CHUYÊN Đ : S C KÝ Ề Ắ (C S LÝ THUY T VÀ NG D NG) Ụ Ứ Ế

Ơ Ở

Sample Sample

Mobile phase Mobile phase

Detector Detector

t0 t0 t0

t1 t1 t1

t2 t2 t2

t3 t3 t3

t4 t4 t4

l l

i i

s s a a n n g g s s

r r o o t t c c e e t t e e D D

t0 t0 t0

t1 t1 t1

t2 t2 t2

t3 t3 t3

t4 t4 t4

Time Time

TS NGUY N ĐÌNH LÂM Ễ

B MÔN CÔNG NGH HÓA H C VÀ V T LI U, KHOA HÓA Ọ Ộ Ậ Ệ Ệ

TR NG Đ I H C BÁCH KHOA – Đ I H C ĐÀ N NG ƯỜ Ạ Ọ Ạ Ọ Ẵ

A. Đ I C

NG PHÁP S C KÝ

Ạ ƯƠ

NG V PH Ề ƯƠ (Chromatography)

Đ c phát minh b i nhà sinh v t h c ng

i Nga –

ậ ọ

ượ

ườ

Mikhail Tswest

Tách Chlorophills và Xanthophylls b ng CaCO

3

Ti ng Hy-l p: Chroma: màu ế ạ

Graphein: ghi

S c ký màng m ng (

planar chromatography), S c ký c t (

ộ Column chromatography)

Ph ng pháp s c ký: ươ ắ

 K thu t tách (seperation) các c u t trong m t h đ ng th (khí ho c ấ ử ậ ộ ệ ồ ể ặ

ỹ l ng)ỏ

trong hai pha ti p xúc nhau: pha tĩnh ộ ủ ấ ử ồ ằ ế

 Cân b ng n ng đ c a các c u t (stationary phase) và pha đ ng ( mobile phase) ộ

 S phân tách d a trên t c đ kéo theo ( elution) khác nhau c a các c u t ự ự ố ộ ấ ử ủ

trong c t (ộ column)

 M t đ u dò (detector) đ u ra c a c t cho phép đ nh l ng liên t c các ộ ầ ủ ộ ị ượ ụ

c u t trong h n h p đ u ấ ử ỗ ợ ở ầ ầ

Đ I C

NG V PH

NG PHÁP S C KÝ

Ạ ƯƠ

Ề ƯƠ

(Chromatography)

Flow  of Mobile Phase Flow  of Mobile Phase Flow  of Mobile Phase Flow  of Mobile Phase

I njector I njector I njector I njector

Detector Detector Detector Detector

T= 0 T= 0

T= 10’ T= 10’

T= 20’ T= 20’

MostMost MostMost

Least I nteraction w ith Stationary Phase   Least I nteraction w ith Stationary Phase   Least Least I nteraction w ith Stationary Phase    I nteraction w ith Stationary Phase

S c ký phân tách (Elution chromatography)

ắ ờ ự ị ử ể ấ

Phân tách s c ký đ ng ộ : Các ch t tan b r a qua m t pha tĩnh nh s chuy n ộ c a pha đ ng qua nó ộ ủ

M uẫ

Pha đ ngộ

Detector

t0

t1

t2

t3

t4

i

í

u ệ h n T

r o t c e t e d

t0

t1

t2

t3

t4

Th i gian

S c ký phân tách (Elution chromatography)

ắ ờ ự ị ử ể ấ

Phân tách s c ký đ ng ộ : Các ch t tan b r a qua m t pha tĩnh nh s chuy n ộ c a pha đ ng qua c t ch a pha tĩnh ứ ủ ộ ộ

Pha đ ngộ

S c ký đ ồ (Chromatogrames)

Đi u ki n đ thu đ ệ ể ề ượ c s c ký đ : ồ ắ

c l p đ t đi m cu i c a ượ ắ ặ ở ể ố ủ

- Đ u dò (Detector) đ ầ c tộ

- Đ u dò t ng thích v i các ch t c n phát hi n ầ ươ ấ ầ ớ ể ễ

ắ ệ ủ ể ờ

ệ ồ Bi u di n s bi n thiên c a tín S c ký đ : ự ế hi u ra theo th i gian ho c theo th tích ặ tiêu hao c a pha đ ng ủ ộ

Các peaks đ i x ng (ho c không đ i x ng)

ố ứ

ố ứ

Phân tích đ nh tính (qualitative) và đ nh l

ng (quantitative)

ượ

S c ký đ ồ (Chromatogrames)

ng đ i (relative migration rates)

ể ươ

• V n t c di chuy n t • S giãn peak (band broadening)

ậ ố ự

S phân gi

i (resolution)

ậ ố

V n t c di chuy n c a các ch t tan ể ủ (Migration rates of solutes)

Th i gian l u t ư R (Retention time)

ộ ố

v =

L Rt

T c đ di chuy n trung bình c a ch t tan ể ấ ủ

ộ ố ể

u =

L ot

T c đ di chuy n trung bình pha đ ngộ

ậ ố

V n t c di chuy n c a các ch t tan ể ủ (Migration rates of solutes)

ệ ố

Cân b ng phân b c a ch t tan trong pha đ ng và pha tĩnh

ố ủ

H s phân b ố K (Partition Ratios)

s

K =

c c

M

Amobile Astationary

solute

moles

phase

·= uv

ộ ệ ữ ố ệ ố ể

mobile solute

of total

of

Quan h gi a t c đ di chuy n và h s phân bố in moles

·= u

·= uv

Vc MM +

+

1

Vc S S

1 VcVc S S MM

·= uv

+

1

Vc MM 1 KV S

V M

VS và VM có th xác đ nh d a ể theo ph ị ng pháp chu n b c t ị ộ ươ ẩ

ậ ố

V n t c di chuy n c a các ch t tan ể ủ (Migration rates of solutes)

