Kỹ thuật phân tích khí

Kỹ thuật phân tích khí

Β δ∫ δ α τρν οξιδε κιµ λο ιộ ự ạ

Β δ∫ ι ν δυνγộ đ ệ

Β δ∫ δ α τρν σ⌠νγ µ

Β δ∫ δ α τρν νηι τ δυνγ

Β δ∫ δ α τρν 〈νη σ〈νγ

Β δ∫ δ α τρν τνη χη τ ι ν η⌠αộ ự ấ đ ệ
1.1. Phân tích sắc ký
1.1.1. Nguyên lý cơ bản
- Sắc ký là kỹ thuật tách các cấu tử ra khỏi
hỗn hợp dựa trên ái lực khác nhau của mỗi
cấu tử đối pha tĩnh và pha động
+ pha tĩnh: có tác dụng giữ cấu tử cần tách
(lớp chất cố định)
+ pha động: có tác dụng kéo cấu tử cần tách
ra khỏi cột (chất lỏng, khí)
PPPT sắc ký

Được phát minh vào năm 1903 bởi Tswett
(1872-1919)

Ưu điểm:
+ khả năng phân tách cao, có thể tách
những chất rất giống nhau về mặt hóa học
lẫn vật lý

+ là 1 trong những PPPT mạnh nhất
Cột sắc ký
Thứ tự ra khỏi cột

Hợp chất có ái lực nhiều với pha động thì
có xu hướng ra khỏi cột trước

Hợp chất có ái lực nhiều với pha tĩnh thì bị
giữ lại lâu hơn trong cột và ra sau
Sắc ký đồ
Phân loại sắc ký
Πην λο ι δ α τρν τρ νγ τη〈ι χ α πηα ạ ự ạ ủ
  νγ:
-
Σ χ κ λ νγ:ắ ỏ
+ πηα   νγ: χη τ λ νγ
+ πηα τ νη: ρ ν, λ νγĩ ắ ỏ
-
Σ χ κ κη
+ πηα   νγ: χη τ κη
+ πηα τ νη: ρ ν, λ νγ
Phân loại sắc ký
Τηεο χ χη χ α θυ〈 τρνη τ〈χη:ơ ế ủ

Σ χ κ η π πηắ ấ ụ

Σ χ κ πην βắ ố

Σ χ κ τραο ι ιονắ đổ


Σ χ κ ρψ πην τắ ử
Các đại lượng cơ bản
t
M
t
R
t’
R
W
Thời gian lưu tR , thể tích lưu VR
- Sắc đồ: kết quả của quá trình tách sắc ký. Mỗi
peak của sắc đồ ứng với 1 hoặc 1 nhóm cấu
tử của hỗn hợp cần tách.
- Thời gian lưu tR: thời gian từ khi tiêm mẫu đến
khi ghi nhận được cực đại của mũi sắc ký
- Thời gian lưu chết tM: thời gian 1 chất hoàn
toàn không tương tác với pha tĩnh hay cũng là
thời gian di chuyển của pha động từ đầu cột
đến cuối cột.
Hệ số phân bố K

ΧΣ : ν νγ χηυνγ χ α χη τ ταν τρονγ ồ độ ủ ấ
πηα τ νηĩ

ΧΜ : ν νγ   χ α χη τ ταν τρονγ πηα   νγ

Κ χ◊νγ λ ν νγη α λ◊ χη τ β η π πη ớ ĩ ấ ị ấ ụ
χ◊νγ νηι υ, χη τ χηυψ ν νγ χ◊νγ χη µề ấ ể độ ậ

Κ χη πη τηυ χ ϖ◊ο β ν χη τ χ α χη τ ỉ ụ ộ ả ấ ủ ấ

ταν, πηα τ νη ϖ◊ νηι τ µ◊ κηνγ πη ĩ ệ độ ụ
τηυ χ ϖ◊ο κι υ χ τ τ〈χη
'.
S S
M
M M S
C n
V
K K
C n V
β
= = × =
Hệ số chứa (dung lượng) K’

νΣ, νΜ : σ µολ χ α χη τ ταν τρονγ πηα τ νη, πηα ố ủ ấ ĩ
νγđộ

β : τ σ πηαỉ ố

τ’ Ρ : τη ι γιαν λ υ ηι υ χη νηờ ư ệ ỉ

τΜ : τη ι γιαν χη τờ ế
− Κ βι υ δι ν µ ι τ νγ θυαν γι α τη ι γιαν χ α ’ ể ễ ố ươ ữ ờ ủ
χη τ ταν λ υ λ ι τρονγ πηα τ νη σο ϖ ι τρονγ ấ ư ạ ĩ ớ
πηα   νγ.
− Κ λ ν: χ τ τ〈χη τ τ νη νγ τη ι γιαν πην τχη ’
κο δ◊ι ϖ◊ ϖνγ β γιν ρ νγị ộ
'
'
S

R
M M
n
t
K
K
n t
β
= = =
Số đĩa lý thuyết N trong cột sắc ký
Biết: δ : độ lệch chuẩn của peak
- Trong TH lý tưởng, peak có dạng
hình Gauss, ta có độ rộng của
peak:
+tại điểm uốn: Wi = 2 δ
+tại một nửa chiều cao: Wh = 2,355δ
+ tại đáy peak: Wb = 4 δ
- Ta có các công thức sau:
2
R
t
N
δ
 
=
 ÷
 
2
h
2

b
5,545
W
16
W
R
R
t
N
t
N
 
= ×
 ÷
 
 
= ×
 ÷
 
Số đĩa lý thuyết N trong cột sắc ký
-
N càng lớn nghĩa là số lượng các cân bằng
tăng thì hiệu quả phân chia trên cột sắc ký
tăng lên, bề rộng đáy càng nhỏ, peak càng
nhọn, định lượng chúng càng chính xác.
-
Sắc ký lỏng: N < 20.000
-
Sắc ký khí: N > vài trăm ngàn
? Sắc ký khí tách tốt hơn sắc ký lỏng ?

