CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
GVGD: T.S. NGUYỄN VĂN TRỌNG
ĐTDĐ: 0903-543-882
EMAIL:
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ
12/04/15
12/04/15
Các đại lượng cơ bản trong sắc ký và động học của quá trình sắc ký
1.1
1.2
1.3
1.4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
Định nghĩa, phân loại các phương pháp sắc ký
Lịch sử ra đời và phát triển của phương pháp sắc ký
Sắc ký hấp phụ
1.5
Sắc ký phân bố
1.6
Phân tích định tính và định lượng trong sắc ký
3
12/04/15

1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của phương pháp sắc
ký
Nhà khoa học đầu tiên đã ghi nhận phương pháp sắc ký như là
một phương pháp tách có hiệu năng cao là nhà thực vật học người
Nga Mikhail Tswett (Mikhail Semyonovich Tswett), ông là người đã sử
dụng phương pháp sắc ký lỏng – rắn để tách một số sắc tố của cây khi
ông đang nghiên cứu về cholorophyll.
Năm 1952 Archer John Porter Martin và Richard Laurence
Millington Synge được trao giải Nobel hoá học cho phát minh của họ
về sắc ký phân bố.
4
12/04/15
Thí nghiệm tách sắc tố ở lá cây
5
12/04/15
Thí nghiệm tách sudan và các hợp chất màu thực
phẩm bằng TLC
6
12/04/15
Định nghĩa
Sắc ký là một phương pháp tách dựa trên sự phân bố khác nhau của chất cần
phân tích giữa pha động và pha tĩnh từ đó tách các thành phần trong hỗn hợp.
Thành phần trong hỗn hợp có thể bị giữ lại với pha tĩnh do điện tích, mối quan
hệ của dung dịch hay do hấp phụ. Hay một cách khác sắc ký là quá trình tách liên tục
từng vi phân hỗn hợp các chất do sự phân bố không đồng đều của chúng giữa pha
tĩnh và pha động khi cho pha động di chuyển qua pha tĩnh.
1.2. Định nghĩa, phân loại và hình dạng
sắc ký đồ
7
12/04/15

Phân loại theo cơ chế của quá trình tách
a. Sắc ký hấp phụ (absorption chromatography)
b. Sắc ký phân bố (distribution chromatography)
c. Sắc ký trao đổi ion (ion exchange chromatography)
d. Sắc ký rây phân tử (molecular sieve chromatography)
8
12/04/15
Phân loại theo tính chất của pha động
a. Sắc ký khí (gas chromatography)
Pha động là khí
b. Sắc ký lỏng (liquid chromatography)
Pha động là chất lỏng
c. Sắc ký khí lỏng (gas – liquid chromatography)
Pha động là khí
Pha tĩnh là chất lỏng
9
12/04/15
Hình dạng sắc đồ
Quá trình tách sắc ký làm cho các cấu tử được tách thành các vùng riêng
biệt có màu hoặc không màu trên cột hoặc trên mặt phẳng. Những vùng riêng
biệt đó gọi là sắc đồ. Dựa vào sắc đồ ta có thể suy đoán sự hiện diện của các
cấu tử trong dung dịch phân tích
10
12/04/15
Sắc phổ
Trong quá trình tách bằng sắc ký, nếu bằng một cách nào đó ta có thể ghi
được sự phân bố nồng độ các cấu tử dọc theo cột hoặc trên mặt phẳng, ta
thu được một đường cong gọi là sắc phổ.
Sắc đồ và sắc phổ trong sắc ký cột
11

12/04/15
Sắc ký đồ
Đường biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ chất đi ra khỏi cột sắc ký
theo thể tích dung môi rửa giải hoặc thời gian rửa giải được gọi là sắc ký đồ.
Sắc ký đồ vi phân và sắc ký đồ tích phân
12
12/04/15
1.3. Các đại lượng đặc trưng cơ bản
trong sắc ký

Peak sắc ký

Thời gian lưu, thể tích lưu

Hệ số phân bố, hệ số chứa

Thuyết đĩa về tách sắc ký

Độ chọn lọc α

Hệ số phân giải
13
12/04/15
Peak sắc ký

Điểm O ứng với thời điểm đưa mẫu vào

Điểm O’ ứng với thời điểm xuất hiện của
chất lý tưởng, nghĩa là không bị hấp phụ
lên cột.


Đường OB là đường nền.

Khoảng cách GH gọi là chiều cao peak.