ệ ố ả Thông s th c nghi m quan tr ng ố ự ệ ọ H s kh năng (Capacity Factor)

t c đ di chuy n c a ch t tan trong ả ố ủ ể ấ ộ

Mô t c tộ

A:

=

Đ i v i ch t tan A, h s kh năng k’ ố ớ ệ ố ả ấ

k

·= uv

' A

1 + k

1

VK SA V M

' A

tR

(cid:222)

t

t

R

M

=

=

k

' A

tM

L t

L t

1 + k

1

t

R

M

' A

M

- (cid:222) ·

ậ ố

V n t c di chuy n c a các ch t tan ể ủ (Migration rates of solutes)

T c đ di chuy n t ố ộ ọ ọ a ng đ i: H s ch n l c ệ ố ố

ể ươ (Selectivity Factor)

B

m nh

K=a K

A

trên c t ộ ơ

b gi B là c u t ở ấ ử ị ữ ạ b h p ph y u h n trên A là c u t ụ ế ấ ử ị ấ ‡ c t ộ a 1

M

BR

a

=

=

-

( (

) )

k k

t t

t t

' B ' A

M

AR

-

ả ủ ộ ắ

Hi u qu c a c t s c ký (Efficiency of chromatographic colunms)

ch u hàng ngàn l n chuy n t ự ộ ị ể ầ ừ

S giãn peaks (band broadenning) M t phân t ử pha đ ng sang pha tĩnh ộ

ng gi a phân t và môi ượ ữ ử

C n trao đ i năng l ổ ng xung quanh tr ầ ườ

ư ử ủ ộ

trong m t pha ng có sai l ch ng u nhiên so v i các ẫ ộ ớ ệ

Th i gian l u c a m t phân t ờ th ườ phân t cùng lo i khác ử ạ

trong c t có ả ể ộ

Kho ng cách di chuy n th c t ự ế th khác nhau gi a các phân t ử ữ ể

Giãn đ i x ng (symmetric spread) xung quanh ố ứ m t giá tr chính ị ộ

ạ ọ ủ ố

ườ ố ẩ

D ng hình h c c a peak: phân b Gaussian ng cong sai s chu n (normal error ho c đ ặ curves)

ả ủ ộ ắ

Hi u qu c a c t s c ký (Efficiency of chromatographic colunms)

Đ NH L NG HI U QU C A C T S C KÝ Ị ƯỢ Ộ Ắ Ả Ủ Ệ

N = L/H Chi u cao t ng đ ng c a đĩa (H) ề ươ ủ ố ế

ươ (Plate height) S đĩa lý thuy t (N) (Number of theoritical plates)

2

Đ l ch chu n ( ẩ s )

=

N

16

(cid:246) (cid:230) ộ ệ Variance (s 2) (cid:247) (cid:231)

t R W

ł Ł

tR = (t’)R + to

2s

=

H

W

L

ả ủ ộ ắ

Hi u qu c a c t s c ký (Efficiency of chromatographic colunms)

s

t =

RtL

V i L/t ớ

ậ ố

R: V n t c th ng trung bình (average linear velocity) c a ch t phân tich

t 2 Variance th i gian c a peak: ủ ờ

tR

t Xác đ nh t th c nghi m: ị ừ ự ệ

2s V 2 ti p tuy n t ế ế ừ ẽ các đi m u n ể ố

Di n tích tam giác = 96% di n tích peak ệ ệ

W

=s

LW 4 Rt

2

H =

2

LW 2 16 Rt

– 2t ) và W= 4t (sai l ch ệ

=

(cid:246) (cid:230)

N

16

(cid:247) (cid:231)

t R W

N = L/H ł Ł

ả ủ ộ ắ

Hi u qu c a c t s c ký (Efficiency of chromatographic colunms)

NG Đ N HI U QU C T S C KÝ CÁC Y U T NH H Ế Ố Ả ƯỞ Ả Ộ Ắ Ế Ệ

minimum (Hi u qu cao nh t) xu t hi n

ố ộ ệ ở ệ ả ấ ấ

T c đ dòng c a pha đ ng: H ủ ộ vùng t c đ th p ( ố ộ ấ 0,1 – 0,2 m.s-1: LC và 1-2 m.s-1: GC)

Kích th c h t c a pha tĩnh đ i v i c t nh i (column packings) ướ ố ớ ộ ạ ủ ồ

ủ ớ ơ

Chi u dày m ng h n c a l p c đ nh (immobilized film) khi pha tĩnh ố ị là ch t l ng h p th trên ch t r n (liquid adsorbed on a solide) ề ấ ỏ ỏ ấ ấ ắ ụ

t c các tr ng ệ ộ ẽ t đ s làm gi m s giãn peak đ i v i t ự ố ớ ấ ả ả ườ

Tăng nhi h pợ

Gi m đ nh t c a pha đ ng ớ ủ ả ộ ộ

Đ phân gi

i c a c t (R

ả ủ ộ

s)

(Column resolution)

Đ phân gi ộ ả ủ ộ ấ ị ượ ng đ c tr ng cho ư ặ

s) cung c p các giá tr đ nh l

(

(

)

]

)

kh năng tách c a hai ch t c n phân tích i c a c t (R ả ủ ị ấ ầ

[ 2

AR

=

=

R

s

2 Z + WW A

B

t t BR + WW A

B

- D

i và phân ộ ả

RS = 0,75 đ phân gi tách peak kém

RS = 1 Vùng A ch a kho ng 4% B ứ và vùng B ch a kho ng 4% ứ (overlap = 4%)

RS = 1,5 phân tách peak g n tuy t ệ đ i (overlap = 0,3%) ố

i: Tăng đ phân gi ộ ả

Tăng chi u dài c t >< th i gian ộ ờ ề

Đ phân gi

i c a c t (R

ả ủ ộ

s)

