Phan tich sac ki khi th vung

1

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
Chương 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG VỀ TÁCH SẮC KÝ
1.1. Giới thiệu phương pháp
1.1.1 Định nghĩa sắc kí (Chromatography)
Định nghĩa của Mikhail S. Tsvett (1906):
 Sắc kí là một phương pháp tách trong đó các cấu tử của một hỗn hợp được tách trên một
cột hấp thụ đặt trong một hệ thống đang chảy.
Định nghĩa của IUPAC (1993):
 Sắc kí là một phương pháp tách trong đó các cấu tử được tách được phân bố giữa hai pha,
một trong hai pha là pha tĩnh đứng yên còn pha kia chuyển động theo một hướng xác
định.
1.1.2. Phân loại
 Người ta phân loại các phương pháp sắc kí dựa vào cơ chế hoạt động sắc kí: hấp phụ,
phân bố, trao đổi ion… và vào tính chất của pha tĩnh cũng như phương pháp thể hiện sắc
kí. Ví dụ:
- Phương pháp sắc kí lỏng rắn trên cột, phương pháp sắc kí phân bố khí lỏng
trên cột.
- Phương pháp sắc kí phân bố lỏng lỏng trên bản phẳng hai chiều.
- Phương pháp sắc kí phân bố lỏng lỏng pha ngược áp suất cao trên cột…
 Cơ chế sắc kí có nhiều nhưng để thực hiện quá trình sắc kí thì chỉ có hai dạng: dạng cột
và dạng bản phẳng (bản kính, polime, kim loại, giấy).
 Trong sắc kí cột, pha tĩnh được giữ trong một cột ngắn và pha động được cho chuyển
động qua cột bởi áp suất hoặc do trọng lực. Trong sắc kí bản mỏng, pha tĩnh được phủ
trên một mặt phẳng thủy tinh hoặc kim loại.
 Thường để đơn giản hóa, tuy không chính xác người ta gọi tắt các phương pháp sắc kí:
sắc kí khí, sắc kí lỏng, sắc kí lỏng cao áp, sắc kí lớp mỏng, sắc kí gel…
 Trong số các phương pháp sắc kí được biết, quan trọng nhất là sắc kí hấp phụ, sắc kí phân
bố và sắc kí trao đổi ion. Dưới đây sẽ giới thiệu ba phương pháp sắc kí này nhằm vào hai
mục đích: chuẩn bị mẫu cho chất phân tích và phân tích một hỗn hợp chất.

Bảng 1: Phân loại các phương pháp sắc kí cột
Phân loại chung Phương pháp cụ thể Pha tĩnh Kiểu cân bằng
Sắc kí lỏng (LC)
(Pha động : lỏng)
- Lỏng- lỏng hoặc phân
bố
- Pha lỏng liên kết

- Lỏng-rắn hoặc
hấp phụ trao đổi ion
- Lỏng được phủ trên
một chất rắn
- Chất hữu cơ được gắn
trên một bề mặt rắn
- Rắn
Nhựa trao đổi ion
- Phân bố

- Phân bố giữa chất
lỏng và bề mặt liên kết
- Hấp phụ
Trao đổi ion
2

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Sắc kí khí (GC)
(pha động: Khí)
- Khí-lỏng

- Khí - pha liên kết

- Khí - rắn
- Lỏng được phủ trên
một chất rắn
- Chất hữu cơ được liên
kết trên một bề mặt rắn
- Rắn
- Phân bố giữa khí và
lỏng
- Phân bố giữa lỏng và
bề mặt liên kết
- Hấp phụ
Sắc kí lỏng siêu
tới hạn

Pha lỏng: chất lỏng siêu
tới hạn (supercritical
fluid)
Chất hữu cơ được liên
kết trên một bề mặt rắn
Phân bố giữa chất lỏng
siêu tới hạn và bề mặt
liên kết



Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc a) sắc kí cột b) sắc kí bản mỏng
1.2. Cơ sở lí thuyết chung của phương pháp sắc kí
1.2.1 Quá trình sắc kí

 Sắc kí là một kỹ thuật tách trong đó các cấu tử cần tách trong một hỗn hợp mẫu được vận
chuyển bởi pha động đi qua pha tĩnh. Mẫu đi vào tướng động được mang theo dọc hệ
thống sắc kí (cột, bản phẳng) có chứa pha tĩnh phân bố đều khắp.
 Pha động có thể là pha lỏng hoặc khí, pha tĩnh có thể là một lớp phim được phủ trên bề
mặt của chất mang trơ hoặc một bề mặt rắn. Sự tương tác xảy ra giữa các cấu tử với pha
tĩnh nhờ đó các cấu tử sẽ phân bố giữa pha động và pha tĩnh.
Pha đ
ộ
ng

M
ẫ
u

Pha t
ĩnh

H
ư
ớ
ng ch
ả
y
pha động
S
ắ
c kí đ
ồ

Detector

Các c
ấ
u t
ử

giải tách ra
Pha đ
ộ
ng

L
ớ
p m
ỏ
ng pha t
ĩnh

B
ả
n m
ỏ
ng trơ

Các c
ấ
u
tử tách ra

H

ư
ớ
ng ch
ả
y
pha động
M
ẫ
u (A+B+C)
Xuất phát
Đi
ể
m đ
ế
n
dung môi
N
ồ
ng đ
ộ

của B
3

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 Sự ái lực khác nhau của các chất tan trên pha tĩnh làm chúng di chuyển với những vận tốc
khác nhau trong pha động của hệ thống sắc kí. Kết quả là chúng được tách thành những
dải trong pha động và vào lúc cuối của quá trình các cấu tử lần lượt hiện ra theo trật tự
tương tác với pha tĩnh.
 Cấu tử di chuyển chậm (tương tác yếu) ra trước, cấu tử bị lưu giữ mạnh hơn ra sau dưới

