Tóm tắt lý thuyết chương 9: Sấc ký khí

lOMoARcPSD|35919223 GC- SẮC KÝ KHÍ online
Hóa (Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội)
Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223 Mục tiêu học t¿p
1. Trình bày đ°ợc bản chất, đặc điểm các CH¯¡NG 9
pha dùng trong sắc ký khí. SÀC KÝ KHÍ
2. Trình bày đ°ợc nguyên tắc ho¿t động của Detector: FID
3. Phân biệt đ°ợc các lo¿i cột dùng trong sắc ký khí.
4. Giải thích đ°ợc kỹ thuật chuẩn hóa diện
ThS. Nguyễn Thị Thùy Linh tích trong sắc ký khí. 25-Apr-22 1 25-Apr-22 2 PHÂN LO¾I SK KHÍ Chất phân tích
SÁc ký khí-lỏng (GLC)
SÁc ký khí–rÁn (GSC) F1 F = 0 2
Pha tĩnh là chÁt lỏng
Pha tĩnh là chÁt rÁn Pha tĩnh Pha động
Pha động khí tr¡(khí mang)
SÁc ký khí Phân Bố
SÁc ký khí HÁp Phụ vận chuyển chất PT 25-Apr-22 3 25-Apr-22 4
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí
 Tách các chất có khả năng bay h¡i và bền với
 Các hợp chất không thể phân tích hoặc khó
nhiệt trong hỗn hợp phân tích. phân tích bằng GC:
+ Các hợp chất có điểm sôi lên tới 4000C
+ Các hợp chất không bay h¡i (kim lo¿i vô c¡, ion và
+ Các hợp chất không bị phân hủy á nhiệt độ hóa muối) h¡i của chúng.
+ Các hợp chất phản ứng cao và các hợp chất không ổn
định về mặt hóa học (axit hydrofuoric và các acid m¿nh
+ Các hợp chất phân hủy á nhiệt độ hóa h¡i của
khác, ozone,NO , hợp chất khác) x
chúng, nh°ng luôn luôn bằng nhau → Gọi là
+ Các hợp chất hấp phụ cao (các hợp chất chứa nhiệt phân GC
carboxyl, nhóm hydroxyl, nhóm amin, hoặc l°u huỳnh)
+ Các hợp chất mà mẫu chuẩn khó thu đ°ợc ( khó khăn
cho định tính và định l°ợng) 25-Apr-22 5 25-Apr-22 6
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí
 Quá trình tách phụ thuộc vào khả năng bay h¡i
Nếu dung dịch lý t°áng, tuân theo định luật Raoult:
của các chất tan- tức là điểm sôi. p= x.p0
 Hệ số phân bố x/p phụ thuộc Po và hệ số ho¿t
P :là áp suất h¡i của chất tan tinh khiết 0 độ
p : là áp suất h¡i của chất tan trên dung dịch
x : là phân số mol chất tan trong dung dịch
Dung dịch thực cần thêm hệ số ho¿t độ cho x: p= x. γ.p0
à nồng đô thấp, γ const nên x/p là hß số phân bố 1 x K    0 p p 25-Apr-22 7 25-Apr-22 8
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí 25-Apr-22 9 25-Apr-22 10
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí 25-Apr-22 11 25-Apr-22 12
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223
1. Nguyên tÁc cÿa SK khí Thā tự rửa gi¿i: Nhißt đß sôi Methanol: 64,7 0C Ethanol : 78,3 0C
Áp suất h¡i phụ thuộc vào tính bay h¡i của chất tan nên Acetone: 56 0C Isobutanol: 108 0C
thứ tự rửa giải theo thứ tự điểm sôi tăng dần. (ngo¿i trừ
t°¡ng tác đặc biệt giữa chất tan và pha tĩnh) ??? T¿i sao thứ tự
Ví dụ: Phân tích hàm l°ợng Methanol trong R°ợu rửa giải không theo
thứ tự tăng dần điểm sôi?
Cột DB-624, 30,0 m x 0,32mm, khí mang T = 78,30C
nit¡ 1,7ml/ phút, nhiệt độ ban đầu 60 0C T = 64,70C s s
trong 4 phút, tăng 30 0C /phút đến 120 0C
trong 3 phút. Ethanol 150mg/ dl; methanol
75 mg/dl và acetone 30mg/dl, chuẩn nội 25-Apr-22 13 25-Apr-22 14 isobutanol 75 mg/dl Chế đß nhißt đß a. Đẳng nhiệt
- Nhiệt độ của lò cột là hằng số trong suốt quá trình phân tích.