(Column resolution)

nh h ng c a các h s kh năng và ch n l c đ n đ phân gi i Ả ưở ọ ọ ệ ố ủ ộ ế ả ả

Xét đ phân gi i c a hai ch t A và B: ộ ả ủ ấ

 S l ng đĩa (number of plates), N ố ượ

 H s kh năng (capacity factor), ệ ố ả Rs k’B

a  H s chon l c (selectivity factor), ệ ố ọ

a

1

=

R

s

a

k +

N 4

' B k

1

' B

(cid:246) (cid:230) - (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) ł Ł ł Ł ộ

t (chi u cao c t ề c m t đ phân ộ ộ

2

2

ầ ể ạ ượ c i cho tr S đĩa c n thi ế ố s c ký đ đ t đ ắ gi ả ướ

a

(cid:230) + 1

' B

=

N

16

R

2 s

a

1

k

k ' B

(cid:246) (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) - ł Ł ł Ł

Đ phân gi

i c a c t (R

ả ủ ộ

s)

(Column resolution)

nh h Ả ưở ng c a đ phân gi ộ ủ ả ế i đ n th i gian l u ờ ư

ủ ắ ộ

M c đích c a m t quá trình phân tích s c ụ ký

 Đ phân gi i cao Xác đ nh th i gian l u t ờ ị ộ ả ư R

R)B

2

2

 Th i gian l u nh nh t ấ ư ờ ỏ đ i v i c u t khó tách (t ố ớ ấ ử

)

a

16

k

' B

(

)

=

t

BR

a

(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231)

2 HR s u

1

- ł Ł

( + 1 (

) 2

k

' B

u: T c đ tuy n tính c a pha đ ng ủ ế ộ ố ộ

Tóm t t các công th c

Tốc độ di chuyển trung Tốc độ di chuyển trung bình của chất tan bình của chất tan

Tốc độ di chuyển trung Tốc độ di chuyển trung bình pha động bình pha động

Chi u cao đĩa (plate height) và s đĩa (number of plates)

v = v =

u = u =

N = L/H

L L Rt Rt

L L ot ot

2

2s

v

·= u

=

H =

H

+

1

1 S V KV

M

L

LW 2 16 Rt 2

=

N

16

t R W

(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) ł Ł

H s kh năng (capacity factor)

ệ ố

Đ phân gi

i c a c t (column resolution)

ả ủ ộ

=

k

·= uv

' A

1 + k

1

VK SA V M

' A

(

(

)

]

)

(cid:222)

a

[ 2

1

AR

=

=

=

R

R

s

s

t

t

R

M

a

k +

k

N 4

' B k

1

=' A

2 Z + WW A

B

t t BR + WW A

B

' B

t

M

2

2

- (cid:246) (cid:230) D - (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) - (cid:247) (cid:231) ł Ł ł Ł

a

(cid:230) + 1

' B

=

N

16

R

2 s

(cid:246) (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231)

H s ch n l c (selectivity factor)

ệ ố

a

1

k

k ' B

B

- ł Ł ł Ł

ọ ọ K=a K

A

2

2

)

a

16

k

' B

o

BR

(

)

=

a

=

=

t

BR

( (

) )

a

k k

t t

t t

2 HR s u

1

( + 1 (

) 2

' B ' A

o

AR

k

' B

(cid:246) (cid:230) - (cid:247) (cid:231) - - ł Ł

Áp d ngụ

ố ệ

ề ộ

A=1.11 phút và WB=1.21 phút ộ ể ả

ầ S li u ban đ u: (tR)A=16.4 phút, (tR)B=17.63 phút, (tR)M=1.3 phút, chi u dài c t: L=30 cm Đ r ng c a peak t ủ ng n n: W ề i đ ạ ườ ộ ộ

s=1.5 và (tR)B t

ủ ề ả ươ ng ng. ứ Tính toán: Rs, N, H, Chi u dài c a c t đ b o đ m R

Gi i:ả

Rs= 2(17.63 – 16.4)/(1.11+1.21) = 1.06

a

1

=

R

s

a

k +

N 4

1

' B

2

2

)

a

N = 16(16.4/1.11)2 = 3493 và N = 16(17.63/1.21)2 = 3397 (cid:246) (cid:230) - (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:222) N = (3493+3397)/2= 3445 ł Ł ł Ł

16

k

' B

(

)

=

t

BR

a

2 HR s u

1

' B k ( + 1 (

) 2

k

' B

(cid:246) (cid:230) H = L/N = 30/3445 = 8.7· 10- 3 cm (cid:247) (cid:231) - ł Ł

N

3445

1

s

3

1

=

=

=

không thay đ i khi tăng chi u cao c a c t, ta có: ủ ề ổ ộ

N

9.6

10

2

( (

R R

06.1 5.1

N

N

2

2

· (cid:222) (cid:222) Do k’B và a ) )

3

3

2

2 =

s =

=

HNL

9.6

10

7.8

10

60

cm

R

s

R

1

(

)

=

=

=

t

35

phut

R

2

( (

) )

( (

) )

t t

63.17 ( ) t

06.1 2 5.1

R

R

R

2

2

s

2 1 2 2

- · · · · (cid:222) (cid:222)

Các ng d ng c a s c ký

ủ ắ

 Phân tích đ nh tính ị

 Phân tích đ nh l ng ị ượ

 Phân tích d a vào chi u cao peak ự ề

 Phân tích d a vào di n tích peak ự ệ

 Xây d ng đ ng chu n (calibration with standards) ự ườ ẩ

 Ph ng pháp chu n n i (internal-standard) ươ ẩ ộ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

S c ký khí ắ

Gas-Liquid Chromatography (GLC) ho c là Gas Chromatography (GC) ặ

 B c h i m u ẫ ố ơ

 Tách các c u t ấ ử trong c t nh vào s phân b trong pha đ ng và pha tĩnh ố ự ộ ờ ộ