dạng các đỉnh (pic) tách riêng rẻ (hoặc bậc thang) tùy thuộc vào cách tiến hành sắc kí và
được hiển thị dưới dạng sắc kí đồ.
Hình 1.1 minh họa một quá trình tách một hỗn hợp đơn giản gồm hai chất A và B (lực tương tác
với pha tĩnh của A < B) theo thời gian.
 Mẫu chứa A và B được tiêm vào cột. Khi cho một chất rửa giải bắt đầu chảy qua cột,
phần của mẫu được hòa tan trong pha động được di chuyển tại phần đầu của cột (tại thời
điểm t
o
). Ở đây các cấu tử A và B tự phân bố giữa hai pha.
 Tiếp tục cho pha động đi qua cột thì nó sẽ đẩy phần hòa tan này chạy xuống dưới và một
sự phân bố mới giữa pha động và pha tĩnh sẽ xảy ra (thời điểm t
1
). Đồng thời sự phân bố
giữa dung môi mới và pha tĩnh cũng diễn ra tại vị trí của mẫu lúc đầu.
 Việc thêm tiếp dung môi sẽ mang các phân tử hòa tan chạy xuống cột trong một loạt liên
tiếp các chuyển biến giữa hai pha. Bởi vì sự di chuyển của chất tan chỉ xảy ra trong pha
động, nên tốc độ trung bình của sự di chuyển chất tan phụ thuộc vào phần thời gian chất
tan ấy nằm trong pha đó. Phần thời gian này là nhỏ đối với chất tan bị lưu giữ mạnh bởi
pha tĩnh (cấu tử B trong ví dụ trên) và lớn đối với chất tan (cấu tử A) có sự lưu giữ trong
pha động mạnh hơn. Sau một thời gian các phân tử chất A và B dần dần được tách khỏi
nhau.
 Nếu đặt một detectơ có khả năng phát hiện được các chất tan (cấu tử A và B) tại cuối cột
tách và tín hiệu của nó được vẽ lại như một hàm của thời gian (hoặc thể tích được thêm
vào) thì một loạt pic đối xứng sẽ được ghi lại và được gọi là sắc kí đồ.
 Vị trí của các pic theo thời gian được dùng để nhận diện định tính và diện tích của píc
được dùng cho phép phân tích định lượng của cấu tử đang xét.

4

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký




Hình 1.2: Quá trình tách sắc kí trên cột của hai chất A và B
1.2.2. Các phương pháp tiến hành tách sắc kí
Để thực hiện tách sắc kí người ta có thể sử dụng một trong ba phương pháp sau:
1.2.2.1. Phương pháp rửa giải
 Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi nhất trong các phương pháp sắc kí hiện nay.
 Một lượng nhỏ hỗn hợp mẫu được giới thiệu vào cột với pha động có ái lực với pha tĩnh
bé hơn so với bất kì cấu tử cần tách có trong mẫu. Vì thế các cấu tử cần tách di chuyển

M
ẫ
u

C
ộ
t
nhồi
Pha đ
ộ
ng

Detector

S
ắ
c kí
đồ
Th
ờ
i gian

5

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
với tốc độ chậm hơn so với chất rửa giải. Tốc độ này được xác định bởi ái lực tương đối
của mỗi cấu tử lên pha tĩnh so với pha động, đó chính là hệ số phân bố K = C
sp
/C
mp
. Ở
đây C
sp
, C
mp
là nồng độ của cấu tử đang xét trên pha tĩnh và trong pha động.
 Các cấu tử được rửa giải theo trật tự ái lực của chúng nhưng tốc độ di chuyển tương đối
của chúng phụ thuộc vào tương tác 3 thành phần giữa chúng với pha động, với pha tĩnh
và giữa pha động với pha tĩnh. Bởi vì các cấu tử được tách khỏi nhau với một vùng pha
động ở giữa chúng nên phương pháp này được sử dụng trong các phép tách với mục đích
phân tích.
 Pha động có thể không thay đổi thành phần dung môi trong suốt quá trình rửa giải; có thể

thay đổi dung môi rửa giải sau một thời gian định trước (rửa giải theo từng giai đoạn);
cũng có thể không thay đổi các dung môi tạo nên pha động nhưng thay đổi nồng độ của
các thành phần có trong pha động sau một thời gian định trước (rửa giải gradient).
1.2.2.2. Phương pháp tiền lưu
 Hỗn hợp cần tách gồm các chất A, B và C được cho chảy liên tục vào phần trên của cột,
trong đó A là cấu tử có ái lực yếu nhất với pha tĩnh.
 Do các cấu tử A, B và C bị lưu giữ trên cột, nên trước hết từ cột chảy ra chỉ có dung môi.
A do có lực tương tác trên cột yếu nhất sẽ di chuyển xuống dưới còn các cấu tử có ái lực
mạnh hơn A bị pha tĩnh giữ ở phần trên của cột.
 Do dung dượng có hạn của pha tĩnh nên khi vượt dung lượng này thì cấu tử A sẽ di
chuyển dọc theo cột và ra khỏi cột ở dạng nguyên chất sau đó là hỗn hợp của các thành
phần tiếp theo A+B rồi A+B+C.
 Phương pháp tiền lưu ít được dùng do không thực hiện được việc tách hoàn toàn các cấu
tử, đặc biệt khi sử dụng sự tách sắc kí vào mục đích phân tích.
1.2.2.3. Phương pháp thế đẩy:
 Mẫu được cho vào cột, dùng dung môi rửa giải có ái lực với pha tĩnh mạnh hơn bất kì
một cấu tử nào của hỗn hợp tách để đẩy các cấu tử cần tách thoát ra khỏi cột.
 Cấu tử thoát ra khỏi cột đầu tiên là cấu tử tương tác yếu nhất với pha tĩnh, sau đó đến các
cấu tử khác có ái lực với pha tĩnh tăng dần.
 Phương pháp này tạo nên các dải rửa giải không hoàn toàn được tách khỏi nhau: có dải
thu được chất nguyên chất nhưng có dải giữa các dải nguyên chất thì gồm hỗn hợp của
chúng.
Trong thực hành phòng thí nghiệm để tách các hỗn hợp phức tạp người ta thường hay dùng hơn
cả là phương pháp rửa giải.

6

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Hình 1.3: Các phương pháp rửa giải, tiền lưu, thế đẩy

1.2.3. Đặc tính sắc kí của chất tan
1.2.3.1. Tính chất lưu giữ
Tính chất lưu giữ phản ánh sự phân bố của chất tan giữa pha tĩnh và pha động và được biểu thị
bằng các đại lượng thể tích lưu hay thời gian lưu.
 Thể tích lưu V
R
là thể tích pha động cần thiết để vận chuyển chất tan i từ thời điểm đưa
mẫu vào, đi qua cột và đến detectơ (trên sắc kí đồ là điểm cực đại của pic).
 Thời gian lưu t
Ri
là thời gian từ lúc chất tan i được nạp vào cột tách ở bộ phận tiêm mẫu
cho đến lúc chất ra khỏi cột ở thời điểm có nồng độ cực đại.
Dung môi r
ử
a gi
ả
i (E)

Pha t
ĩnh

R
ử
a gi
ả
i

Ti
ề
n lưu

Th
ế

đ
ẩ
y

Đ
ế
n Detector

Tín hi
ệ
u
Detector
Th
ể

tích dung
môi rửa giải
7

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 Thể tích lưu có thể nhận được trực tiếp từ thời gian lưu t
R
trên sắc kí đồ bằng cách nhân
với tốc độ thể tích dòng F
c
(thể tích của pha động trên một đơn vị thời gian):