- Ch°¡ng trình này không thích hợp để phân tích hỗn hợp
các chất có khả năng bay h¡i khác nhau quá xa.
Nếu cột đ°ợc vận hành á nhiệt độ cao
+ Các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ rửa giải nhanh, độ phân giải tốt.
+ Các cấu tử điểm sôi thấp thì rửa giải sớm và thậm chí
các pic còn chập lên nhau.
Nếu cột vận hành á nhiệt độ thấp
+ Các chất dễ bay h¡i có thể phân giải tốt.
+ Nh°ng các cấu tử có điểm sôi cao thì thßi gian l°u sẽ dài 25-Apr-22 15 25- và Apr-2 pic 2 rộng, không cân đối. 16 Chế đß nhißt đß Chế đß nhißt đß
b. Ch°¡ng trình hoá nhiệt độ:
b. Ch°¢ng trình hoá nhißt đß:
- Nhiệt độ ban đầu cho cột tách t°¡ng ứng với cấu tử có Mục đích:
nhiệt độ sôi thấp nhất, thích hợp là d°ới 90 độ C
+ Để phân tích các thành phần có sự bay h¡i
- Sau đó nhiệt độ đ°ợc nâng lên theo tốc độ chọn tr°ớc
khác nhau, giảm thßi gian phân tích, tăng khả
cho đến nhiệt độ cuối cùng t°¡ng ứng với nhiệt độ của năng dò tìm các cấu tử
cấu tử có điểm sôi cao nhất.
+ Giúp rửa s¿ch cột bị nhiễm bẩn các cấu tử có
- Khi nhiệt độ của cột tăng lên thì các cấu tử sẽ lần l°ợt
nhiệt độ sôi cao trong những lần tiêm tr°ớc.
tách khỏi cột vào thßi điểm nhiệt độ của cột đ¿t đến nhiệt
độ sôi của từng cấu tử. 25-Apr-22 17 25-Apr-22 18
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223 2. MÁY SÀC KÝ KHÍ
- Pha đßng: Khí mang đ°a mÁu đi qua cßt.
- Hß thống tiêm mÁu: Đ°a mÁu vào cßt.
- Pha tĩnh: Cßt sÁc ký đặt trong lò cßt.
(a) tách đẳng nhißt cÿa các ankan t°¢ng tự ở 150oC. Cßt 3% Apiezon-L on
- Detector: Phát hißn chÁt phân tích trong mÁu.
100–120 mesh VarAport 30. Khí mang helium ở 10 ml/min. (b) MÁu 25-Apr- v
22à cßt nh° (a) nh°ng nhißt đß tách đ°ợc ch°¢ng trình hóa cho 19 2 - 5- Hß t
Apr-22 hống thu nh¿n và xử lý dữ lißu. 20
thÁy đß phân gi¿i cao h¢n và thời gian ngÁn h¢n. 25-Apr-22 21 25-Apr-22 22
2.1. HÞ CÀP PHA ĐÞNG
2.1. HÞ CÀP PHA ĐÞNG
• Pha động chứa trong các bom khí, đi kèm có
van giảm áp và đồng hồ kiểm tra l°u l°ợng khí.
Yêu cầu đối với pha đßng:
• Pha động th°ßng là các khí tr¡ nh°:
+ Tr¡ với pha tĩnh, vật liệu làm cột và chất phân tích heli, argon,
nit¡, hoặc khí carbonic và
+ Không độc và không dễ cháy, rẻ tiền. khí hydro.
+ Phải đảm bảo khô, tinh khiết.