2, He, Ar…)

 Pha đ ng: pha khí (N ộ

 Pha tĩnh: pha r n ho c pha l ng ph lên pha r n đ c gi ủ ắ ắ ặ ỏ ượ ữ ở trong c t ộ

 Ph ng pháp công c đ phân tách và xác đ nh các h p ch t hóa h c ươ ụ ể ọ ợ ấ ị

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

M u (sample) phân tích đ c ẫ ượ

- Đ a vào b ph n n p m u ư ẫ (heated injector) ộ ạ ậ

(seperating column) nh m t dòng khí ộ c t phân tách ộ ờ ộ

- Di chuy n qua m t ể mang trơ (inert carrier gas)

i d ng các peaks i d khi các c u t - Phát hi n và ghi l ệ ạ ướ ạ ấ ử đi ra kh i c t ỏ ộ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Flow  of Mobile Phase Flow  of Mobile Phase Flow  of Mobile Phase Flow  of Mobile Phase

I njector I njector I njector I njector

Detector Detector Detector Detector

T= 0 T= 0

T= 10’ T= 10’

T= 20’ T= 20’

MostMost MostMost

Least I nteraction w ith Stationary Phase   Least I nteraction w ith Stationary Phase   Least Least I nteraction w ith Stationary Phase    I nteraction w ith Stationary Phase

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

- N2: chi phí th p, an toàn

- H2: chi phí th p, nguy c cháy n

ơ

Ngu n cung c p khí mang (Carrier Supply) ồ ấ

ồ (Packed column)

ả (Open-tubular or

- He: thông th

ườ

ng, đ t ắ

F = 25 – 150 ml.min-1: C t nh i F = 1 – 25 ml.min-1: C t mao qu n Capillary column)

- Ar:

Bình ch a áp su t cao (pressurized tank) ứ ấ

Two stages pressure regulator

ụ ụ ề ấ

- D ng c đi u ch nh áp su t (pressure ỉ regulator)

ng dòng khí (Flow ề ể ư ượ

- Đi u khi n l u l controller)

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Ngu n cung c p khí mang (Carrier Supply) ồ ấ

Thi t b tách N không khí nén (Pure Nitrogen Generator) ế ị ừ

2 t

2

- Th m th u ch n l c N ọ ọ ấ ẩ

xHy.

- 0.5 ppm O2, > 0.5 ppm H2O, > 2.0 ppb halocarbons ho c Cặ

~ ng t i đa - L u k ư ươ ố 1 l/min. Áp su t 3,5 – 7 atm. ấ

Thi t b cung c p khí H c c t (Hydrogen Generators) ế ị ấ n ừ ướ ấ

2 t

- Ph ng pháp đi n phân (Electrolysis) ươ ệ

- Ch t đi n ly: polymer r n (solid polymer electrolyte) ệ ắ ấ

- H2 99.999%

- Kh năng l u tr H ư ả ữ 2: 4 litre

- Áp su t: 1,4 – 7 atm. ấ

-1 và có th đ t đ n 1200 ml.min

-1.

- L u l ng: 0 to 125 ml.min ư ượ ể ạ ế

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

H th ng n p m u (Sample Injection system) ệ ố ẫ ạ

Các yêu c u:ầ

- L ng m u thích h p ượ ẫ ợ

- T c đ n p m u ph i nhanh và m u n p khi vào c t tr ng thái khí ộ ạ ộ ở ạ ạ ẫ ẫ ả ố

i c a ự ộ ả ủ

Gi m s giãn peak (band broadenning) và tăng đ phân gi ả c tộ

 Microsyringe chu n (calibrated) ẩ

 Septum: màng b ng cao su silicone ằ

 Gia nhi t cho vùng n p m u: T > 50°C c a c u t có nhi ệ ấ ử ủ ẫ ệ ộ t đ sôi cao nh t ấ

ạ 20 m l đ i v i c t nh i (packed column) ể ạ ố ớ ộ ồ

ẫ ~  Th tích n p m u: ~ 0,2 m ặ ố ớ ỏ ơ ả

l ho c nh h m đ i v i mao qu n (open-tubular or capillary column)

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

H th ng n p m u (Sample Injection system) ệ ố ẫ ạ

S đ nguyên lý h th ng n p m u ệ ố ơ ồ ẫ ạ

C t mao qu n ả ộ C t nh i ồ ộ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

H th ng n p m u (Sample Injection system) ệ ố ẫ ạ

ẫ Ch đ n p m u: ế ộ ạ

- Chia dòng (split)

- Không chia dòng (splitless)

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C t s c ký (Column) ộ ắ

 C t nh i (packed column): ID: 2 – 4 mm, L: 2 – 3 m ồ ộ

- Pha tĩnh - Ch t h p ph đ ấ ấ ụ ượ c nh i vào c t ộ ồ

- phân tích khí (gas analysis)

- N p m u đ n gi n ạ ả ẫ ơ

- Đ chính xác cao ộ

 C t mao qu n (open-tubular or capillary column): ID: 0,25 – 0,5 mm, L: 25 – 50 m ả ộ

- N p m u khó khăn ạ ẫ

- ‘State of art’ column

- Pha tĩnh đ c ph vào m t trong c a c t (0,2 - 1 m m) ượ ủ ủ ặ ộ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C t s c ký (Column) ộ ắ

wall-coated open-tubular (WCOT) column

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C u t o c a c t nh i ồ ủ ộ ấ ạ

V c t: ỏ ộ thép không g ho c th y tinh Pyrex ỉ ủ ặ

c nh i vào c t : ấ ấ hai lo i ch t đ ạ ấ ượ ộ ồ

ướ

Kích th

c: - 30/40 -100/120 mesh - Đ ng nh t ấ

c ph pha tĩnh. Ch t h p ph (Adsorbents): ụ - Ch t h p ph . ụ ấ ấ - Ch t mang (support) đ ấ ượ ủ

