Giáo trình : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ DETECTOR TRONG SẮC KÝ LỎNG VÀ KHÍ part 2 potx

ECD sử dụng hoạt độ phóng xạ β phóng ra để ion hóa các khí mang và phát
sinh ra dòng điện ở giữa cặp điện cực. khi những phân tử hữu cơ có chứa
nhóm electron mang điện tích như: halogen, photpho và nhóm nitro đi qua
detector, detector giữa lại một vài electron và làm biến đổi số đo của dòng
điện giữa các điện cực.
Detector gồm có điện trường, bên trong có nguồn phát tia β (do Ni
63
, được
phủ bên ngoài tấm bạch kim hay titan), khí mang được dùng là Ar. Điện tử sơ
cấp của tia β sẽ ion hóa phân tử khí mang làm bắn ra điện tử thứ cấp, tạo dòng
điện trong điện trường, phản ứng dây chuyền xảy ra. Khi có sự hiện diện của
mẫu, thường là chất có độ âm điện cao, sẽ nhận điện tử thứ cấp, làm giảm
cường độ dòng điện, tương ứng với sự xuất hiện mũi sắc kí
Detector hoạt động dựa trên đặt tính của các chất có khả năng cột kết các điện
tử tự do trong pha khí (trừ trường ngoại lệ của các khí trơ) khả năng cộng kết
điện tử lớn hay nhỏ là phụ thuộc vào các hợp chất cần được phát hiện. Khả
năng đó tương đối nhỏ đối với các hợp chất hdrocacbon no. Ngược lại, khi
các hợp chất có chứa các nhóm chức hoặc đa liên kết (đôi hoặc ba) thì khả
năng các điện tử sẽ tăng hẳn lên. Đặc biệt là nếu trong phân tử của hợp chất
này có chứa các nguyên tử halogen (Cl, Br….) Bởi vậy, độ nhạy phát hiện
của detector ECD rất đặc thù cho các nhóm chức và có thể dao động trong
phạm vi khá rộng (1-10
6
)
Bộ phận chính của detector ECD là một buồng ion. Tại đây diễn ra quá trình
ion hóa, bắt giữa điện tử và tái kết hợp.
M: là phân tử khí mang, EC: và phân tử của chất có khả năng bắt giữ điện tử.
Cũng chính vì khả năng bắt giữ điện tử (electron-capture) mà detector còn
được gọi là detector bắt giữ điện tử.
* Quá trình ion hóa: một nguồn tia phóng xạ được lắp sẵn trong detector, phát
ra một chùm tia β

-
với tốc độ 10
8
-10
9
hạt/s. Các hạt β
-
này sẽ ion hóa phân tử
khí mang (M) tạo ra các ion dương của phân tử khí mang và điện tử tự do sơ
cấp (e
-
). So với các điện tử của chùm tia β
-
các điện tử tự do này chậm hơn
hẳn. Chúng được gia tốc nhờ một điện trường và được chuyển dịch về phía
anôt. Tại đây chúng bị lấymất điện tích và qua đó cho dòng điện nền của
detector.
* Quá trinh công kết điện tử các nguyên tử hoặc là phân tử của các chất (EC),
sau khi rời bỏ cột tách, được đưa thẳng vào buồng ion cùng với khí mang.
Tùy theo ái lực điện tử của các phân tử này, các điện tử tự do sơ cấp nói trên
sẽ bị các phân tử đó bắt giữ và do vậy tạo ra các ion âm.
* Quá trình tái kết hợp: các ion âm được tạo ra như vậy sẽ kết hợp với các ion
dương của phân tử khí mang để tạo thành các phân tử trung hòa.
Như vậy do khả năng cột kết điện tử của chất cần phân tích, điện tử bị lấymất
khỏi hệ và dòng điện nền bị giảm đi so với lúc chỉ có khí mang tinh khiết đi
qua detector. Mức độ suygiảm của dòng điện nền trong thời điểm có chất đi
qua được thể hiện bằng pic sắc ký của chất đó.
Độ nhạy của detector ECD phụ thuộc vào :
- Độ lớn của dòng điện nền
- Mức năng lượng ái điện tử của chất cần phát hiện