• Lựa chọn khí tr¡ còn phụ thuộc vào lo¿i detector
• Khí mang đ°ợc đi qua bộ phận bẫy để lo¿i h¡i n°ớc,
và cột đ°ợc sử dụng. (Cột nhồi th°ßng dùng không khí và oxy…
heli hoặc nit¡, heli cho pic hẹp vì chuyển khối
• Áp suất vào cột dao động trong khoảng 10 - 50 psi (0,7 -
nhanh h¡n; cột mao quản hay dùng heli, hydro)
3,5 bar) đảm bảo tốc độ dòng 1  50 mL/ phút tuỳ thuộc vào lo¿i cột. 25-Apr-22 23 25-Apr-22 24
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223
2.1. HÞ CÀP PHA ĐÞNG 2.2. HÞ TIÊM MÀU
• Có nhiều kỹ thuật tiêm khác nhau đối với mẫu lỏng
Kĩ thuật tiêm không chia dòng:
- Khí mang đ°ợc đi qua bộ phận bẫy để lo¿i h¡i n°ớc,
Kĩ thuật tiêm mẫu chia dòng: không khí và oxy vì:
Kĩ thuật tiêm trực tiếp vào cột:
+ H¡i n°ớc: ảnh h°áng đến một số Pha tĩnh rắn hoặc lỏng
và họat động của Detector. Bay hơi nhanh
+ Không khí và oxy trên 10 ppm, có thể oxy hóa hỗn hợp
mẫu PT và Pha Tĩnh lỏng (đặc biệt d°ới to cột cao).
• Nếu mẫu phân tích là khí dùng van tiêm mẫu khí (gas
sampling valve) hoặc b¡m tiêm khí (gas syringe). 25-Apr-22 25 25-Apr-22 26 2.2. HÞ TIÊM MÀU Tiêm mÁu chia dòng
Tiêm mẫu chia dòng: * ¯u điểm:
- Mẫu phân tích lỏng đ°ợc tiêm nhanh qua cổng buồng tiêm vào dòng pha động:
+ Tỷ lệ chia mẫu đ°ợc điều khiển tự động.
- Một l°ợng vừa đủ khoảng 0,1-10 ml bằng b¡m tiêm nhỏ
+ Đ¿t đ°ợc độ phân giải tốt. hoặc van tiêm mẫu.
+ Không cần phải pha loãng mẫu.
- à nhiệt độ cao (th°ßng có nhiệt độ cao h¡n 50oC so
* Nh°ợc điểm:
với điểm sôi cao nhất của thành phần trong mẫu) →
+ H¿n chế về độ nh¿y và không sử dụng để phân tích
Chất PT sẽ chuyển thành d¿ng h¡i và đ°ợc khí mang l°ợng vết đ°ợc. dẫn vào cột,
+ Có thể lo¿i bỏ các chất có PTL lớn, do l°ợng mẫu vào
- Chỉ một phần nhỏ mẫu, th°ßng chỉ là 1-2% l°ợng mẫu
cột không đ¿i diện cho l°ợng mẫu đem PT.
á d¿ng h¡i đ°ợc khí mang đ°a vào cột.
- Phần còn l¿i của mẫu và l°ợng lớn khí mang đ°ợc đẩy ra ngoài bằng van xả. 25-Apr-22 27 25-Apr-22 28
Tiêm không chia dòng (splitless): Tiêm chia dòng
- Thiết kế dùng chung với buồng tiêm chia dòng, nh°ng lúc đầu van xả đóng.
- Tiêm 1-5 L mẫu pha trong dung môi bay h¡i vào cổng
buồng tiêm á nhiệt độ cao (250oC). Mẫu đ°ợc hoá h¡i
và đ°ợc khí mang đ°a từ từ vào cột (tốc độ 1ml/phút).
- Cột đ°ợc đặt á nhiệt độ khoảng 40-800C, nên á đầu cột Tiêm thẳng vào cßt
cả mẫu và dung môi đều ng°ng tụ.
- Nhiệt độ cột bắt đầu tăng theo ch°¡ng trình. 25-Apr-22 29 25-Apr-22 30
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223
Tiêm không chia dòng (splitless):
Tiêm thẳng mÁu vào cßt
* ¯u điểm cÿa ph°¢ng pháp:
• Mẫu đ°ợc ng°ng tụ á đầu cột sau đó làm bay h¡i theo
Độ nh¿y tăng so với ph°¡ng pháp chia dòng, nên có thể ch°¡ng trình nhiệt độ.
phân tích đ°ợc l°ợng vết.
• ¯u điểm: tăng độ nh¿y, giảm phân hủy mẫu do nhiệt. * Nh°ợc điểm: • Nguy c¡ giãn pic
• Phải thực hiện theo ch°¡ng trình hoá nhiệt độ, không
thực hiện đ°ợc ch°¡ng trình đẳng nhiệt.