Các ch t h p ph th ấ ấ ụ ườ ng s d ng: ử ụ

200°C – 1h: tách khí và các hyrocacbon ạ

5, kích th

ở c h t: 100/120 mesh, kích th x p:1 Å - 100 Å.  Alumina (Al2O3): Ho t hóa đ n Cế ướ ạ c l ướ ỗ ố

ỏ ẹ  Silica (SiO2): tách các khí có M nh và các Hydrrocacbon nh

2/g, kích th

- B m t riêng750 m x p trung bình: 22 Å ề ặ c l ướ ỗ ố

- B m t riêng 100m2/g kích th x p trung bình: 300 Å. ề ặ c l ướ ỗ ố

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C u t o c a c t nh i ồ ủ ộ ấ ạ

Các ch t h p ph th ấ ấ ụ ườ ng s d ng: ử ụ

ng pháp lo i tr (exclusion): ỏ ằ ươ ạ ừ

 Zeolith: Tách các khí có M nh b ng ph (ử molecular sieves) Rây phân t

ng đ ệ ườ ượ c s d ng đ tách H2, O2, ể ử ụ

- Các zeolith ký hi u: 5A và 13X: th N2, CH4, CO, Ar, Ne…

~ 1000 m2.g-1 ề ặ

2.g-1

 Cacbon: - Cacbon ho t tính: b m t riêng - Graphit: b m t riêng 5 - 100 m ạ ề ặ

ợ ử :

 Các h p ch t cao phân t ấ - Co-polymer c a polystyrene và divinylbenzene ủ - L x p: macropore và micropore - B m t riêng l n và đ x p cao ớ - T ng tác đa d ng v i các dung môi và ch t tan ti p xúc v i nó. ỗ ố ề ặ ươ ộ ố ớ ấ ạ ế ớ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C u t o c a c t nh i ồ ủ ộ ấ ạ

Các ch t mang s d ng cho GLC: ử ụ ấ

t c a khoáng diatomic), Celite nung, Celite nung ệ ủ

- Celite (m t d ng đ c bi ộ ạ ho t hóa b i Ag ho c Au, các h t vi c u th y tinh, polymer, teflon… ở ặ ặ ủ ầ ạ ạ

 Bi n tính Celite: ế

2CO3 và tr dung: silica

(cid:222) ở ớ ợ ế

(cid:222) -Nung lo i tác d ng v i Silica ạ 900°C v i Na ớ ụ ồ

cristobalite, các v t Kim gây màu (h ng) cho v t li u. ậ ệ Chromosorb P, Chromosorb W, Chromosorb G và Chromosorb S

 Vi c u Polystyren ầ

Chuy n ch t h p ph lên ch t mang: ấ ấ ụ ể

 S dung các nhóm Silanol ( ấ ” Si-OH) ử

Hexamethyldisilazane + ” Si-OH (cid:222) g c trimethylsilyl ố

 Ph ng pháp t m (slurry method of coating) ươ ẩ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C u t o c a c t mao qu n (capillary or open-tubular column) ủ ộ ấ ạ ả

Phát minh vào nh ng năm 1950 ữ

T c đ phân tách nhanh v i s l 300.000 đĩa ớ ố ượ ộ ố ự ớ ~ ng đĩa c c l n

Đ a vào áp d ng vào cu i nh ng năm 1970 ữ ụ ư ố

C u t o t ấ ạ ừ ủ th y tinh ho c fused silica ặ

ID = 0,25 – 0,5 mm

L = 25 – 50 m

c ph m t l p B m t trong c a mao qu n đ ủ ề ặ ả ượ ủ ộ ớ

m m m ng pha đ ng 0,25 – 1,5 ộ ỏ

(WallCoated Open-Tubular - WCOT)

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

C u t o c a c t mao qu n (capillary or open-tubular column) ủ ộ ấ ạ ả

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Phân c c: -CN, -CO và –OH

Bi n tính b m t fused silica ề ặ ế

Không phân c c: ự Hydrrocacbon (dialkyl siloxane)

Phân c c l n: Polyester

Đ phân c c (polar) c a các g c Silanol trên b m t ề ặ ủ ự ộ ố

ự ớ

Bi n tính b ề ế m t Silica ặ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

ng s d ng trong ườ ử ụ

nh h

ưở

Các pha tĩnh (ST) th GLC

ng c a đ phân c c c a pha ộ tĩnh đ n th i gian l u ờ

ự ủ ư

ủ ế

Polar SP

Non-polar SP

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

So sánh c t nh i và c t mao qu n ộ ộ ồ ả

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

n nhi t c t săc ký (Column Thermostating) Ổ ệ ộ

M c đích: B o đ m tính l p l ặ ạ ủ i c a th i gian l u ờ ư ụ ả ả

Isothermal: m u đ n gi n ơ ẫ ả

Topti.= f(Tsôi), Topti ‡ Tsôi v i RT= 2 – 30 phút

t (thermostating oven) Lò n nhi ổ ệ

Nhi t đ ch ng trình hóa ệ ộ

ươ (Temperature Programming)

t Lò n nhi ổ ệ

c a M u ph c t p: Tách các c u t ấ ử ủ m u d a vào s thay đ i c a T sôi ứ ạ ự ổ ủ ẫ ẫ ự

C t s c ký ộ ắ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

hai ch đ : Isothermal ồ ở

So sánh s c ký đ ắ và ch ế ộ ng trình hóa nhi ươ t đ ệ ộ

Ch ng trình hóa nhi ươ t đ ệ ộ

H s kh năng ệ ố ả

Đ phân gi i ộ ả

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Nhi t đ ch ng trình hóa ệ ộ ươ