V
R
= t
R
. F
c

 Tốc độ dòng được tính theo các thông số của cột như sau:

M
t
c
c
t
Ld
F 


4
2

Ở đây:
 d
c
là đường kính của cột,
 L là chiều dài cột,
 ε
t
là độ rỗng toàn phần của chất nhồi cột (độ rỗng của chất nhồi cột biểu
thị tỉ số thể tích kẽ hở của chất nhồi và thể tích khối toàn phần của nó: đối

với chất nhồi rắn = 0.35 - 0.45, chất nhồi xốp = 0.70 - 0.90, cột mao quản
= 1.0),
 V
c
là thể tích bên trong cột.
 Tốc độ tuyến tính trung bình u của sự dịch chuyển chất tan là:
R
t
L
u 

 Tốc độ tuyến tính trung bình u của pha động là:
M
t
L
u 

Ở đây t
M
hay t
o
là thời gian không bị lưu giữ của chất tan (thời gian chất tan lưu trong pha động).
Trong sắc kí khí, t
M
được lấy bằng thời gian cần thiết cho CH
4
di chuyển đi qua cột.
Tương ứng t
M
hay t

o
có thể tích V
M
(hoặc V
o
) biểu thị thể tích trống của cột (bao gồm cả thể tích
của bộ phận tiêm mẫu (injector), thể tích các đoạn ống nối, thể tích rỗng của chính cột và thể tích
detectơ).
 Thể tích lưu hiệu chỉnh V’
R
hoặc thời gian lưu hiệu chỉnh t’
R
được cho bởi:
V’
R
= V
R
–V
M
hoặc t’
R
= t
R
– t
M

(thời gian không bị lưu giữ của chất tan gần đúng được xem như là thời gian lưu của pha động).
8

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Hình 1.4: Sắc kí đồ minh họa các thời gian lưu t (hoặc thể tích lưu) và độ rộng của đáy pic W của chất tan
không bị lưu giữ M và của 2 chất bị lưu giữ 1 và 2

1.2.3.2. Hệ số phân bố K (Partition coefficient)
 Mỗi cấu tử hoặc chất tan được phân bố giữa 2 pha với một cân bằng được thiết lập và tất
cả các quá trình tách sắc kí được dựa trên sự khác nhau về khả năng phân bố của chất tan
giữa pha động và pha tĩnh.
 Khi chất tan đi vào hệ thống sắc kí, nó ngay lập tức phân bố giữa các pha động và pha
tĩnh. Giả thiết nếu pha động dừng lại vào bất kì một thời gian nào, chất tan có một sự
phân bố cân bằng giữa hai pha, và nồng độ của chất tan ở trong mỗi pha được cho bởi hệ
số phân bố nhiệt động:

M
s
C
C
K 

Ở đây C
s
và C
M
là nồng độ chất tan trong pha tĩnh và pha động tương ứng.
Trường hợp khi K = 1 thì chất tan được phân bố bằng nhau giữa hai pha.
 Hệ số phân bố xác định tốc độ trung bình của mỗi vùng chất tan (chính xác là tâm vùng)
do pha động vận chuyển khi nó đi qua cột.
 Đối với pic đối xứng, khi cực đại pic xuất hiện ở lối ra của cột, một nửa lượng chất tan đã
được rửa khỏi cột trong thể tích lưu V
R

và một nửa còn lại được phân bố giữa thể tích pha
động V
M
và thể tích pha tĩnh V
s
:
V
R
C
M
= V
M
C
M
+ V
s
C
s

hay V
R
= V
M
+ KV
s
hay V
R
– V
M
= KV

s

Tiêm m
ẫ
u

C
ư
ờ
ng đ
ộ

tín
hi
ệ
u Detector

Th
ờ
i gian
(
th
ể

tích
)

9

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

 Phương trình này đúng với cột phân bố lỏng, còn đối với cột hấp phụ, V
s
phải thay bằng
S
s
là diện tích bề mặt của chất hấp thụ.
1.2.3.3. Hệ số dung lượng k’ (The capacity factor)
 Hệ số dung lượng k’ là thông số thực nghiệm quan trọng trong sắc kí cột được sử dụng
rộng rải để mô tả các tốc độ dịch chuyển của các chất tan trên cột.
 Cho một chất tan, hệ số dung lượng k’ được định nghĩa như là tỉ số mol chất tan trong
pha tĩnh và số mol chất tan trong pha động:
k’ =
M
s
MM
ss
V
V
K
VC
VC


Tỉ số V
M
/V
s
được gọi là tỉ số thể tích pha
 Hệ số dung lượng còn được định nghĩa là tỉ số giữa thời gian của chất tan lưu lại trên pha
tĩnh và thời gian cần để chất tan đó di chuyển trong pha động suốt chiều dài của cột nếu

không bị lưu giữ t
M
.
M
MR
M
MR
M
R
V
VV
t
tt
t
t
k




'
'

 Khi k’ cho một chất tan nhỏ hơn 1 nhiều, sự rửa giải xảy ra rất nhanh nên việc xác định
thời gian lưu là rất khó. Còn khi k’ khoảng 20 đến 30 thì thời gian rửa giải sẽ bị kéo dài.
Vì vậy các phép tách nên được thực hiện ở những điều kiện mà các k’ của các chất tan
nằm trong khoảng giá trị từ 1 đến 5.
 Giá trị k’ trong sắc kí khí có thể được thay đổi bởi việc thay đổi nhiệt độ và cách nhồi
cột. Còn trong sắc kí lỏng, k’ thường được điều khiển để cho phép tách tốt hơn bởi thay
đổi thành phần pha động và pha tĩnh.

1.2.3.4. Hệ số chọn lọc (The selectivity factor)
 Khả năng của một pha tĩnh tách 2 cấu tử A và B (B là cấu tử bị lưu giữ mạnh hơn) được
xác định bởi tỉ số phân bố tương đối của chúng và cũng là những hệ số lưu giữ của chúng
đối với một pha tĩnh đã cho.
 Hệ số chọn lọc α là một hàm của sự lưu giữ tương đối của mỗi cấu tử trên pha tĩnh:
A
B
A
B
R
R
K
K
k
k
t
t