• Mẫu tiêm phải pha loãng với dung môi bay h¡i. 25-Apr-22 31 25-Apr-22 32
2.3. Cßt sÁc kí khí-lỏng
2.3.1. Cßt sÁc kí khí-lỏng • Cột nhồi Cột nhồi: • Cột mao quản - Dài 1 - 3m,
- Đ°ờng kính trong 2 - 3 mm
- Lớp pha tĩnh lỏng bao quanh: 0,05-1µm 25-Apr-22 33 25-Apr-22 34
2.3.1. Cßt SK khí-lỏng
2.3.1. Cßt SK khí-lỏng
Đối với cßt nhồi:
Hạt nhồi: chất mang (h¿t rắn) 150-250 µm đ°ợc
Hiệu lực cột sẽ tăng nhanh khi: Giảm kích th°ớc h¿t và
bao một lớp pha tĩnh lỏng 0,05
bề dày lớp pha tĩnh lỏng. -1 µm
Kích th°ớc h¿t: 150-250 m
Đánh giá cßt nhồi:
• Cột nhồi th°ßng bị ảnh
h°áng bái khuếch tán xoáy,
kt dọc và sự chuyển khối trong PT Van-Deemter
• Nên hiệu lực của cột giảm và
độ phân giải kém h¡n so với cột mao quản. 25-Apr-22 35 25-Apr-22 36 2-3 mm
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223
2.3.1. Cßt SK khí-lỏng: Cßt mao qu¿n WCOT SCOT ChÁt mang rÁn Cßt mao qu¿n • Pha tĩnh Dài 10-100m ChÁt mang rÁn • Đ°ßng kính: 0,1 lỏng -0,7mm
• Đ°ợc bao một lớp pha tĩnh lỏng 0,1-0,5 µm
Cột SCOT có lớp pha tĩnh lỏng bao quanh chất
mang nên hiệu lực cột kém h¡n cột WCOT 25-Apr-22 Pha tĩnh lỏng37 25-Apr-22 38 Cßt mao qu¿n
2.4. Pha tĩnh trong sÁc ký khí - lỏng WCOT
* Yêu cầu đối với pha tĩnh lỏng:
- Áp suất h¡i thấp, tức là có điểm sôi cao > 100 + Tmax - Bền với nhiệt độ - Tr¡ về mặt hoá học
- Đặc tính dung môi đảm bảo hệ số k' và  của chất phân
tích nằm trong khoảng thích hợp.
* Cột hẹp lòng (narrow bore).
- Lớp film mỏng: Bề dày lớp film  0,2 m, đ°ßng kính trong cột 0,1  0,2 mm.
- Lớp film dày: Bề dày lớp film 1  2 m, đ°ßng kính trong 0,25  0,32 mm.
* Cột rộng lòng - Cột bán mao quản (megabore): 25 - -A Lớp fil pr-22
m dày 2 - 5 m, đ°ßng kính trong 0,53 mm. 39 25-Apr-22 42
a. Nhóm dẫn chất polydimetyl siloxan:
b. Nhóm polyethylen glycol (PEG): R R R R Si O Si O Si R HO CH CH O CH CH 2 2 OH 2 2 n R R n R Các gốc R là:
Là pha tĩnh rÁt phân cực
Pha tĩnh không phân cực: R là nhóm metyl
Pha tĩnh phân cực trung bình : R là nhóm phenyl -
Pha tĩnh khá phân cực: R là nhóm cyanopropyl(-C H CN), 3 6
nhóm trifluoropropyl ( - C H CF ). 3 6 3 25-Apr-22 43 25-Apr-22 44
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223 2.5. Detector trong GC 2.5. Detector trong GC
Các yêu cầu cÿa Detector:
• Detector chọn lọc: Đáp ứng với đặc tính riêng
- Đáp ứng nhanh và lặp l¿i đối với sự có mặt của chất
biệt của chất phân tích phân tích trong khí mang •
- Giới h¿n phát hiện cao, có thể phát hiện á nồng độ hoặc
Detector vạn năng: đáp ứng với tất cả các chất
khối l°ợng rất thấp của chất phân tích. tan.
- Tín hiệu đo tỷ lệ thuận với nồng độ hoặc khối l°ợng rất
thấp có thể của chất phân tích.