Tăng kh năng tách c a c t nh ng ng t ư ủ ả ờ ộ ụ ồ ố r i b c h i dung môi ơ

Dung môi b c h i ngay khi ơ ố vào c t s c ký ộ ắ

ư

trên c t Dung môi ng ng t ụ khác, cùng v i các c u t ử ấ sau đó b c h i, tái phân b ố ố ơ i các ch t c n phân tích l ấ ầ ạ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Các vùng có gia nhi t c a h s c ký khí (GC) ệ ủ ệ ắ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Đ u dò (Detectors) ầ

M t s yêu c u: ộ ố ầ

c tuy n tính ho c g n tuy n tính v i l ng m u  Tín h u thu đ ệ ươ ớ ượ ế ế ầ ặ ẫ

 Th i gian tr l i nhanh ả ờ ờ

 Phát hi n đa d ng (universal detection) ệ ạ

 Tín hi u ra không ph thu c và nhi ụ ệ ộ t đ ệ ộ

nhi ng đ n 400°C (đ i v i GC)  Làm vi c n đ nh t ệ ổ ị ừ t đ th ệ ộ ườ ố ớ ế

 Thermal Conductivity Detector (TCD)  Flame Ionization Detector (FID)  Electron Capture Detector (ECD)  Nitrogen-Phosphorous Detector (NPD)  Flame Photometric Detector (FPD): FID tweaked for S compounds  Photoionization Detector (PID)

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Thermal Conductivity Detector (TCD)

Measures heat loss from a hot filament – nearly universal  Filament heated to const T  When only carrier gas flows heat loss to metal block is constant, filament T remains constant  When an analyte species flows past the filament generally thermal conductivity goes down, T of filament will rise. (resistance of the filament will rise).

Đ d n nhi

t c a khi mang (He ho c H2)

ộ ẫ

ệ ủ

10 l n l n h n các h p ch t h u c

ấ ữ

ầ ớ

ơ

ơ

S đ nguyên lý

ơ ồ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Thermal Conductivity Detector (TCD)

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Flame Ionization Detector (FID)

Sensitive towards organics

 Analyte is burned in H2/air, which produces CH and CHO+ radicals  CHO+ radicals are reduced at a cathode which produces a current proportional to the radical quantity ~ 10-12 A  Specific for organic carbon, insensitive to inorganics, CO2, SO2 etc.  Generally DL 100x less than TCD about pg/s (flow rate dependent)  Response to specific organic depends on the number of organic carbons.

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Electron Capture Detector (ECD)

Sensitive to electron withdrawing groups especially towards organics containing –F, -Cl, -Br, -I also, -CN, NO2

 Nickel-63 source emits energetic electrons collides with N2 (introduced as make- up gas or can be used as carrier gas) producing more electrons:

Ni-63 (cid:222) e-, e- + N2 (cid:222) 2e- + N2+

 The result is a constant current that is detected by the electron collector (anode).

A-

 As an analyte flows through past the Ni-63 source, electron capture is possible by electron-withdrawing species: A + e- (cid:222)  Current decreases as a result of e- capture by analyte. This is one of the few instances in which a signal is produced by a decrease in detectable phenomenon.

 Very low DL for detected species 10-15g/ml for many halogenated substances

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Electron Capture Detector (ECD)

The bad

S đ nguyên lý

ơ ồ

 Radioactive Ni-63 source

 Easily contaminated with O2, H2O, sample overloading.

 High maintenance device.

 Highly variable response to halogenated substances

 Sometimes complementary information from FID helps.

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

M t s k thu t chuy n valve ậ ộ ố ỹ ể

Back flushing Techniques

ụ ấ ễ

ứ ớ ư

ươ ộ

M c đích : phân tích các m u ch a các ẫ ng tác m nh v i c t: ch t tan t nhi m b n c t ho c th i gian l u kéo ặ dài

 Valve 8 c ngổ

 Chuy n valve và đ o chi u ả chuy n đ ng c a pha đ ng ể ộ ủ ể ộ

ế ự ủ ẩ

 H n ch s nhi m b n c a c t ộ ễ và th i gian phân tích ạ ờ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

M t s k thu t chuy n valve ậ ộ ố ỹ ể

Apparatus for Heart Cutting

 Valve 6 ngả

ố ệ ố ớ ộ

 S d ng đ i h th ng v i hai c t và 2 ử ụ detectors

vùng gi a c a m u đ c ấ ử ở ủ ữ ẫ ượ

 Các c u t phân tách trên c t 2ộ

đ u và cu i đ c phân ẩ ử ầ ố ượ

 Các c u t tách trên c t 1ộ

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

Thu th p và x lý s li u (Data Acquisition and Processing ) ố ệ ử ậ

Nguyên lý A/D Converter

B. S c ký khí (Gas-Liquid Chromatography)

M t s ng d ng c a GC (GLC) ộ ố ứ ủ ụ

t đ n vài trăm °C  Áp d ng đ i v i các m u b c h i và n đ nh nhi ẫ ố ớ ụ ố ơ ổ ị ệ ế

 Có kh năng phát hi n và phân tích r t nhi u ch t và h n h p ề ệ ấ ấ ả ỗ ợ

trong các m u t ấ ử ộ ị ẫ ừ

 Đ c ng d ng r ng rãi đ tách và xác đ nh các c u t ể nhi u ch ng lo i khác nhau ượ ứ ủ ề ụ ạ

M t vài ví d : ụ ộ

☺ Ketones: polydiméthyl siloxane

☺ Alkaloïdes: 5% phenyl polydimethyl siloxane

☺ Steroïds: 50% phenyl polydimethyl siloxane

☺ Chlorinated Aromatics: 50% Trifluoropropyl polydimethyl siloxane

☺ Alcohols: Polyethylenglycol

☺ Esters: 50% Cyanopropyl polydimethyl siloxane

 S c ký khí k t h p kh i ph ổ ế ợ ắ ố

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

 S c ký phân b (partition chromatography)

 S c ký h p ph ho c l ng-r n (adsorption or ặ ấ liquid-solid chromatography)