Khoảng cách AB gọi là chiều rộng peak ở
chân

Khoảng cách EF gọi là chiều rộng ở giữa
chiều cao.
H
E F
14
12/04/15
Thời gian lưu, thể tích lưu
Thời gian lưu (t
R
): là thời gian từ lúc tiêm mẫu đến lúc ghi nhận được cực đại
các mũi sắc ký, thường dùng trong định danh (giây, phút). ⇒ V
R
: thể tích lưu.
Thời gian lưu chết (t
M
): là thời gian một chất hoàn toàn không tương tác với
pha tĩnh (không bị pha tĩnh giữ lại) đi qua cột. Đó cũng là thời gian di chuyển của
pha động từ đầu cột đến cuối cột, còn gọi là thời gian chất phân tích được lưu giữ
trong pha động. ⇒ V
M
: thể tích lưu chết.
Thời gian lưu hiệu chỉnh (t’

R
) là thời gian chất bị lưu giữ trong pha tĩnh,
được tính theo công thức: t’
R
= t
R
– t
M
. ⇒ Thể tích lưu hiệu chỉnh: V’
R
= V
R
– V
M

15
12/04/15
Thời gian lưu, thể tích lưu
t’
R
= t
R
– t
M
V’
R
= V
R
– V
M

16
HỆ SỐ PHÂN BỐ (K)

C
s
: nồng độ chất
tan trong pha tĩnh

C
M
: Nồng độ chất
tan trong pha động

S: Stationary

M: Mobile

K phụ thuộc vào
yếu tố nào?
M
S
C
C
K =
12/04/15
17
HỆ SỐ DUNG LƯỢNG (K
’
)


K’ phụ thuộc vào
–
Bản chất của pha tỉnh
pha động
–
Bản chất của chất tan
–
Đặc tính của cột

Pha động có năng
suất rửa giải càng
mạnh, K’ càng nhỏ
các mũi ra nhanh và
gần nhau
'
S
M
n
K
n
=
'
S S S
M M M
V C V
K K
V C V
= =
12/04/15
18

CHÚ Ý!!!

Hỗn hợp đơn giản (ít cấu tử) K’ thường nằm trong khoảng:
1 < K’ < 5

Hỗn hợp phức tạp (nhiều cấu tử) K’ thường nằm trong
khoảng: 1 < K’ < 10

Hỗn hợp rất phức tạp (rất nhiều cấu tử)1 < K’ < 20.

K’ = (t
R
–t
M
)/t
M
hoặc K’ = (V
R
–V
M
)/V
M

When k' is # 1.0, separation is poor

When k' is > 30, separation is slow

When k' is = 2-10, separation is optimum
12/04/15
19

12/04/15
Hệ số dung lượng hay hệ số lưu K’
Pha động có năng suất rửa giải lớn Pha động có năng suất rửa giải nhỏ
20
12/04/15
Thuyết đĩa về tách sắc ký
Đĩa lý thuyết là một lát mỏng của cột sắc ký (gồm từ 2 – 3 lớp hạt). Trong
mỗi một đĩa thiết lập một cân bằng giữa các pha tĩnh và pha động.
21
ĐĨA LÝ THUYẾT
2
2
1
R
2
R
w
t
5,55
w
t
16
H
L
N











=






==
12/04/15
22
Tại sao có sự mở rộng mũi sắc ký?
a. Khuếch tán xoáy - Eddy diffusion
b. Truyền khối pha động - Mobile phase mass transfer
c. Truyền khối pha động do ứ đọng - Stagnant mobile phase
mass transfer
d. Khuếch tán dọc - Longitudinal diffusion
12/04/15
23
a.) Khuếch tán xoáy: là một quá trình dẫn đến sự mở rộng đáy
của mũi sắc ký do sự hiện diện của nhiều dòng chảy trong cột
nhồi.
Khí các phân tử chất tan đi qua cột, một số
phân tử sẽ kết thúc sớm hơn các phân tử còn
lại, điều đó đơn giản là do các phân tử di
chuyển theo hướng khác nhau dẫn đến chúng

về đích với thời gian khác nhau.
Đường dài hơn sẽ hướng đến điểm cuối của cột lâu hơn.
12/04/15
24
Những phân tử chất tan nằm ở giữa
dòng chảy sẽ có khuynh hướng di
chuyển nhanh hơn các phân tử nằm
ở phía bìa ngoài do đó dẫn đến độ
rộng của mũi sắc ký
Độ rộng của mũi sắc ký do khếch tán xoáy và truyền khối pha động
phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố:
1) Kích thước của vật liệu nhồi
2) Tốc độ khuếch tán của chất tan
b.) Truyền khối pha động – là một quá trình làm tăng bề rộng của mũi sắc ký
mà nguyên nhân là do sự hiện diện của các dòng chảy khác nhau bên trong
cột.
12/04/15
25
c.) Truyền khối pha động ứ đọng – độ mở rộng peak do sự khác nhau giữa tốc độ
khuếch tán của chất tan bên trong và bên ngoài hốc của chất nền (pores of the
support)
Từ một chất tan không di chuyển
quanh co trong cột mà nó bị lưu
giữ lại trong hốc và sau đó được
đấy ra chúng sẽ tốn nhiều thời
gian ở trong cột hơn so với phân
tử chất tan khác
Độ rộng của mũi sắc ký do sự truyền khối ứ đọng phụ thuộc chủ yếu
vào các yếu tố sau:
1) kích thước, hình dạng và cấu trúc hốc của vật liệu nhồi

2) sự khuếch tán và lưu giữ của chất tan
3) tốc độ dòng chảy của chất tan thông qua cột
12/04/15