- Bản chất của khí mang
- Điện thế được đặt vầo detector
Rõ ràng những chất có ái lực điện tử cao sẽ cho các tính hiệu mạnh, để tạo ra
các điện thế cần thiết cho quá trình vận chuyển ion, có thể đặt vào detector
thế một chiều không đổi hoặc là thế một chiều dưới dạng xung. Trong trường
hợp sử dụng thế một chiều không đổi, vùng làm việc tối ưu của điện thế đặt
vào detector phụ thuộc vào bản chất của chất nghiên cứu và nhiệt độ của
detector các giá trị này thường dao động giữ 1-30V. ngược lại, nếu sử dụng
điện thế dạng xung khỏang làm việc tối ưu của detector sẽ không phụ thuộc
vào bản chất của chất nghiên cứu, mà chỉ phụ thuộc khỏang cách giữ các
xung trong một điều kiện nhất định. Thông thường sử dụng thé hiệu một
chiều gián đọan khỏang 50V, với độ dài xung từ 0,75-3µs và khỏang cách giữ
hai xung 5-200 µs.
Đặc điểm:
Độ nhạy cao, nhất là khi mẫu thuộc các nhóm chức: halogenua, peroxid,
quinon, nitro…Đặc biệt dùng phân tích thuốc sát trùng.
Lớp cách điện
ống hình trụ
Vỏ detector
Tay đòn
Kẹp lớn
Đầu nhận xung từ buồng detector
Nhưng để độ nhạy cao, phải dùng khí Ar (giá trị cao), vì N
2
có độ liên kết khá
bền nên khó tạo điện tử thứ cấp.
1.4Detector phát xạ nguyên tử (atomic-emission detector):
Một trong những bổ sung mới nhất cho máy sắc kí khí là detector phát xạ
nguyên tử (AED). Detector này khá đắt tiền so với detector GC nhưng nó có
thế mạnh không thể thay thế được. Thật vậy, thay vì đo đơn giản pha khí cung

cấp ( chứa cacbon) để tạo ra các ion trong ngọn lửa bằng detector ion hóa
ngọn lửa. AED có thể thay đổi nền hiện tại vì sự bắt phần tử không phải điện
tử của những điện tử nhiệt với electron bắt điện tử. AED có nhiều tính khó
dùng hơn bởi vì nó dựa vào sự dò tìm của những phát xạ nguyên tử.
Đây là loại hiện đại. Cấu tử ra khỏi cột được đưa qua trường plasma (tạo bởi
heli) có năng lượng của bức xạ vùng vi sóng. Cấu tử mẫu nhận năng lượng, bị
nguyên tử hóa và nguyên tử bị kích thích, do đó chúng có khả năng phát xạ.
Cường độ phát xạ được ghi nhận và chuyển thành mũi sắc kí.
Đặc điểm:
Độ nhạy rất cao, thời gian phát xạ tính hiệu nhỏ.
Đặc biệt máy có thể ghi nhận đồng thời nhiều cấc tử.
Tuy nhiên chi phí phân tích rất cao vì phải dùng khí heli.
Thế mạnh của detector AED là nó có khả năng xác định những phát xạ
nguyên tử của nhiều phân tử trong một phép phân tích Elute từ cột mao quản
GC. Khi Elute ra khỏi cột mao quản, chúng được đưa vào trong một trường
plasma (hoặc sự phóng điện) nơi mà cấu tử mẫu nhận năng lượng và bị kích
thích bởi năng lượng từ plasma, do đó chúng có khả năng phát xạ. Máy tính
có ghi lại cường độ phát xạ và chuyển thành mũi sắc kí.
1.5Detector quang kế ngọn lửa (flame photometric GC detector)
Nguyên nhân để ta sử dụng detector GC nhiều hơn những loại detector khác
trong biểu đồ khí cromate là do nó có độ nhạy cao và hiệu quả trong việc dò
Lãnh vực
Xả khí
máy lọc nhiệt
Cung cấp
điện thế cao
máy lọc
giao thoa
Kim loại
chịu nhiệt

