Giới thiệu về máy sắc ký

1. Giới thiệu chung về sắc ký:
1.1. Định nghĩa sắc ký:
Định nghĩa của Mikhail S.Tsvett (1996):
Sắc ký khí là một phương pháp tách trong đó các cấu tử của một được tách
trên một cột hấp thụ đặt trong một hệ thống đang chảy.
Định nghĩa của IUPAC (1993):
Sắc ký là một phương pháp tách trong đó các cấu tử được tách được phân bố
giữa 2 pha, một trong hai pha là pha tĩnh đứng yên còn pha kia chuyển đọng
theo một hướng xác định.
Định nghĩa hiện đại: 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.
1.2. Phân loại:
Phân loại dựa vào cơ chế hoạt động của sắc ký gồm có: hấp phụ, phân bố,
trao đổi ion, sắc ký rây phân tử … và vào tính chất của pha tĩnh cũng như
phương pháp thể hiện sắc ký. Ví dụ
- Phương pháp sắc ký lỏng rắn trên cột, phương pháp sắc ký phân bố
khí lỏng trên cột.
- Phương pháp sắc ký phân bố lỏng lỏng trên bảng phẳng 2 chiều.
- Phương pháp sắc ký phân bố lỏng lỏng pha ngược áp suất cao trên
cột…
Cơ chế sắc ký có nhiều nhưng để thực hiện quá trình sắc ký thì có 2 dạng:
dạng cột và dạng bản phẳng (bản kính, polime, giấy, kim loại).
Thông thường để đơn giản hóa thì người ta gọi tắt các phương pháp sắc ký
là: sắc ký khí, sắc ký lỏng, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký lớp mỏng, sắc ký gel
…
Phân loại theo tính chất của pha động thì gồm có: sắc ký khí, sắc ký lỏng,
sắc ký khí lỏng.

2. Cơ sở lý thuyết chung về sắc ký
2.1. Quá trình sắc ký:

Sắc ký là một kỹ thuật tách trong đó các cấu tử cần tách trong 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 ký (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 bề mặt rắn. Sự tương tác xảy ra giữa
cấu tử với pha tĩnh nhờ đó các cấu tử được phân bố ở pha động và pha tĩnh.
Sự ái lực khác nhau của chất tan trên pha tĩnh làm chúng di chuyển với
những tốc độ khác nhau trong pha động của hệ thống sắc ký. 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 (peak) tách riêng lẻ tùy thuộc vào cách tiến hành
sắc ký và được hiển thị dưới dạng sắc ký đồ.
2.2.Sắc phổ
Trong quá trình sắc ký, bằng 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.
2.3.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.


Hình 1: sắc ký đồ phân tích EtHg trên ICP-MS
2.4.Các loại đầu dò dùng trong sắc ký:
- Một số loại đầu dò thường dùng là FID, NPD, FPD, ECD, TCD, đầu
dò UV-VIS và đầu dò chỉ số khúc xạ RID …
2.5.Các đại lượng đặc trưng cơ bản trong sắc ký:

2.5.1. Peak sắc ký
2.5.2. Thời gian lưu, thể tích lưu
- Thời gian lưu(tR): là thời gian từ lúc tiêm mẫu đến lúc ghi nhận được
cực đại các mũi sắc ký, thường dung trong định danh (giây, phút). Từ
đây suy ra thể tích lưu VR.
- Thời gian lưu chết (tM): 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 = tR - tM => V’R = VR - VM
- Thời gian chất phân tích được giữ trong pha động là giống nhau ở tất cả các
chất, các chất phân tích chỉ khác nhau ở thời gian chất phân tích bị lưu giữ
trên pha tĩnh (t’R).
2.5.3. Hệ số phân bố K, tỉ số phân bố k


Hệ số phân bố K:

CM: là nồng độ của chất tan trong pha động.
CS: là nộng độ của chất tan trong pha tĩnh.
K tùy thuộc vào bản chất của chất tan và, bản chất 2 pha tĩnh, động.
Tỉ số phân bố k:
K=

nS: số mol của chất tan trong pha tĩnh.
nM: số mol của chất tan trong pha động.
Ý nghĩa của hệ số phân bố K:
- Hệ số phân bố K là đại lượng đại diện cho cân bằng động của chất

phân tích trong hai pha là pha tĩnh và pha động.
- K càng lớn thì chất phân tích càng bị giữ lại mạnh.
- K tùy thuộc vào bản chất của chất tan, pha tĩnh, pha động và nhiệt đọ,
không phụ thuộc vào đặc tính của cột sắc ký (kích thước hạt, chiều dài
cột).
- Để thay đổi K ta thường thay đổi thành phần của pha động.
2.5.4. Hệ số chứa (dung lượng hay hệ số lưu)
K’ = =