'
'
'
1
'
2


10

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

 Hệ số chọn lọc của một cặp dải (pic) gần nhau là một hàm phụ thuộc vào loại pha tĩnh
được sử dụng, pha động và nhiệt độ của cột. Để cho một sự tách được tốt thì α nên có gía
trị lớn hơn 1. Hai chất cần tách càng tách ra xa khỏi nhau khi α càng lớn nhưng nếu quá
lớn thì thời gian phân tích càng kéo dài, α nên trong khoảng từ 1,05 đến 2,0.
1.2.3.5. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự lưu giữ
Tốc độ di chuyển của một dải chất tan qua một cột hay một đĩa sắc kí lớp mỏng phụ thuộc vào sự
phân bố của các phân tử chất tan giữa pha tĩnh và pha động. Những nhân tố ảnh hưởng đến sự
phân bố hay sự lưu giữ là:
 Thành phần và tính chất của pha động
 Kiểu và tính chất của pha tĩnh
 Các lực tương tác các phân tử giữa các cấu tử của pha động và pha tĩnh
 Nhiệt độ
Hai yếu tố góp phần để tách tốt các hợp chất bởi sắc kí là:
 Sự khác nhau về thời gian phân bố của chúng trong 2 pha: nếu sự khác nhau càng lớn thì
sự tách chúng càng tốt.
 Độ doãng rộng của các pic nếu càng rộng thì sự tách chúng càng kém.
1. 3. Sự doãng rộng của pic và hiệu lực tách
1.3.1. Mở đầu
 Hiệu lực của một cột tách chịu tác động bởi độ lớn của sự doãng rộng pic xảy ra khi một
chất chuyển động dọc theo cột.
 Chất tan khi chạy dọc theo cột có khuynh hướng phân bố như một hình phân bố chuẩn
Gaussian với độ lệch chuẩn σ (hình 5).
 Nếu chất tan tiêu tốn nhiều thời gian khi dịch chuyển dọc xuống cột thì pic càng bị doãng
rộng. Độ doãng rộng của một pic thường được biểu diễn thông qua các giá trị:
 W
1/2
là độ rộng của của pic được đo ở ½ chiều cao của pic,
 W là độ rộng của đáy pic được xác định tại hai điểm cắt của hai đường tiếp tuyến của
hai bên thân pic với đường nền.

11

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Hình 1.5: Sơ đồ của một dải chất tan và sự đánh giá của dải sắc kí đồ cho hiệu lực cột.
1.3.2. Sự khuếch tán
 Nguyên nhân chính dẫn đến sự doãng rộng của pic là sự khuếch tán. Hệ số khuếch tán D
đo tốc độ J tại đó một chất di chuyển một cách ngẫu nhiên từ một vùng có nồng độ cao
đến vùng có nồng độ thấp.

dx
dc
D
sm
mol
J )
.
(
2

 D là hệ số khuếch tán
 c là nồng độ
 x là độ dài di chuyển
 Sự khuếch tán trong chất lỏng thấp hơn trong chất khí khoảng 10
4
lần, còn các phân tử
lớn thì khuếch tán chậm hơn các phân tử nhỏ từ 10 đến 100 lần.
 Độ rộng của dải sắc kí do khuếch tán được biểu diễn qua phương trình sau:
)4/(
2

4
Dtx
e
Dt
m
c




ở đây:
Đ
ộ

l
ệ
ch chu
ẩ
n c
ủ
a d
ả
i

Tiêm m
ẫ
u

Chi
ề

u cao pic

Chi
ề
u
cao ½ pic
Tr
ụ
c th
ờ
i gian

12

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 c là nồng độ (mol/cm
3
),
 t là thời gian,
 x là khoảng cách di chuyển được dọc theo cột,
 D là hệ số khuếch tán,
 m là số mol chất tan dịch chuyển qua một đơn vị diện tích tiết diện ngang của cột.

Phương trình trên cho biết độ lệch chuẩn của dải sắc kí: Dt2


1.3.3. Chiều cao đĩa lý thuyết H
 Chiều cao đĩa lý thuyết H là một hằng số giữa phương sai σ
2
của dải chất tan và khoảng

cách x mà nó di chuyển. Tên gọi này là từ lý thuyết chưng cất trong đó sự tách được thực
hiện trong những giai đoạn rời rạc được gọi là đĩa tách.

H = σ
2
/L

Với L là chiều dài của cột nhồi

 Có thể giả định cột sắc kí được chia thành N phần mỏng hay N lớp hay N đĩa tách. Ở mỗi
đĩa sự phân bố chất tan vào hai pha lại đạt đến một trạng thái cân bằng mới (sắc kí là một
quá trình động, thực ra pha động chảy liên tục và thời gian không đủ để thiết lập trạng
thái cân bằng).
 Chiều cao của đĩa tách cũng được gọi là chiều cao đĩa lý thuyết. Mặc dù trong cột sắc kí
không có các đĩa thực nhưng người ta vẫn sử dụng khái niệm này để chỉ mối quan hệ
giữa độ rộng của dải sắc kí và khoảng cách dịch chuyển dọc theo cột sắc kí.
 Nếu chiều cao đĩa lý thuyết càng nhỏ (tức số đĩa lý thuyết càng nhiều) thì độ rộng hay sự
doãng rộng của pic càng nhỏ.
 Khả năng tách các cấu tử của một hỗn hợp của một cột được cải thiện nếu giảm chiều cao
một đĩa lý thuyết. Các chất tan khi dịch chuyển qua cùng một cột tách có chiều cao đĩa lý
thuyết khác nhau bởi vì chúng có hệ số khuếch tán khác nhau.
 Chiều cao một đĩa lý thuyết khoảng từ 0.1 đến 1 mm trong sắc kí khí và khoảng 10 µm
trong săc kí lỏng hiệu năng cao và nhỏ hơn 1µm trong sắc kí điện di mao quản.
1.3.4. Số đĩa lý thuyết N
N =
2
2

L
H

L

Ở đây L là chiều dài cột, với
R
t
WL
4



nên:
13

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
N =
2
2
16
W
t
R

Hay N =
2
2/1
2
54.5
W
t
R



Với:
 t
R
là thời gian lưu của pic,
 W là độ rộng của pic ở đáy,
 W
1/2
là chiều rộng của pic đo ở nửa chiều cao từ đỉnh đến đáy pic.
Công thức này được sử dụng để xác định thực nghiệm số đĩa lí thuyết của một cột tách.
Hiệu lực của cột tách sẽ tăng lên khi số đĩa lí thuyết càng lớn và khi chiều cao đĩa càng nhỏ.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu lực tách của cột
1.4.1. Ảnh hưởng của tốc độ của pha động
 Mức độ ảnh hưởng động học lên hiệu lực của một cột rõ ràng phụ thuộc vào độ dài thời
gian của pha động tiếp xúc với pha tĩnh tức phụ thuộc vào tốc độ pha động.
 Nghiên cứu về hiệu lực cột nói chung được thực hiện bởi việc xác định chiều cao H như
là một hàm phụ thuộc vào tốc độ pha động.
 Kết quả cho thấy cả sắc kí khí lẫn sắc kí lỏng đều có chiều cao đĩa lí thuyết đạt cực tiểu ở
trong vùng tốc độ dòng thấp của pha động và nói chung tốc độ đó của sắc kí lỏng thấp
hơn so với sắc kí khí.
1.4.2. Lí thuyết về sự doãng rộng pic
 Hơn 40 năm qua, rất nhiều công trình nghiên cứu về thực nghiệm lẫn lý thuyết về mối
quan hệ định lượng để giải thích ảnh hưởng của các thông số như: vận tốc tuyến tính của
pha động, hệ số khuếch tán trong pha động và trong pha tĩnh, tỉ số phân bố, đường kính
của hạt nhồi, bề dày của lớp chất lỏng phủ trên hạt… đến chiều cao đĩa lý thuyết cho các
loại cột khác nhau.
 Những yếu tố ảnh hưởng này được phản ánh qua phương trình của Van Deemter như sau:
uCuC
u

