột thủy tinh hoặc kim loại (đồng, thép không gỉ) hình chữ U hoặc cuộn tròn dài 1 - 4 m, đường kính trong 1 - 4 mm. Cột mao quản: thường bằng thủy tinh hay silica nung chảy, có đường kính trong 0,1 - 0,5 mm, dài từ 10 - 50 m hay dài hơn. Pha tĩnh được giữ trên mặt trong cột thành một lớp mỏng 0,5 - 1 m: cột WCOT (Wall coated opened tubular). 82
Pha tĩnh là các hạt nhỏ xếp gắn trên mặt trong cột hoặc pha tĩnh được tẩm trên các hạt nhỏ đó: cột SCOT hoặc PLOT (Support Coated Open Tubular hoặc Porous Layers Open Tubular). a. Cột pha tĩnh lỏng (SK khí – lỏng) Pha tĩnh được giữ trên chất mang. Chất mang là những hạt chất rắn nhỏ, bền nhiệt, trơ về hóa học, xốp, có lỗ cỡ 1 - 5 m, bề mặt riêng lớn từ 1 đến 10 m2/g. Đơn vị - Mesh. Ví dụ: chromosorb 80 - 100 là loại hạt rây qua rây có 80 lỗ in2 rồi rây tiếp qua rây 100 lỗ in2 được hạt cỡ 177 - 149 m. Trong số các chất mang hay dùng có chromosorb P (pink) và chromosorb W (white). Pha tĩnh chịu nhiệt, hóa lỏng ở nhiệt độ phân tích, trơ về hóa học. Một số loại pha tĩnh thường dùng các polyester glycol, polyether glycol (các loại Carbowax), các silicol (OV, SE, XE…), các hydrocarbon no. Chọn pha tĩnh: trơ về mặt hóa học, bền nhiệt, ít bay hơi, có độ phân cực thích hợp để tách chất phân tích. b. Cột pha tĩnh rắn (sắc ký khí - rắn) Một số pha tĩnh rắn thường dùng: các chất rây phân tử, các polymer xốp Porapak. 3.1.4. Detector a. Các detector không đặc hiệu (phát hiện tất cả các chất) Detector dẫn nhiệt (Thermal conductivity detector, TCD): khi có chất đi qua có sự thay đổi độ dẫn nhiệt của môi trường, xuất hiện tín hiệu điện. Đây là detector vạn năng nhưng độ nhạy thì thuộc loại trung bình. Detector ion hóa ngọn lửa (Flame ionization detector, FID): khi có chất hữu cơ đi qua thì ngọn lửa sẽ bị ion hóa. Các ion này được góp lên điện cực. Đây là detector được dùng nhiều nhất, nhẹ hơn TDC khoảng 3 lần, phát hiện đến 10-9 g. b. Detector đặc hiệu Detector phát xạ nhiệt ion (Thermionic emission detector, TED): cấu tạo tương tự FID nhưng ngọn lửa nghèo nhiên liệu, nhiệt độ thấp, đáp ứng các chất có N, P và Hal–, nhạy hơn FID nhiều từ 10 – 100 lần. 83