các hợp chất riêng biệt. Trong quá trình phân tích biểu đồ cromate đặc trưng.
Chất định phân của sulfur hay phosphorus chứa hợp chất là nhân tố chính của
detectỏ trắc quang ngọn lửa (FPD). Thiết bị này sử dụng những phản ứng
quang hóa của những hỗn hợp này trong ngọn lửa hydrogen/không khí như là
một nguồn của quá trình phân tích mà nó có quang hệ đặc biệt với những hợp
chất chứa hai loại nguyên tử. Khi thích S
2
thì tỏa ra hỗn hợp sunfur bước sóng
cực đại của năng lượng tỏa ra được kích thích từ S
2
có giá trị gần đúng
394nm. Năng lượng tỏa ra của hỗn hợp photphorus trong ngọn lửa được kích
thích từ HPO (λ
max
=510-526nm) để độ nhạy máy đò của một hay nhiều hỗn
hợp khác giống như nó giải hấp từ cột GC, một phễu lọc giao thoa được dùng
giữa gọn lửa và ống phổ trắc quang (PMT) để phân tách vùng tỏa năng lượng.
Việc cần xem lại ở đây là phễu lọc phải được chuyển đổi giữa vùng chạy của
biểu đồ cromate nếu hỗn hợp khác của chúng có thể được đò.
Khí mang thóat từ cột được trôn với hydro và đi tới cuối ống. dòng không khí
theo một đường khác và được trộn với hổn hợp Hydro – khí mang tại ống tạo ra
ngọn lửa hydro. Khi mẫu cuốn theo khí mang, được đốt cháy bằng ngọn lửa
hydro trong ống phát ra ánh sáng ở bước sóng nào đó. Ánh sáng phát ra bởi ngọn
lửa hydro đi qua ống thạch anh để tránh cho bộ lọc quang và bộ nhân quang khỏi
bị nhiễm bẩn bởi hơi và sản phẩm đốt cháy và đi đến bộ lọc quang. Bộ lọc cản
chỉ cho ánh sáng có độ dài sóng đặc thù đi qua. Bộ lọc kiểu S 394nm được dùng
để phát hiện các hợp chất chứa lưu hùynh và loại P 526nm dùng cho hợp chất
chứa photpho.
Nếu những hợp chấc chứa lưu hùynh hoặc photpho có trong khí mẫu, chúng
được đốt cháy trong ống, phát ra ánh sáng 394nm hoặc 526nm tương ứng.

Chỉ có ánh sáng có độ dài sóng này mới qua được bộ lọc cản và bộ nhân
quang. Cường độ của ánh sáng được chuyển thành tính hiệu thông qua bộ
nhân quang. Tín hiệu này được khuếch đại trong điện kế và chuyển qua bộ xử
lý số liệu.
1.6Detector quang hóa ion (photoionization detector):
Vỏ bọc cách ly
chắn tia UV
Cung cấp
điện
Cửa trong suốt cho UV
đi qua
Khí hoặc máy dò kết nối có
thể tích nhỏ
Buồng gia
nhiệt sự ion
hóa
Phản ứng sử dụng hơn một loại detector cho sắc phổ khí, nó đạt được độ
nhạy cao nhờ hiệu quả của các hợp chất đặc biệt với kĩ thuật phân tích sắc
phổ riêng biệt. Sự xác địnhcó chọn lọc của hydrocacbon thơm hoặc nhóm
organo-heteroatom là công việc của đầu dò quang phổ PID. Thiết bị sử dụng
năng lượng ánh sáng cực tím như phương tiện của kĩ thuật phân tích rừ cột
GC. Các ion tạo ra từ quá trình này bởi tiến trình hoạt động của electron.
Dòng điện phát ra được tập trung cho kĩ thuật phân tích.
1.7Chemiluminescence Spectroscopy:
Sự phát quang bằng phản ứng hóa học, giống như nguyên tử phát ra quang
phổ, dùng để định lượng sự phát quang từ những nguyên tử bị kích thích
trong phép phân tích cô đặc, tuy nhiên không giống AES.
Sự phát quang bằng phản ứng hóa học thường phát ra những phân tử mạnh để
thay thế khi chúng bị kích thích, dãy ánh sáng được xác định bởi kĩ thuật bắt
nguồn từ việc tạo ra phân tử, từ đơn giản đến phức tạp.

Hơn nữa sự trắc quang bằng phản ứng hóa học có thể xảy ra bên trong pha
lỏng hay pha khí. Trong khi đó AES gần như chính xác so với pha khí. Tuy
nhiên sự phát quang bằng phản ứng hóa học trong pha lỏng đóng vai trò quan
trọng trong kĩ thuật phân tích phòng thí nghiệm. Phương pháp này thường sử
dụng với sắc kí lỏng. Chúng ta sẽ tập trung vào những phản ứng của sự phát
quang bằng phản ứng hóa học ở pha khí với những chất cấu thành nên nó có
phần đơn giản hơn.
Những máy dò tìm này cũng được sử dụng như những máy dò tìm cho kĩ
thuật phân tích thành phần các chất.
Tín hiệu
Cột mao quản từ
sắc ký khí
máy bơm chân không
Thế mạnh của phương pháp trắc quang bằng phản ứng hóa học trong đầu dò
của bức xạ điện tử có tiêu chuẩn thấp.
Vấn đề đầu tiên của loại hình phản ứng này là tạo ra năng lượng cần thiết,
kích thích các electron lên mức năng lượng cao hơn, nhờ những chấn động và
tình trạng xoay vòng (từ đó chúng bị phá hủy trạng thái này bằng sự phát xạ
chứ không đơn giản như ánh sáng phát từ ngọn đèn hay tia laze.
1.8 Detector Nitơ-photpho NPD:
Detector NPD còn gọi là detector ion hóa ngọn lửa sử dụng muối kiềm hay
detector nhiệt ion (AFID-Alkali flame ionization detector ), detector ion hóa
nhiệt ngọn lửa (FTD- flame thermionic detector) detector này cho độ nhạy
cao khi phân tích các hợp chất có chứa nitơ-photpho, phụ thuộc vào điều kiện
phân tích nó tỏ ra rất hữu hiệu trong việc phân tích các dược phẩm, dư lượng
của các hợp chất cacbamat và photphat sử dụng trong nông nghiệp và phân
tích lượng vết các hợp chất chứa nitơ và photpho như nitrosamin,
trimetylamin, acrylomitricl trong các chất tổng hợp nhân tạo.
Mặt dù cơ chế phản ứng chính xác của detector này vẫn chưa được hiểu một
cách đầy đủ nhưng có thể đưa ra một cơ chế phản ứng chấp nhận được như