B
AH
Ms


Ở đây:
 H là chiều cao đĩa lý thuyết (cm);
 u là vận tốc tuyến tính của pha động (cm/s);
14

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 A là hệ số mô tả ảnh hưởng đến H của sự khuếch tán xoáy;
 B là hệ số khuếch tán dài;
 C
s
và C
M
là các hệ số chuyển khối của pha tĩnh và pha động.


Hình 1.6: Đường cong H-u (Van Deemter) cho một cột sắc kí khí
1.4.2.1 Sự khuếch tán xoáy:
 Thành phần A mô tả sự khuếch tán xoáy của các cấu tử và các đường đi khác nhau của
pha động chạy xuyên qua pha tĩnh được nhồi trong cột. Vì thế các cấu tử phải di chuyển
với những khoảng cách đường đi khác nhau qua một đơn vị chiều dài của cột.
 Số hạng A độc lập với tốc độ của pha động nhưng phụ thuộc vào:
 Đường kính hạt nhồi trong pha tĩnh d
p
,
 Cách chúng được nhồi trong cột hoặc được phủ trên bản mỏng được biểu diễn qua

λ là hàm số phụ thuộc vào độ đồng thể của chất nhồi, dạng hình học và kích thước
của cột:
A = λ.d
p

 Một số phân tử chất tan có đường đi gần với thành cột sẽ di chuyển nhanh hơn so với
những phân tử khác do ở đó mật độ nhồi tương đối thấp, tốc độ nhanh hơn. Các phân tử
đi theo đường ngắn hơn được rửa giải ra trước những phân tử đi theo những đường quanh
co dài hơn dẫn đến doãng rộng pic của mỗi chất tan.
 Một sự tách và độ rộng của pic tối thiểu sẽ đạt được nếu dùng các hạt nhồi có đường kính
trung bình đủ nhỏ và được nhồi đồng thể vào trong cột. Tuy nhiên, hạt càng nhỏ thì áp
suất cần để pha động dịch chuyển qua cột càng cao, đặc biệt sẽ gặp khó khăn để nhồi cột
đồng thể. Trong sắc kí khí cột nhồi người ta nhồi cột với các hạt có kích thước tối ưu
Đ
ư
ờ
ng H = f(u)

S
ố

h
ạ
ng B

S
ố

h
ạ

ng
C
s

S
ố

h
ạ
ng
C
M

S
ố

h
ạ
ng
A

V
ậ
n t
ố
c tuy
ế
n tính trung bình u

15

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
khoảng 0.15 µm. Trong sắc kí khí – lỏng khi sử dụng màng mỏng trên thành cột mao
quản thì số hạng A = 0.

Hình 1.7: Ảnh hưởng của khuếch tán xoáy (a), khuếch tán dọc (b) sự truyền khối (c) đến phương trình Van
Deemter.
1.4.2.2. Sự khuếch tán dọc
 Khuếch tán là quá trình chất di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp
hơn với tốc độ tỉ lệ với sự chênh lệch nồng độ và hệ số khuếch tán của chất đang xét.
 Trong sắc kí, khuếch tán dọc được dùng để mô tả sự khuếch tán diễn ra dọc theo trục của
cột và song song với đường đi của pha động. Nó dẫn đến sự dịch chuyển của chất tan từ
trung tâm nồng độ của một dải chất tan đến những vùng loãng hơn về hướng phía trước
hoặc sau của dòng chảy.
 Khuếch tán dọc là một nguồn của sự doãng rộng của pic trong sắc kí khí do tốc độ
khuếch tán cao trong pha khí. Hiện tượng này ít hơn trong sắc kí lỏng. Độ lớn của B

Pha

động

H
ạ
t pha t
ĩnh

T
ư
ơng tác ch

ấ
t tan v
ớ
i h
ạ
t pha t
ĩnh

N
ồ
ng đ
ộ

của dải

Sự khuếch tán ra
trước và sau của dải
Pha

động
D
ả
i ch
ấ
t tan

Pha

động
Pha t

ĩnh

Di chuy
ể
n kh
ỏ
i pha t
ĩnh

Di chuy
ể
n
vào

pha t
ĩnh

Ch
ấ
t tan b
ị

gi
ữ

trong pha t
ĩnh

16

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
trong phương trình Van Deemter được xác định phần lớn bởi hệ số khuếch tán D
M
của
chất phân tích trong pha động và tỉ lệ thuận với hằng số này:
B = 2γ. D
M

ở đây:
 γ là hệ số trở kháng của chất nhồi cột đến khuếch tán dọc,
 D
M
là hệ số khuếch tán của chất tan trong pha động.
 Trong các cột mao quản thì γ có giá trị bằng 1 còn trong cột nhồi thì khoảng 0.7.
 B ảnh hưởng lớn trong phương trình V-D khi tốc độ pha động thấp nên trong sắc kí lỏng
ảnh hưởng này ít hơn nhiều bởi vì pha động có tốc độ thấp hơn nhiều so với của sắc kí
khí.
1.4.2.3. Sự truyền khối trong pha tĩnh
 Khi pha tĩnh là chất lỏng: hệ số truyền khối C
s
tỉ lệ thuận với bình phương chiều dày
của lớp phim trên bề mặt chất mang và tỉ lệ nghịch với hệ số khuếch tán D
s
của chất tan
trong lớp phim.
 Giải thích: với lớp phim dày các phân tử chất tan phải di chuyển trung bình xa hơn để
tiến đến bề mặt, và với hệ số khuếch tán nhỏ hơn, chúng sẽ di chuyển đến chậm hơn. Hậu
quả là tốc độ truyền khối chậm hơn và chiều cao đĩa lý thuyết tăng lên.
 Khi pha tĩnh là một bề mặt rắn: hệ số truyền khối pha tĩnh C
s

