Sắc ký khí Kỹ thuật Sắc ký - Khối Phổ

Lớp CĐ Kiểm Nghiệm VSATTP
ĐH Kỹ thuật Y Yế Hải Dương
Bài 8 Sắc ký khí
Kỹ thuật Sắc ký - Khối Phổ
PGS Phạm gia Huệ
Hà Nội 24-02-2009

Sắc ký khí
•
SK /Khí:
–
Pha động = khí (khí mang)
–
Phân tích chất khí, hơi
•
Phân loại:
–
SK khí-lỏng (GLC) = SK Phân bố
–
SK khí-rắn (GSC)= SK Hấp phụ
•
Phát triển nhanh, mạnh nhờ:
- kỹ thuật tạo dẫn chất dễ bay hơi
- kỹ thuật phối hợp GC-MS, GC-IR

Máy Sắc ký khí


Máy Sắc ký khí
•

Khí mang: Nitơ, Heli, Argon, Hydro
bom khí, chai khí, máy sinh khí nitơ
rất tinh khiết (loại tạp, hơi ẩm)
•
Bộ phận tiêm mẫu: bay hơi mẫu
t
o
bộ tiêm > t
o
cột
Qua tấm đệm (septum) silicon
Chia dòng (split) 1/10, 1/100
Không chia dòng (splitless)
tiêm vài mcl
bộ tiêm mẫu tự động

Cột sắc ký

–
Cột nhồi:
•
K loại, ttinh; 1-4 m x 1-4 mm
•
hạt 60-100 mesh (250 – 150 mcm)
–
Cột mao quản (cột hở): hay dùng
•
T tinh, silica : 10 – 100 m
0,1 – 0,5 mm
•

Cột FSOT
(fused silica open tubular)
•
Cột SCOT / PLOT
•
Cột WCOT

0,3mm
4mm
Cột nhồi
Cột Mao quản
SCOT / PLOT
WCOT

Chất nhồi cột
•
Chất mang (support) : chất rắn để mang pha tĩnh
–
Hạt nhỏ, xốp, 1-10 m
2
/g, trơ, chịu nhiệt
–
Hay dùng diatomit
–
cỡ hạt hay tính theo mesh (số lỗ / in
2
của rây)
VÍ DỤ: hạt 60-80 mesh ~ cỡ hạt 250 – 170 mcm
•
Pha tĩnh lỏng : lỏng ở nhiệt độ phân tích

–
Bao hay liên kết (bonded, cross-linked) trên pha tĩnh
–
Có độ phân cực khác nhau, có hệ số phân bố khác
nhau với các chất phân tích.
–
Hay dùng các dẫn chất polydimethyl siloxan (các loại
OV, SE), polyethylenglycol PEG (Carbowax)
–
Pha tĩnh rắn: Hay dùng các gel rây phân tử, các polyme xốp

Detector
Detector vạn năng:
•
Detector dẫn nhiệt TCD: nhạy trung bình
•
Detector ion hoá ngọn lửa FID: hay dùng nhất, nhạy
khoảng gấp 3 lần TCD, không phát hiện 1 số chất
Detector đặc hiệu:
•
Detector nhiệt ion NPD: nhạy với chất có N, P
•
Detector bắt điện tử ECD: nhạy với chất ái điện tử,
dẫn chất clo, thơm đa vòng
•
Detector đo quang ngọn lửa: nhạy với hợp chất S và
P

Ứng dụng
•

Phân tích các chất khí, dễ bay hơi, bền nhiệt
•
Định tính, thử tinh khiết, định lượng
•
SK khí-lỏng (GLC) dùng phổ biến: ít tốn kém,
nhanh, nhạy; nhiều khi phải tạo dẫn chất (tạo
chất bay hơi được hoặc phát hiện được)
•
SK khí rắn (GSC): dùng với chất không phân
tích được bằng GLC như: các oxid nitơ, oxid
carbon, H
2
S, CS
2
,

Kỹ thuật Sắc ký Khối phổ
•
Giới thiệu sơ lược về khối phổ
•
Giới thiệu kỹ thuật GC-MS
•
Giới thiệu kỹ thuật LC-MS

Các thành phần một máy MS
Nguồn ion PT khối
Detector
ion
Phổ Khối
m/z

Signal Intensity
Nạp mẫu
R
R
L
L
K
K
Chân không cao
X
X
ử lý và lưu dữ liệu
ử lý và lưu dữ liệu
Tránh ion PT va chạm với các
phân tử trong không khí

1. Nguồn ion hoá

Mục đích: Biến đổi chất PT, tạo thành các ion
(phân tử hay các mảnh)

Hai kỹ thuật :