- Chiều cao tương đương với đĩa lý thuyết:
H = L / N
L: chiều dài cột sắc ký
Độ chọn lọc α
-
χη ν λ χ Độ ọ ọ α : δνγ 〈νη γι〈 2 χη τ để đ ấ
χ⌠ τ〈χη χ ηαψ κηνγđượ
−
α: πη τηυ χ ϖ◊ο πηα τ νη, πηα νγ ụ ộ ĩ độ
ϖ◊ β ν χη τ χ α χη τ τανả ấ ủ ấ
-
Πηα τ νη πη ι χ⌠ χνγ β ν χη τ ϖ ι ĩ ả ả ấ ớ
χη τ ταν γι χηνγ λ ιấ để ữ ạ
2 2
1 1
'
1
'
K K
K K
α
= = >
Hệ số phân giải Rs

Hệ số phân giải Rs: dùng để đánh giá 2 peak
liên tiếp có thể tách được hay không (tốt
nhất Rs = 1,5)
( )
2 1
1 2

b b
1
W W
2
R R
s
t t
R
−
= >
+
 
 ÷
 
Khả năng tách các chất

Βι υ τη χ λιν η γι α 4 ι λ νγ ể ứ ệ ữ đạ ượ
τρν:
2
2
'
N 1
4 1 '
s
K
R
K
α
α
 

−
 
= × ×
 ÷
 ÷
+
 
 
Ứng dụng của PP sắc ký

νη τνηĐị
Χ υ τ χ τνη τηεο γι〈 τρ τấ ử đượ ị
Ρ
. Σο
σ〈νη τ
Ρ
χ α µ υ ϖ◊ τủ ẫ
Ρ
χ α χ υ τ
χηυ ν τρονγ χνγ κ ο τρν µ〈ψ.ẩ đ đ

νη λ νγ: β νγ χ〈χη σο σ〈νη ϖ ι δδ Đị ượ ằ ớ
χηυ ν:
-
Χηι υ χαο η χ α µ ι (η π ϖ◊ ι ề ủ ũ ẹ đố
ξ νγ)ứ
-
∆ι ν τχη µ ι Σệ ũ
Các ứng dụng của sắc ký


Phân tích dựa vào chiều cao peak

Phân tích dựa vào diện tích peak

Xây dựng đường chuẩn (calibration with standards)

Phương pháp chuẩn nội (internal-standard)
Máy sắc ký
GC – máy sắc ký khí HPLC – máy sắc ký lỏng sắc ký trao đổi ion
Sắc ký khí
(Gas-Liquid Chromatography)
Sắc ký khí Gas-Liquid Chromatography (GLC)
hoặc là Gas Chromatography (GC)

Bốc hơi mẫu

Tách các cấu tử trong cột nhờ vào sự phân bố trong
pha động và pha tĩnh

Pha động: pha khí (N
2
, 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
Sắc ký khí
(Gas-Liquid Chromatography)

Mẫu (sample) phân tích được:
-
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
Sắc ký khí
(Gas-Liquid Chromatography)
T=0
T=10’
T=20’
Injector
Injector
Detector
Detector
Most
Most
Interaction with Stationary Phase
Interaction with Stationary Phase
Least
Least
Flow of Mobile Phase
Flow of Mobile Phase
T=0
T=10’

T=20’
Injector
Injector
Detector
Detector
Most
Most
Interaction with Stationary Phase
Interaction with Stationary Phase
Least
Least
Flow of Mobile Phase
Flow of Mobile Phase
Sắc ký khí
(Gas-Liquid Chromatography)
Nguồn cung cấp khí mang (Carrier Supply)
F = 25 – 150 ml.min
-1
: Cột nhồi (Packed column)
F = 1 – 25 ml.min
-1
: Cột mao quản (Open-tubular or
Capillary column)
-
N
2
: chi phí thấp, an toàn
-
H2: chi phí thấp, nguy cơ cháy nổ
-

He: thông thường, đắt
-
Ar:
Bình chứa áp suất cao (pressurized tank)
- Dụng cụ điều chỉnh áp suất (pressure
regulator)
- Điều khiển lưu lượng dòng khí (Flow
controller)
Two stages pressure regulator
Sắc ký khí
(Gas-Liquid Chromatography)
Nguồn cung cấp khí mang (Carrier Supply)
Thiết bị tách N
2
từ không khí nén (Pure Nitrogen Generator)
- Thẩm thấu chọn lọc N
2
- 0.5 ppm O
2
, > 0.5 ppm H
2
O, > 2.0 ppb halocarbons hoặc C
x
H
y
.
- Lưu kương tối đa ∼ 1 l/min. Áp suất 3,5 – 7 atm.
Thiết bị cung cấp khí H
2
từ nước cất (Hydrogen Generators)

- Phương pháp điện phân (Electrolysis)
- Chất điện ly: polymer rắn (solid polymer electrolyte)
- H
2
99.999%
- Khả năng lưu trữ H
2
: 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
.