tỉ lệ thuận với thời gian
được đòi hỏi cho những cấu tử bị hấp phụ hoặc giải hấp, hay tỉ lệ nghịch hằng số tốc độ
bậc nhất của các quá trình này.
 Sự chuyển động của phân tử trong pha tĩnh tiêu tốn một thời gian dài hơn, trong khi
những phân tử khác chuyển động về phía trước cùng với pha động, sẽ dẫn đến pic sẽ
doãng rộng. Pha động đi qua cột càng nhanh và tốc độ truyền khối trong pha tĩnh càng
nhỏ thì pic càng doãng rộng hơn.
 Khắc phục: những chất lỏng ít nhớt hơn có thể được chọn làm pha tĩnh để tăng hệ số
khuếch tán. Có thể giảm chiều dày của pha tĩnh nhưng dung lượng của cột sẽ bị giảm
xuống.
1.4.2.4. Sự truyền khối trong pha động
 Các quá trình truyền khối trong pha động rất phức tạp. Sự hiểu biết tốt về mặt định tính
của những yếu tố từ nguyên nhân này tác động đến sự doãng rộng của pic dẫn đến sự cải
thiện lớn lao trong tất cả các loại cột sắc kí.
 Hệ số truyền khối trong pha động C
M
:
 tỉ lệ nghịch với hệ số khuếch tán của chất tan trong pha động D
M

 tỉ lệ thuận với bình phương đường kính của hạt nhồi,
 tỉ lệ thuận với bình phương của đường kính cột và tốc độ chảy của pha động.
17

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 Sự doãng rộng của dải trong pha động là do một phần vào số đông các đường đi nhờ đó
một phân tử hoặc ion có thể tìm được cách của nó để đi qua cột nhồi. Trên bề mặt của
pha tĩnh có thể chứa các lỗ khích thước khác nhau nên một số các phân tử chất tan có thể
chuyển động vào ra các lỗ này dẫn đến sẽ bị chậm so với những phân tử khác. Các dòng
chất lỏng của pha động ở gần các hạt chuyển động chậm hơn dòng chất lỏng ở giữa

khoảng cách các hạt.
 Như vậy thời gian lưu trong cột cho các phân tử của cùng một chất cũng khác nhau. Các
phân tử này đi đến cột qua những khoảng thời gian khác nhau dẫn đến sự doãng rộng pic.
Ảnh hưởng này thỉnh thoảng được gọi là khuếch tán xoáy, độc lập với tốc độ của dung
môi.
1.4.2.5. Các phương pháp giảm sự doãng rộng pic
 Hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của cột là đường kính của các hạt nhồi và
đường kính của cột:
 Nếu sử dụng các hạt nhồi có đường kính càng nhỏ thì càng giảm chiều cao đĩa lý
thuyết.
 Trong khi đó lợi dụng ảnh hưởng của đường kính cột, các cột ngày càng hẹp hơn
được sử dụng trong những năm gần đây.
 Với pha động khí, tốc độ của khuếch tán dọc có thể được giảm một cách đáng kể bởi hạ
thấp nhiệt độ và như vậy làm giảm hệ số khuếch tán D
M
. Điều này dẫn đến chiều cao đĩa
lý thuyết sẽ nhỏ hơn tại nhiệt độ thấp. Ảnh hưởng này không đáng kể trong trường hợp
sắc kí lỏng bởi vì sự khuếch tán là đủ chậm nên sự khuếch tán dọc có ảnh hưởng rất nhỏ
đến chiều cao đĩa lý thuyết.
 Đối với pha tĩnh lỏng, chiều dày của lớp chất lỏng hấp thụ nên càng mỏng càng tốt bởi vì
C
s
trong phương trình Van-Deemter tỉ lệ thuận với bình phương của đại lượng này.
1.5. Độ phân giải của cột (Column resolution)
1.5.1. Định nghĩa
 Trong sắc kí, độ phân giải R
s
của hai pic được xác định như sau (hình 8):
R
s

=
2
12
12
WW
tt
W
V
W
t
RR
av
R
av
R







ở đây :
o Δt
R
và ΔV
R
là hiệu của thời gian hoặc thể tích lưu giữ của hai pic,
o W
av

là độ rộng trung bình của hai pic.

18

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký


Hình 1.8: Sự phân giải pic.
Tiêm m
ẫ
u

Th
ờ
i gian

Đ
ộ

phân gi
ả
i
kém, độ chọn
lọc tồi
Đ
ộ

phân gi
ả
i

kém, độ chọn
lọc tốt nhưng
thời gian
phân tích dài

Đ
ộ

phân gi
ả
i kém
, đ
ộ

chọn lọc tốt và thời
gian phân tích hợp lí

Đ
ộ

phân gi
ả
i
kém, độ chọn
lọc tốt nhưng
thời gian phân
tích quá dài,
pic bị doãng
rộng
19

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

 Độ phân giải của một cột tách cho biết khả năng tách hai chất phân tích bởi cột. Nếu cột
tách có độ phân giải khoảng 1.5 thì phép tách A và B gần như hoàn toàn (sự xen phủ chỉ
còn khoảng 0.3%), trong khi nếu độ phân giải 0.75 thì không tách được còn độ phân giải
bằng 1 thì sự xen phủ của hai pic còn khoảng 4%.
 Độ phân giải cho một pha tĩnh đã chọn có thể được cải thiện bởi tăng chiều dài của cột
tách (tức tăng số đĩa l í thuyết N của cột tách) nhưng như vậy sẽ làm kéo dài thời gian
phân tích.
1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải
 Mối quan hệ giữa số đĩa lý thuyết và độ phân giải là:
Từ
M
MR
t
tt
k

'


'
1
'
2
k
k



2
2
16
W
t
N
R



R
s
=
2
12
12
WW
tt
RR



Rút ra:

Độ phân giải R
s
=
)

1
)(
1
(
4
'
2
'
2
k
kN





ở đây:
 N là số đĩa lý thuyết,
 k’
2
là hệ số dung lượng của cấu tử thứ hai, α =
'
1
'
2
k
k

Nếu số đĩa lý thuyết của 2 pic không giống nhau thì thay thế N bằng
21

NN và thay k’
2
bằng
k’
av
.