sau:
Các hợp chât chứa nitơ đi ra từ cột sắc ký trở thành gốc CN
*
. Sau khi phân
hủy nhiệt trên bề mặt kim loại kiềm nung đỏ gốc CN
*
kết hợp với các electron
thóat ra từ bề mặt kiêm lọai kiềm nung đỏ (Rb) và trở thành ion CN
-
. Các ion
này kết hợp với các nguyên tử hyro. Trong khi đó nguồn kiêm lọai kiềm (Rb)
trở thành cation sau khi giải thóat các electron, tạo ra một dòng tập hợp và
chuyển thànhtín hiệu.
Trong Detector ( NPD-17) nguồn ion là một kim lọai kiềm được phủ lên một
dây palatin dạng xoắn ốc. nguồn này được nối với dòng Ac để nung nóng sợi
palatin.
Mẫu chất rửa từ cột được tách ra khỏi miệng ống sau khi trộn với một lượng
nhỏ hydro, tiếp xúc với nguồn kim lọai kiềm nung đỏ ở trên. Nhiều phản ứng
diễn ra tại bề mặt và ở môi trường xung quanh. Phần mẫu được thóat ra ngòai
qua trung tâm của bộ phận thu mẫu.
2. Nguyên lý hoạt động của một sô detector trong sắc ký lỏng:
Trong sắc ký lỏng người ta thường dùng các quang phổ kế đo quang có độ nhạy
cao, nhờ đó có thể nhận dạng các hợp chất đến nồng độ cực nhỏ 10
-10
M trong
miền ánh sáng tử ngoại nhìn thấy (miền quang phổ 190 – 800 nm). Để dò tìm các
chất không màu ( không có hiệu ứng phổ hấp thụ ) người ta thường dùng các máy
đo chiết suất vi sai. Khi phân tích các chất có khả năng oxyhóa – khử người ta
dùng các bộ dò tìm điện hóa (đo điện thế, cực phổ). Người ta cũng dùng các bộ
dò tìm huỳnh quang, đo độ dẫn điện. Bộ dò tìm kiểu đo độ dẫn điện thường được

dùng trong sắc ký trao đổi ion.
Sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về một vài loại detector trong sắc ký lỏng
2.1 Electrolytic conductivity detector:
Đầu dò độ dẫn điện: CD (Conductivity detector)
Được dùng trong sắc ký trao đổi ion
Đầu dò của cột sắc ký phát ra điện một cách liên tục, kết quả phân tích nhận được
là do sự thay đổi độ dẫn điện.
Đầu dò độ dẫn điện thường cho phép một lượng thể tích rất nhỏ.
Đầu dò độ dẫn điện được sử dụng rộng rãi chủ yếu trong sắc ký trao đổi ion
(cation và anion). Nhưng nói chung nó chỉ đựoc dùng trong những trường hợp
đặc biệt.
Nguyên tắc:
Các cấu tử sau khi ra khỏi cột được cho chảy xuyên qua thiết bị mao dẫn có cấu
tạo gồm hai điện cực (cực âm và cực dương) bằng kim loại đặt ở hai đầu mao
dẫn, mao dẫn làm bằng vật liệu không dẫn điện như: SILICA, PEEK,
TEFLON…. Sau khi tác động một hiệu điện thế xoay chiều vào hai điện cực, sự
phân chia điện tích trong pha động xảy ra, sự biến đổi tính dẫn điện của pha động
xảy ra, tách rời các cấu tử trong mẫu (các cấu tử mang điện tích dương sẽ bị kéo
về cực âm và ngược lai). Các kết quả trên sẽ được khuyếch đại, liên tục được ghi
nhận lại.