 S c ký trao đ i ion (ion exchange chromatography)

tr kích

th

c (size exclusion

ướ

 S c ký lo i ạ ắ chromatography)

Phân lo i HPLC d a b n ch t t ng tác ấ ươ ự ạ ả

VD: nguyên lý s c ký trao đ i ion ắ (acide amine)

pH2

-

+

+ Na

SO3

H3N

c

S c ký lo i tr kích th ạ ừ

ướ

COOH

Ion-exchange Resin

+

-

H3N

SO3

- COO

pH4.5

+

Na

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Phân lo i HPLC d a vào v t li u nh i ồ ự ậ ệ ạ

ặ ể

c nh i trong c t

ượ

Pha đ ng

tr ng thái l ng: Các dung môi, h n h p dung môi ho c n

ở ạ

c ướ

ủ Pha tĩnh đ Đ c đi m c a HPLC ồ

 Pha thông th ng (Normal phase): v t li u nh i là silica đ n gi n ườ ậ ệ ả ơ ồ

 Trao đ i ion: silica bi n tính (mdified silica) ế ổ

 Pha đ o (reverse-phase): silica bi n tính ế ả

Ph n l n các HPLC là pha đ o

ầ ớ

trên pha tĩnh ị ữ

 Ch t phân tích đ ượ phân c c nh h n cho đ n khi b r a trôi ỏ ơ b i pha đ ng phân c c đ l n ự

c gi ữ ế ủ ớ

 Thao tác đ n gi n

ơ

 Hi u qu cao

 C t làm vi c n đ nh

ệ ổ

ạ ấ ử ho c khác xa nhau

ng t

Có th phân tích cho c hai lo i c u t có đ c tính t ự

ả ặ

ươ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

ặ ầ ế ề ả ầ

ề ệ ng trình HPLC pha đ o đ u thu đ ử ụ ượ ừ ph c t ứ ề ươ ươ ử ả

M c d u có nhi u lý thuy t nghiên c u v vi c s d ng pha đ o nh ng ph n ư l n các ch ng pháp th và sai ớ (by trial and error).

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

ườ

Pha tĩnh-Pha đ oả (Stationary Phases for Reversed-Phase LC) Pha tĩnh bình th ng c a LC ủ (Stationary Phases for Normal LC)

 G c R là C8 (n-octyl), C12 (n-octyl) ho c C18 (n-octyldecyl).

ng đ i không phân c c:

ươ

methanol,

 Pha đ ng t Hexane, Isopropyl eter, toluene…

 Pha đ ng là H2O + dung môi hòa tan ethanol, (acetonitrile, isopropanol).

ẽ ị ử ủ ự

ấ ấ

 Các c u t không phân c c s b r a ấ ử ra nhanh nh t, tăng đ phân c c c a ấ pha đ ng s gi m th i gian ch y m u ờ ẽ ả

 Các c u t phân c c s b r a ra nhanh nh t, tăng đ phân c c c a pha ộ đ ng s làm tăng th i gian ch y m u ờ

ẽ ị ử ự ạ

ủ ẫ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

nh h ng c a b n ch t pha tĩnh đ n ch t l ng tách Ả ưở ấ ượ ủ ế ả ấ

Pha đ oả

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

S đ nguyên lý c a HPLC ơ ồ ủ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Các yêu c u đ i v i dung môi ố ớ ầ

-1 v i E<0,5%

 Áp su t b m: vài trăm atm ( ~ 6000psi), l u l ng 0,1 – 10 ml.min ấ ơ ư ượ ớ

 V t li u b m b n ăn mòn đ i v i nhi u lo i dung môi khác nhau ố ớ ậ ệ ề ề ạ ơ

 Ch đ b m piston ế ộ ơ

 C h t trong c t s c ký: 3 - 10 m m ộ ắ ỡ ạ

 M t ho c nhi u bình ch a dung môi (500 ml) ứ ề ặ ộ

gi m đ r ng c a peak ạ ỏ ặ ộ ộ ủ ả

ng đ n ch t l  Lo i b hoàn toàn khí hòa tan và c n trong dung môi ng detector (band spreading) và nh h ưở ấ ượ ế ả

 Đu i khí hòa tan trong dung môi b ng khí tr (sparger) ằ ổ ơ

 L a ch n ch đ tách r a (elution) cho dung môi ử ế ộ ự ọ

(proportionating valves) cho phép đ a dung môi t ạ ị ư ừ

 Trang b các lo i valves t hai bình ch a v i các l u l l ỷ ệ ng thay đ i liên t c ổ ư ượ ứ ụ ớ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Hi u qu tách b ng ph ng ệ ả ằ ươ

pháp gradient elution

Quá trình tách r a (Elution) ử

ử ụ ả ơ

 S d ng m t dung môi đ n gi n có thành ph n không đ i: ộ ổ isocratic ầ

ử ụ ề ệ ơ

 S d ng hai hay nhi u h n các h dung môi có đ phân c c (polarity) khác nhau ộ nhi u: ề gradient elution

ng trình

ươ

 T l các lo i dung môi đ ỷ ệ hóa liên t c ho c theo t ng b c ặ ụ

ượ ch c ậ

ấ ượ

ng c a quá ủ

 Gradient elution: tăng ch t l trình tách (improve seperation efficiency)

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Đ phân c c c a m t s dung môi s d ng trong HPLC ự ủ ộ ố ử ụ ộ

Polar Solvents

Water > Methanol > Acetonitrile > Ethanol > Oxydipropionitrile

Non-polar Solvents

N-Decane > N-Hexane > N-Pentane > Cyclohexane

L a ch n pha đ ng và pha tĩnh ộ ự ọ

phân tích, pha đ ng, pha tĩnh Ch y u d a vào s phân c c c a c u t ự ủ ế ấ ử ủ ự ự ộ