Cải thiện R
s
nhờ chiều cao đĩa lý thuyết
20

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 Một chi tiết quan trọng trong phương trình trên là độ phân giải tỉ lệ thuận với N . Vì
vậy nếu tăng gấp đôi chiều dài cột thì tăng độ phân giải lên 2 lần.
 Tuy nhiên khi tăng số đĩa lý thuyết lên do tăng chiều dài cột thì quá trình sắc kí phải tiêu
tốn nhiều thời gian hơn trừ khi sự tăng số đĩa là do giảm chiều cao mỗi đĩa và không tăng
chiều dài của cột, nhiệt độ của cột (cho trường hợp sắc kí khí) và chiều dày của lớp phim
(cho sắc kí lỏng). Việc tối ưu hóa tốc độ pha động cũng có ích.
Cải thiện Rs nhờ hệ số chọn lọc α
 Khi tăng α hay khi tăng tỉ số phân bố thì độ phân giải cũng tăng theo. Cách để thay đổi α
là thay đổi pha tĩnh hoặc thay đổi cả pha tĩnh lẫn pha động trong sắc kí lỏng bởi vì thay
đổi bản chất của các pha sẽ dẫn đến thay đổi α.
 Khi tỉ số phân bố =2 thì đảm bảo cho sự phân giải tốt. Tuy nhiên sự tối ưu này là cho một
cặp cấu tử. Trong trường hợp hỗn hợp chứa nhiều cấu tử thì cần phải thay đổi k’ để có sự
phân tách giữa các cấu tử.
 Trong sắc kí khí, giá trị tối ưu hóa của k’ có thể đạt được bằng chương trình hóa nhiệt độ
còn trong sắc kí lỏng thì bằng chương trình hóa thành phần pha động tức thay đổi tỉ lệ
giữa các dung môi của pha động.
Cải thiện Rs nhờ hệ số dung lượng

 Thường sự tách có thể được cải thiện một cách đáng kể bằng việc thay đổi hệ số dung
lượng k’. Nói chung, sự tăng giá trị k’ làm tăng độ phân giải. Để xác định khoảng tối ưu
của giá trị k’, phương trình được viết dưới dạng:
'1
'
k
k
QR
s



Ở đây Q chứa phần còn lại của phương trình.
 Thường giá trị của k’ > 10 nên tránh vì dù tăng lên chút ít độ phân giải nhưng thời gian
đòi hỏi cho sự tách tăng lên rất đáng kể. Giá trị tối ưu của k’ trong khoảng từ 1 đến 5.
 Cách dễ nhất để cải thiện độ phân giải là tối ưu hóa k’:
 Đối với pha động là khí, k’ thường có thể được cải thiện bởi sự thay đổi nhiệt độ.
 Các phương pháp để giảm chiều cao của đĩa lý thuyết như được đề cập trong mục 4,
bao gồm giảm kích thước hạt nhồi, đường kính của cột



21

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Bài tập
Câu 1.1: Trình bày định nghĩa của các khái niệm sau: (2 điểm)
a) Sự rửa giải
b) Pha động

c) Pha tĩnh
d) Hệ số phân bố
e) Thời gian lưu
f) Hệ số dung lượng
g) Độ chọn lọc
h) Chiều cao đĩa lí thuyết
Câu 1.2: Trình bày các yếu tố làm doãng rộng các pic (1.5đ)
Câu 1.3: Mô tả phương pháp để xác định số đĩa lí thuyết của một cột sắc kí.
Câu 1.4: Trình bày sự khác nhau giữa
a) Sắc kí khí-lỏng và sắc kí khí-rắn
b) Sắc kí lỏng-lỏng và sắc kí lỏng-rắn
Câu 1.5: Trình bày các phương pháp để cải thiện độ phân giải của hai chất trên một cột sắc kí.
Câu 1.6: Trong một phép phân tích sắc kí tinh dầu chanh, pic của limonene có thời gian lưu là
8.36 min với độ rộng đáy pic bằng 0.96 phút. Terpinene rửa giải ở 9.54 phút, với độ rộng
đáy pic là 0.64 phút. Tính độ phân giải của 2 pic trên? (Ans: 1.48)

Câu 1.7: a) Trong một phép phân tích sắc kí các axit có trọng lượng phân tử thấp, butyric acid
rửa gải ở thời gian lưu là 7.63 phút. Thời gian không lưu giữ T
M
của cột là 0.31 phút.
Tính hệ số dung lượng của butyric acid. (Ans: 23.6)

b) Thời gian lưu của isobutyric acid là 5.98 phút. Hỏi độ chọn lọc của isobutyric acid và
butyric acid? (Ans: 1.29)

Câu 1.8: Trong một phép phân tích sắc kí thuốc trừ sâu cơ clo Dieldrin cho một pic với thời gian
lưu là 8.68 phút và độ rộng đáy pic là 0.29 phút. Hỏi có bao nhiêu đĩa lí thuyết liên quan
đến phép tách này ? Cho chiều dài cột là 2.0 met, Tính chiều cao một đĩa lí thuyết?
(Ans:0.14 mm)

Câu 1.9: Một hỗn hợp benzene, toluene, và methane được tiêm vào một máy sắc kí khí. Methane
cho một pic sắc nhọn ở 42s, trong khi benzene và toluene có thời gian lưu 251 s và 333s.
Tính thời gian lưu hiệu chỉnh và hệ số dung lượng cho mỗi chất tan. Tính độ chọn lọc
giữa benzene và toluene. (Ans: α = 1.39)

22

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký


Câu 1.10: Các số liệu sau đây thu được từ phép tách 4 cấu tử trong cột mao quản dài 20-m.
Compound t
r
(min) w (min)
A 8.04 0.15
B 8.26 0.15
C 8.43 0.16
(a) Tính số đĩa lí thuyết của mỗi hợp chất và số đĩa lí thuyết trung bình của cột.
(b) Tính chiều cao trung bình của một đĩa lí thuyết.
(c) Giải thích tại sao mỗi hợp chất có thể có số đĩa lí thuyết khác nhau.

Câu 1.11: Moody đã nghiên cứu hiệu lực tách của phép tách sắc kí khí 2-butanone trên cột
dinonyl phthalate . Đánh giá chiều cao đĩa lí thuyết như một hàm của tốc độ dòng pha
động theo phương trình van Deemter với A là 1.65 mm, B là 25.8 mm x mLx min
–1
, and
C là 0.0236 mm x min x mL
–1
.
(a) Vẽ đồ thị biễu diễn H theo u (tốc độ dòng) trong khoảng 5–120 mL/min.

(b) Khoảng giá trị nào của tốc độ dòng pha động cho mỗi giá trị của A, B và C có ảnh
hưởng lớn nhất.
(c) Giá trị tối ưu của tốc độ dòng và chiều cao của đĩa lí thuyết ở tại giá trị đó
(d) Đối với cột mao quản mở thì giá trị A bằng 0. Nếu B và C vẫn không thay đổi thì tốc
độ dòng tối ưu là bao nhiêu và chiều cao đĩa lí thuyết ở giá trị này?