Bắn phá electron (Electron Impact - EI): tạo ion
dùng chùm electron năng lượng cao: phương
pháp cứng, cho nhiều mảnh nhỏ

Ion hoá hoá học (chemical ionization (CI) tạo
ion thông qua phản ứng với các ion thuốc thử.
còn mảnh ion mẹ (phân tử):

Bắn phá bằng Electron
(EI)
+
+
Sợi đốt
Khu vực
Gia tốc ion
PT khối
Chùm electron

•
Ion phân tử M+., có m/z 226, mất gần hết.
•
Tạo thành các mảnh m/z 197, 156, 141, 112, 98, 69, and 55,
•
Các pic này là dấu vết các mảnh trong cấu trúc của phân tử M.
•
Pic lớn nhất trên phổ MS là pic cơ bả n (coi như có cường độ
100%) intensity) . Cường độ pic khác tính theo % của pic cơ bản.
Pic cơ bản
Molecular ion peak M
+
.
Phổ MS của
pentobarbital, bắn
phá bằng electron

Pic của ion phân tử MH
+

ở m/z 227 (M+1) là pic lớn thứ nhì.
Ít các pic của mảnh so với phổ EI
Phổ ion hoá
hoá học của
pentobarbital

2. Bộ Phân tích Khối
•
Quả tim của máy khối phổ, có nhiệm vụ
tách các ion có trị số m/z khác nhau thành
từng phần riêng biệt.
•
Phân loại:
Bộ phân tích từ,
Bộ phân tích tứ cực,
Bộ phân tích bãy ion tứ cực
Bộ phân tích thời gian bay

3. Detector
Nhân electron (electron multiplier):
Tác động của một ion lên bề mặt các
dynode khác để tạo ra các electron
ngày càng nhiều electron.
1  10
6
(hình bên)
Nhân quang (photomultiplier):
Các electron tạo ra theo cách trên va
chạm với một bề mặt phát quang
để tạo ra photon. Các photon này

được thu nhận và số lượng của
chúng tỷ lệ với cường độ tín hiệu

GC-MS
Tách bằng GC Xác định bằng MS
Có thư viện phổ chuẩn
Mass spectrometer acts as a detector for GC
Interface

GC - MS


GC-MS
•
Tách bằng GC Xác định bằng MS
•
Sắc đồ có các dạng khác nhau:
–
TIC: đo tổng các ion
–
SIM: đo 1 ion chọn lọc
–
MIM: đo 1 số ion chọn lọc
•
Định tính: dựa vào vị trí pic trên sắc đồ, hoặc dựa
vào phổ MS của píc đó (so với phổ chuẩn), xác định
được chất chưa biết.
•
Định lượng dựa vào diện tích/ chiều cao pic trên
sắc đồ

Sắc đồ TIC một chất tạo hương

Pic
dung
môi
Pic
tạp
đọc
phổ
MS
Methyl salicylat
Isoeugenol
eugenol

Khối phổ đồ của pic 119s


LC-MS
•
Tách bằng LC Xác định bằng MS
•
Khó khăn: loại ảnh hưởng của dung môi và các
thành phần trong pha động; ít thư viện phổ
•
Để ghép nối giữa LC và MS:
•
giao diện ion hoá hoá học ở áp suất thường APCI
(atmospheric pressure chemical ionisation)
•

giao diện phun điện ES (electrospray)

Ion hoá hoá học ở áp suất thường APCI
•
Nitơ được dùng để phun sương pha động tạo thành
một sol khí hay khí dung (aerosol) của khí nitơ và
các giọt nhỏ dung môi .
•
Sol khí này dược đưa qua một khu vực được đốt
nóng. Ở đây dung môi bị loại và các chất được ion
hoá nhờ các phản ứng ion-phân tử ở áp suất khí
quyển, các electron và các ion sơ cấp được tạo ra
do phóng điện.

Giao diện phun điện ES

Các giọt dung dịch thu nhỏ và tăng điện tích.
Các phân tử dung môi không tích điện bị loại

Ví dụ Ứng dụng LC-MS
•
Phát hiện tạp chất trong các thuốc tổng hợp,
•
LC: pha động ACN-amoni ethanoat, C18
•
giao diện phun điện.
•
Sắc đồ TIC: ion mẹ rửa giải ở phút thứ 17,7 và các
pic tạp ra trước và sau đó.
•

•
MS: Chất ra ở 8,35 ph cho phổ khối có các pic
thuộc ion (M+H)+ xuất hiện ở m/z = 225 và 227 theo
tỷ lệ 3:1 cho thấy sự có mặt của nguyên tử clo. Chất
tạp là quinazolin có 3 nhóm thế.