ự ộ

ắ ng đ c n phân tích và pha tĩnh là Quy t c chung: đ phân c c (polarity) c a c u t ấ ử ầ t ng còn pha đ ng có đ phân c c sai bi t ệ ộ ươ ủ ự ươ ộ

và pha tĩnh quá gi ng nhau: th ấ ử ự ươ ng tác m nh gi a ạ ữ

(cid:222) ủ c n phân tích và pha tĩnh ố th i gian phân tích kéo dài Khi đ phân c c c a c u t ộ c u t ấ ử ầ ờ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Tính ch t m t s lo i dung môi s d ng trong HPLC ộ ố ạ ử ụ ấ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

H th ng n p m u (Sample Injection Systems) ệ ố ẫ ạ

S d ng valve 6 c ng ử ụ ổ

(cid:222) N p m u qua vòng l y m u (sampling loops) ẫ ạ ấ ẫ S c ký l ng hi n đ i ạ ệ ắ ỏ

m Có th thay th sampling loops t l đ n 500 l ể ể ừ m 5 ế

Sai s c a l ng m u n p d i 1% ố ủ ượ ạ ẫ ướ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

C t s c ký HPLC ộ ắ

 Thông th ng: ườ

ể ố ế ộ ề

L = 10 – 30 cm và có th n i ti p 2 c t hoăc nhi u h nơ

ID = 4 – 10 mm, kích th c h t nh i: 3, 5 và 10 m m ướ ồ ạ

40.000 – 60.000 đĩa/m c tộ  C t t c đ cao và hi u qu h n ộ ố ả ơ ộ ệ

L = 3 - 7 cm và có th n i ti p 2 c t hoăc nhi u h n ể ố ế ộ ề

ID = 1 – 4,6 mm, kích th c h t nh i: 3 ho c 5 ơ m m ướ ồ ạ ặ

100.000 đĩa/m c tộ

ộ ả ượ ắ ọ ủ ể ộ

c c t phân tách đ kéo dài tu i th c a c t ộ ỡ ạ ớ ổ ư ầ ộ

C t b o v (Guard Column) ệ Đ c l p đ t tr ặ ướ Thành ph n = thành ph n c a c t phân tách nh ng c h t l n ủ h n đ gi m t n th t áp su t ấ ổ ầ ể ả ấ ơ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

n đ nh nhi t đ c a c t (Column Thermostats) Ổ ị ệ ộ ủ ộ

 Ph n l n ng d ng cua HPLC đ c th c hi n nhi t đ phòng ầ ớ ứ ụ ượ ệ ở ự ệ ộ

ng c a s c ký đ s t t h n n u duy trì nhi t đ c a c t ủ ắ ồ ẽ ố ơ ế ệ ộ ủ ộ

 Tuy v y ch t l ấ ượ ậ không thay đ i (sai s < 0,05°C) ổ ố

t cho c t (Column ạ ượ ộ

c trang b thêm lò gia nhi ệ g n 150°C v i sai s < 0,05°C  Thi t b HPLC hi n đ i đ ế ị heater) n đ nh nhi ổ ệ t đ ệ ộ ở ầ ị ớ ố ị

c làm l nh (water jackets fed) t b n nhi t ạ ừ ể ổ ệ

 Trang b h th ng phun n ị ệ ố đ kh ng ch chính xác nhi ế ể ố ướ t đ ệ ộ

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Đ u dò (Detector) dùng cho HPLC ầ

Không nh y và có kh năng phân tích đa d ng nh detector c a GC ủ ư ạ ạ ả

Th ng g p nh t là Detector UV-Vis ườ ặ ấ

LOC: Limit Of Detection

Mass LOD = concentration (mol/L) x inj. vol. (L) x FW (g/mol)

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

UV-Vis and Fluorescence Detector Electrochemical Detector

l l

l l

= 200-400nm = 200-400nm s d ng ử ụ

254 nm 254 nm

Amperometric detection = fixed potential and measure the current response.

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Refractive Index Detector

B. S c ký l ng hi u qu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Các ph ng pháp nâng cao đ phân gi i trong HPLC ươ ộ ả

 Tăng chi u dài c a c t (Increase column length) ủ ộ ề

ng kính c a c t (Decrease column diameter)  Gi m đ ả ườ ủ ộ

ng pha đ ng (Decrease flow-rate)  Gi m l u l ả ư ượ ộ

 Pha tĩnh (v t li u nh i c t) đ ng nh t (Uniform stationary phase (packing)) ấ ậ ệ ồ ộ ồ

 Gi m th tích b m m u (Decrease sample size) ẫ ể ả ơ

 L a ch n pha tĩnh s ch h n (Select proper stationary phase) ự ạ ọ ơ

 L a chon pha đ ng tinh khi t h n (Select proper mobile phase) ự ộ ế ơ

 S d ng áp su t n đ nh h n (Use proper pressure) ử ụ ấ ổ ơ ị

 Thành ph n c a pha đ ng thay đ i h p lý (Use gradient elution) ầ ủ ổ ợ ộ

So sánh HPLC và GC (Comparison of HPLC and GLC)

Các đ c đi m chung: ể ặ

 Hi u qu , đ ch n l c cao, ng d ng r ng rãi ả ộ ọ ọ ứ ụ ệ ộ

 Th tich m u nh ể ẫ ỏ

 Có th không phá h y m u (nondestructive of sample) ẫ ủ ể

 Đ nh l ị ượ ng d dàng ễ

u đi m c a GC Ư u đi m c a HPLC ủ ể Ư ủ ể

ụ ượ  Thi t b đ n gi n và r ế ị ơ ả ẻ

 Áp d ng đ bay h i và không b n nhi ơ c v i các m u không ẫ t ệ ớ ề  Nhanh chóng

c cho các ion vô c Áp d ng đ ụ ượ ơ  D dàng k t n i v i ph kh i ố ế ố ớ ễ ổ