- Vận hành ổn định, sử dụng dễ dàng. 25-Apr-22 45 25-Apr-22 46
Một số lo¿i detector trong GC
Detector ion hoá ngọn lửa (FID) Nguyên lý:
• FID (Flame Ionisation Detector): Detector in hóa
- Các chất hữu c¡ có trong khí mang đ°ợc đốt cháy. ngọn lửa
- Quá trình oxy hoá trong ngọn lửa phát ra electron cùng
• TCD (Thermal Conductivity Detector): Detector với các ion. dẫn nhiệt.
- Sản phẩm đốt electron và ion làm tăng độ dẫn điện của
• ECD (Electron Capture Detector) : Detector cộng ngọn lửa. kết điện tử
- Các electron và ion này đ°ợc tập hợp á điện cực góp, •
cho nên dòng điện t¿o ra tỷ lệ thuận với nồng độ ion có
NPD ( Nitrogen- phosphorus Detector): Detector
mặt trong khí mang đến ngọn lửa Nito phosphor.
• MS (Mass Spectrometry): Detector khối phổ 25-Apr-22 47 25-Apr-22 48
* Detector ion hoá ngọn lửa (FID):
Detector ion hoá ngọn lửa (FID) Đầu nối Khí thải ¯u, nh°ợc điểm: cực góp Cực (+)
• V¿n năng, rất nh¿y và đáp ứng với tất cả chất góp (+)
hữu c¡ (trừ formaldehyd, acid fomic và các Cách Ngän löa
chất đã halogen hoá hết). điện Dòng khí
• Khoảng tuyến tính rộng, rộng nhất trong các Đầu nối đốt
detector của sắc ký khí. Cách cực âm nhiệt
• Không đáp ứng với các chất vô c¡ (h¡i n°ớc,
CO , H S...) vì chúng không cháy đ°ợc. 2 2 Khí mang Không khí từ cột hoặc oxi 25-Apr-22 49 25-Apr-22 50
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com) lOMoARcPSD|35919223
4. Āng dụng cÿa SK khí 4.2. Định l°ợng -Lỏng
- Đ°ßng chuẩn (t°¡ng tự HPLC) 4.1. Định tính:
- Nội chuẩn (t°¡ng tự HPLC) - So sánh T - Chuẩn hóa diện tích R - So sánh thêm chu¿n - Kết nối IR, MS 25-Apr-22 60 25-Apr-22 61
Ph°¡ng pháp chuẩn hóa diện tích
Hàm l°ợng% chất A trong mẫu phân tích có n thành phần:
 Tr°ßng hợp các chất có hệ số đáp ứng
khác nhau thì f đ°ợc xác định bằng cách: f= C / S c c A %  S S 1 . 00 A 100  A S S ... S 1  2   n nS S f . i A A   A % i 1 Yêu cầu: S f  S f  ... S f
- Tất cả các thành phần đ°ợc rửa giải 1 1 2 2 n n
-Tất cả các thành phần đ°ợc phát hiện và có hệ số đáp ứng trên Detector nh° nhau 25-Apr-22 62 25-Apr-22 63 So sánh HPLC và GC HPLC GC 1. Đối t°ợng
-Chất phân cực và không phân -Chất phân cực và không phân phân tích cực cực -Không yêu cầu bay h¡i,
- Chất phân tích bay h¡i và bền nh°ng mẫu hòa tan đ°ợc với nhiệt. trong MP 2. Pha tĩnh Cột nhồi: Ph°¡ng trình Cột nhồi: Ph°¡ng trình VanDeemter VanDeemter Cột mao quản: PT Gorlay. 3. Pha đßng - Là chất lỏng Là chất khí
-Có t°¡ng tác với chất phân
-Không có t°¡ng tác với chất tích phân tích (khí mang)
4. C¢ chế tách T°¡ng tác của chất phân tích
T°¡ng tác của chất phân tích với 2 pha (phân bố, hấp với pha tĩnh. phụ,…) 5. Detector
-Detector UV-VIS là phổ biến -Detector FID là phổ biến
- Ngoài ra Huỳnh quang, RID, - Ngoài ra TCD, ECD, NPD 25-Apr-22 64 ELSD, điện hóa.
Downloaded by V?n Lê Ti?n (vanlehcp1152001@gmail.com)