Chuyên đề: Sắc ký ( Cơ sở lý thuyết và ứng dụng)

Chia sẻ: AnhThaoPro | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

1.238
lượt xem 410
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sắc ký (Chromatography) là phương pháp tách, phân ly, phân tách các chất dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa hai pha động và tĩnh. Khi tiếp xúc với pha tĩnh, các cấu tử của hỗn hợp sẽ phân bố giữa pha động và pha tĩnh tương ứng với tính chất của chúng (tính bị hấp phụ, tính tan, …). Trong hệ thống sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyển động dọc theo hệ sắc ký. Các chất khác nhau sẽ có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh. Trong quá...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chuyên đề: Sắc ký ( Cơ sở lý thuyết và ứng dụng)

CHUYÊN ĐỀ: SẮC KÝ (CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG) Sample Mobile phase Detector t0 t1 t2 t3 t4 Detector signals t0 t1 t2 t3 t4 Time TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ VẬT LIỆU, KHOA HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
A. ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ (Chromatography) Được phát minh bởi nhà sinh vật học người Nga – Mikhail Tswest Tách Chlorophills và Xanthophylls bằng CaCO3 Tiếng Hy-lạp: Chroma: màu Graphein: ghi Sắc ký màng mỏng (planar chromatography), Sắc ký cột (Column chromatography) Phương pháp sắc ký:  Kỹ thuật tách (seperation) các cấu tử trong một hệ đồng thể (khí hoặc lỏng)  Cân bằng nồng độ của các cấu tử trong hai pha tiếp xúc nhau: pha tĩnh (stationary phase) và pha động (mobile phase)  Sự phân tách dựa trên tốc độ kéo theo (elution) khác nhau của các cấu tử trong cột (column)  Một đầu dò (detector) ở đầu ra của cột cho phép định lượng liên tục các cấu tử trong hỗn hợp đầu
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ (Chromatography) Flow of Mobile Phase I njector Detector T= 0 T= 10’ T= 20’ Most I nteraction w ith Stationary Phase Least
Sắc ký phân tách (Elution chromatography) Phân tách sắc ký: Các chất tan bị rửa qua một pha tĩnh nhờ sự chuyển động của pha động qua nó Mẫu Pha động Detector t0 t1 t2 t3 t4 Tín hiệu detector t0 t1 t2 t3 t4 Thời gian
Sắc ký phân tách (Elution chromatography) Phân tách sắc ký: Các chất tan bị rửa qua một pha tĩnh nhờ sự chuyển động của pha động qua cột chứa pha tĩnh Pha động
Sắc ký đồ (Chromatogrames) Điều kiện để thu được sắc ký đồ: - Đầu dò (Detector) được lắp đặt ở điểm cuối của cột - Đầu dò tương thích với các chất cần phát hiện Sắc ký đồ: Biểu diễn sự biến thiên của tín hiệu ra theo thời gian hoặc theo thể tích tiêu hao của pha động Các peaks đối xứng (hoặc không đối xứng) Phân tích định tính (qualitative) và định lượng (quantitative)
Sắc ký đồ (Chromatogrames) • Vận tốc di chuyển tương đối (relative migration rates) • Sự giãn peak (band broadening) Sự phân giải (resolution)
Vận tốc di chuyển của các chất tan (Migration rates of solutes) Thời gian lưu tR (Retention time) Tốc độ di chuyển trung bình của chất tan L v= tR Tốc độ di chuyển trung bình pha động L u= to
Vận tốc di chuyển của các chất tan (Migration rates of solutes) Hệ số phân bố K Cân bằng phân bố của chất tan trong pha động và pha tĩnh (Partition Ratios) Amobile Astationary cs K= cM Quan hệ giữa tốc độ di chuyển và hệ số phân bố moles of solute in mobile phase v = u× total moles of solute VS và VM có thể xác định dựa theo phương pháp chuẩn bị cột cM VM 1 v = u× = u× cM VM + cSVS 1 + cSVS cM VM 1 v = u× 1 + KVS VM
Vận tốc di chuyển của các chất tan (Migration rates of solutes) Hệ số khả năng Thông số thực nghiệm quan trọng (Capacity Factor) Mô tả tốc độ di chuyển của chất tan trong cột Đối với chất tan A, hệ số khả năng k’A: K AVS 1 kA = ⇒ v = u× ' 1+ kA ' VM tR tR − tM LL 1 =× ⇒ kA = ' tR tM 1 + k A ' tM tM
Vận tốc di chuyển của các chất tan (Migration rates of solutes) Tốc độ di chuyển tương đối: Hệ số chọn lọc α (Selectivity Factor) B là cấu tử bị giữ mạnh ở trên cột KB α= A là cấu tử bị hấp phụ yếu hơn trên KA cột α ≥ 1 ( tR ) B − tM ' k α= = B ( tR ) A − tM ' k A