23

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Chương 2: SẮC KÍ KHÍ
2.1. Mở đầu
2.1.1 Khái niệm
 Cơ sở để tách bằng sắc kí khí là sự phân bố của mẫu thử giữa hai pha: pha tĩnh có bề mặt
tiếp xúc lớn, pha động là khí thấm qua toàn bề mặt tĩnh đó.
 Nếu pha tĩnh là rắn thì gọi là sắc kí khí-rắn. Chất rắn nhồi cột thường là silicagel, rây
phân tử hoặc than hoạt tính. Quá trình này chủ yếu là hấp phụ.

 Nếu pha tĩnh là lỏng, ta có sắc kí khí-lỏng. Chất lỏng bao bọc quanh bề mặt một chất rắn
trơ, gọi là chất mang, tạo nên một lớp phim mỏng. Cơ sở cho sự tách ở đây chính là sự
phân bố của mẫu trong và ngoài lớp phim mỏng này.
2.1.2 Vài nét lịch sử
 1905 Ramsey tách hỗn hợp khí và hơi dựa trên cơ sở hấp phụ của than hoạt.
 1906 Tswett tách các sắc tố thực vật trên cột và gọi quá trình tách là ‘sắc kí’
 1941 Martin và Synge (giải thưởng Nobel) trình bày lý thuyết đĩa trong chưng cất và
chiết suất ngược dòng. Trên cơ sở đó James và Martin đề xuất ra sắc kí khí-lỏng (1952)
 Từ đó đến nay GC ngày càng hoàn thiện. Đến năm 1968 đã có khoảng 18000 công trình
về GC. Những năm gần đây được sự hỗ trợ của công nghệ điện tử và tin học, GC đạt
được nhiều thành tựu hơn nũa.
2.2.Thiết bị
2.2.1. Giới thiệu
 Hiện nay, hơn 30 nhà sản xuất cung cấp ra thị trường khoảng 150 mẫu khác nhau của
thiết bị sắc kí khí.
 Trong thập niên 70, các bộ tích phân kế điện tử và xử lý số liệu dựa trên máy tính trở nên
thông dụng.
 Thập niên 80 đã xuất hiện các thiết bị sắc kí khí với các thông số như nhiệt độ của cột,
tốc độ dòng, tiêm mẫu, được điều khiển bằng máy tính với giá cả vừa phải; và có lẽ quan
trọng nhất là sự phát triển của các cột có khả năng tách những mẫu phức tạp có chứa
nhiều cấu tử trong một khoảng thời gian ngắn.
Những thành phần chính của thiết bị sắc kí khí được mô tả trong hình 2.1.
24

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký

Hình 2.1: Sơ đồ khối của một máy sắc kí khí


Hình 2.2: Một sắc kí đồ tiêu biểu tách các este bão hòa bởi sắc kí khi-lỏng

1. methyl formate 2. methyl acetate 3. ethyl formate
4. ethyl acetate 5. n-propyl formate 6. iso-propyl acetate
7. n-butyl formate 8. sec-butyl acetate 9. iso-butyl acetate
10. n-butyl acetate
2.2.2 Hệ thống cung cấp khí mang
 Các khí mang phải trơ về mặt hóa học như He, Ar, N
2
, CO
2
và H
2
và việc chọn lựa khí
mang thường được quyết định bởi loại detector sử dụng.
 Hệ thống cung cấp khí mang bao gồm các bộ điều chỉnh áp suất (pressure regulators), các
thiết bị đo áp suất (gauges), và thiết bị đo tốc độ dòng.
 Hệ thống khí mang còn chứa một hệ thống lọc phân tử để tách nước và các chất nhiễm
bẩn khác.
 Tốc độ dòng được kiểm soát bởi các bộ điều chỉnh áp suất hai giai đoạn được lắp vào các
bình chứa khí mang.
B
ộ

đi
ề
u dòng

B
ộ

đi

ề
u
áp

B
ộ

tiêm m
ẫ
u

B
ình khí
pa động

Lò

C
ộ
t tách

Tiêm m
ẫ
u

Th
ờ
i gian

Thi

ế
t b
ị

đo
t
ố
c đ
ộ

dòng

L
ớ
p

đ
ệ
m
cao su
silicon
25

Bùi Xuân Vững Cơ sở phân tích sắc ký
 Áp suất của khí vào thiết bị nằm trong khoảng từ 10 đến 50 psi để có tốc độ dòng từ
khoảng 30 đến 150 ml/ph đối với cột nhồi và khoảng từ 1 đến 25 ml/ph đối với cột mao
quản. Nói chung, nếu áp suất đi vào thiết bị không đổi thì tốc độ dòng sẽ không đổi. Để
đo tốc độ dòng khí người ta dùng thiết bị đo tốc độ dòng (flowmeter) với bọt xà phòng và
đồng hồ bấm giây.
Khí mang

Độ giảm áp suất tỉ lệ với độ nhớt khí mang nên cần chọn khí mang có độ nhớt thấp cho cột mao
quản và cột nhồi chặt. Bảng sau dẫn ra một số đặc tính cơ bản của một số khí mang
Khí Độ dẫn điện χ,
10
-4
cal/cm.
o
K
Độ nhớt η ở 1 atm
50
o
C 100
o
C 200
o
C 300
o
C
Argon
Heli
Nito
Hydro
0.52
4.08
0.37
5.47
242
208
188
94

271
229
208
103
321
270
246
121
367
307
-
139

Khi lựa chọn cần chú đến detector đang sử dụng như sau:
 Detector đo độ dẫn cần phải sử dụng khí mang có độ dẫn cao như H
2
, He. Khí He có ưu
điểm không nguy hiểm.
 Detector ion hóa ngọn lửa thường sử dụng khí mang N
2
do rẻ và không nhuy hiểm nhưng
trong trường hợp ghép nối với các thiết bị khác, ví dụ ghép nối với khối phổ phải dùng
khí mang là heli.
 Detector cộng kết ngọn lửa thường dùng khí mang là N
2
.
Sau đây là đặc điểm của một số khí mang thông dụng:
 Khí H
2
khi sử dụng làm khí mang cần dùng khí nitơ làm khí bảo vệ thổi qua cột trước.

Trong các phòng thí nghiệm người ta đã dùng phổ biến máy sản xuất khí hydro với công
suất từ 125 ml/ph đến 225 ml/ph. Khi dùng H
2
trong phòng thí nghiệm phải có mày dò
chỗ hở H
2
và cấm lửa.
 Khí He, argon là khí trơ hóa học rất thích hợp cho sắc kí ở nhiệt độ cao.
 Khí nitơ do không nguy hiểm, giá rẻ và dễ dàng làm tinh khiết nên N
2
được dùng nhiều
cho sắc kí khí. Cần chú y là độ dẫn nhiệt của N
2
rất gần với độ dẫn của nhiều khí và hơi
nhiều chất hữu cơ nên có trường hợp pic sắc kí có thể bị ngược.

2.2.3 Hệ thống tiêm mẫu