Hiệu quả của cột sắc ký (Efficiency of chromatographic colunms) Sự giãn peaks (band Một phân tử chịu hàng ngàn lần chuyển từ pha động sang pha tĩnh broadenning) Cần trao đổi năng lượng giữa phân tử và môi trường xung quanh Thời gian lưu của một phân tử trong một pha thường có sai lệch ngẫu nhiên so với các phân tử cùng loại khác Khoảng cách di chuyển thực tế trong cột có thể khác nhau giữa các phân tử Giãn đối xứng (symmetric spread) xung quanh một giá trị chính Dạng hình học của peak: phân bố Gaussian hoặc đường cong sai số chuẩn (normal error curves)
Hiệu quả của cột sắc ký (Efficiency of chromatographic colunms) ĐỊNH LƯỢNG HIỆU QUẢ CỦA CỘT SẮC KÝ N = L/H Chiều cao tương đương của đĩa (H) Số đĩa lý thuyết (N) (Plate height) (Number of theoritical plates) Độ lệch chuẩn (σ ) 2 t  N = 16 R  Variance (σ 2) W  tR = (t’)R + to σ2 H= L W
Hiệu quả của cột sắc ký (Efficiency of chromatographic colunms) σ τ= Variance thời gian của peak: τ 2 L tR Với L/tR: Vận tốc thẳng trung bình (average linear velocity) của chất phân tich Xác định τ từ thực nghiệm: tR 2σ Vẽ 2 tiếp tuyến từ các điểm uốn Diện tích tam giác = 96% diện tích peak (sai lệch ± 2τ ) và W= 4τ LW σ= W 4t R LW 2 H= 2 16t R 2  tR  N = 16  W  N = L/H
Hiệu quả của cột sắc ký (Efficiency of chromatographic colunms) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ CỘT SẮC KÝ Tốc độ dòng của pha động: Hminimum (Hiệu quả cao nhất) xuất hiện ở vùng tốc độ thấp (0,1 – 0,2 m.s-1: LC và 1-2 m.s-1: GC) Kích thước hạt của pha tĩnh đối với cột nhồi (column packings) Chiều dày mỏng hơn của lớp cố định (immobilized film) khi pha tĩnh là chất lỏng hấp thụ trên chất rắn (liquid adsorbed on a solide) Tăng nhiệt độ sẽ làm giảm sự giãn peak đối với tất cả các trường hợp Giảm độ nhớt của pha động
Độ phân giải của cột (Rs) (Column resolution) Độ phân giải của cột (Rs) cung cấp các giá trị định lượng đặc trưng cho khả năng tách của hai chất cần phân tích 2[ ( t R ) B − ( t R ) A ] 2∆ Z Rs = = W A + WB W A + WB RS = 0,75 độ phân giải và phân tách peak kém RS = 1 Vùng A chứa khoảng 4% B và vùng B chứa khoảng 4% (overlap = 4%) RS = 1,5 phân tách peak gần tuyệt đối (overlap = 0,3%) Tăng độ phân giải: Tăng chiều dài cột >< thời gian
Độ phân giải của cột (Rs) (Column resolution) Ảnh hưởng của các hệ số khả năng và chọn lọc đến độ phân giải Xét độ phân giải của hai chất A và B:  Số lượng đĩa (number of plates), N  Hệ số khả năng (capacity factor), k’B Rs  Hệ số chon lọc (selectivity factor), α N  α − 1  k B  '   Rs =  4  α  1 + k B  ' Số đĩa cần thiết (chiều cao cột   sắc ký để đạt được một độ phân giải cho trước 2 2 1+ k  α ' '  N = 16 Rs2  B  k   α −1 B 
Độ phân giải của cột (Rs) (Column resolution) Ảnh hưởng của độ phân giải đến thời gian lưu Mục đích của một quá trình phân tích sắc ký Xác định thời gian lưu tR  Độ phân giải cao  Thời gian lưu nhỏ nhất đối với cấu tử khó tách (tR)B ( ) '2 2 16 R H  α  1 + k 2 (tR ) B = s   B () u  α −1 '2 k B u: Tốc độ tuyến tính của pha động
Tóm tắt các công thức Chiều cao đĩa (plate height) và số đĩa Tốc độ di chuyển trung Tốc độ di chuyển trung bình của chất tan bình pha động (number of plates) L L v= u= N = L/H tR to 1 σ2 LW 2 v = u× H= H= 1 + KVS VM 2 16t R L 2 t  N = 16 R  W  Hệ số khả năng (capacity factor) Độ phân giải của cột (column resolution) KV 1 k = AS ⇒ v = u× ' A 1+ kA ' VM 2[ ( t ) − ( t ) ] N  α − 1  k B  2∆ Z '   Rs = = RB RA Rs =  4  α  1 + k B  tR − tM W A + WB W A + WB ' kA = '   tM 2 2 1+ kB  2 α '  '  N = 16 Rs   k  α −1 Hệ số chọn lọc (selectivity factor)  B  KB α= KA 16 R H  α  (1 + k ) '2 2 2 (t ) − t (tR ) B ' k = s   B α= = RB o u  α −1 (k ) B ( t R ) A − to '2 ' kA B
Áp dụng Số liệu ban đầu: (tR)A=16.4 phút, (tR)B=17.63 phút, (tR)M=1.3 phút, chiều dài cột: L=30 cm Độ rộng của peak tại đường nền: WA=1.11 phút và WB=1.21 phút Tính toán: Rs, N, H, Chiều dài của cột để bảo đảm Rs=1.5 và (tR)B tương ứng. Giải: Rs= 2(17.63 – 16.4)/(1.11+1.21) = 1.06 N = 16(16.4/1.11)2 = 3493 và N = 16(17.63/1.21)2 = 3397  α − 1  k B  ' N   Rs =   ⇒ N = (3493+3397)/2= 3445  α  1 + k B  ' 4    α  (1 + k B ) 2 2 16 Rs2 H ' H = L/N = 30/3445 = 8.7× 10 cm (tR ) B -3 =   α −1 (kB )2 u  ' Do k’B và α không thay đổi khi tăng chiều cao của cột, ta có: ( Rs ) 1 N1 1.06 3445 = ⇒ = ⇒ N 2 = 6.9 × 10 3 ( Rs ) 2 1.5 N2 N2 ( Rs ) 12 (tR )1 L = N × H = 6.9 × 10 3 × 8.7 × 10 −3 = 60 cm 17.63 1.06 2 ⇒ ( t R ) 2 = 35 phut = ⇒ = (tR ) 2 ( t R ) 2 1 .5 ( Rs ) 2 2 2