K’ = K

Tính chất của hệ số chứa:
- K’ càng nhỏ chứng tỏ cấu tử xuất ra khỏi cột sớm, nghĩa là tách
kém.
- K’ lớn tách tốt, nhưng thời gian phân tích kéo dài và vùng bị
giản rộng.
- K’ tùy thuộc vào bản chất của chat tan, pha tĩnh, pha động, nhiệt
độ và đặc tính của cột sắc ký (kích thước hạt, chiều dài cột).


- Pha động có năng suất rửa giải càng mạnh, K ’ càng nhỏ, các
peak càng ra nhanh và càng gần nhau.
- Khi K’ > 1 thì chất tan có ái lực với pha tĩnh lớn hơn pha động.
- Mối liên hệ
tR = tM(1 + K’) => K’ tang, tR và VR tang.
2.5.5. Thuyết đĩa về tách sắc ký
Đĩa lý thuyết là một lát mỏng của cột sắc ký (gồm 2-3 lớp hạt). trong
mỗi một đĩa thiết lập một cân bằng giữa các pha tĩnh và pha động.
Số đĩa lý thuyết là số đo hiệu quả của cột.

N=
Trong đó: L: là chiều dài cột sắc ký và H là chiều cao đĩa lý thuyết.

Hay

• Ý nghĩa của thuyết đĩa về tách sắc ký
- Khi tang hiệu quả cột thì H giảm đi có nghĩa là H càng bé thì số
đĩa lý thuyết càng nhiều.
- N càng lớn bề rộng đáy càng nhỏ. Cùng thời gian lưu, một cột
chứa nhiều đĩa lý thuyết thì bề rộng đát càng nhỏ tức mũi càng
nhọn.
- Chiều cao đĩa lý thuyết H đặc trưng cho độ hiệu nghiệm của cột,
nghĩa là peak sắc ký rộng hay hẹp, chiều cao đĩa lý thuyết chưa
cho biết khả năng tách.
- Số đĩa càng lớn thì hiệu năng tách càng cao.
- Sắc ký lỏng có số đĩa lý thuyết nhỏ hơn 20000.
- Sắc ký khí có số đĩa lý thuyết lớn hơn vài tram ngàn.
2.5.6. Độ chọn lọc α:


α=

=

α: phụ thuộc pha tĩnh, pha động và bản chất chất tan, và được dùng để
đánh giá 2 chất (1) và (2) có tách được không.
- Khi α > 1 => K2 = K1, K’2 = K’1 => tR2 = tR1: 2 chất phân tích vào cùng
lúc, ra cùng lúc nghĩa là cột sắc ký đó không có tính chọn lọc đối với
2 chất.
- Để tách tốt α ≠ 1.

- Độ chọn lọc α tùy thuộc bản chất pha tĩnh, pha động và chất tan.
2.5.7. Hệ số phân giải Rs
Công thức:
Ý nghĩa hệ số phân giải:
- Hệ số phân giải là một đại lượng dùng để đánh giá hai peak liên tiếp
có thể tách được hay không. Để tăng R s có thể tăng ∆tR hoặc giảm W2
và W1.
- Để tách được thì Rs > 1. Để phân tích định lượng chính xác thì các
mũi sắc ký phải tách xa nhau hoàn toàn. Do đó cần chọn điều kiện sao
cho Rs của các cặp phải thỏa mãn Rs > 1,5 thì phân tích mới chính xác.

3. Sắc ký khí
3.1. khái niệm:
Cơ sở để tách bằng sắc ký 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 ký 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 ký 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.


3.2. Thiết bị:

3.2.1. Hệ thống cung cấp khí mang:


Các khí mang phải trơ về mặt hóa hoc như He, Ả, N s, CO2 và H2 và việc lựa
chọn 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.
Áp suất của khí vào thiết bị nằm trong khoảng từ 10 đến 50 psi để có tốc độ
dòng từ khoảng 30 đến 150ml/min đối với cột nhồi và khoảng từ 1 đến
25ml/min 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.
3.2.2. Hệ thống tiêm mẫu:
Các thông dụng nhất để đưa mẫu vào cột là sử dụng một bơm tiêm mẫu vi
lượng (microsyringe) để tiêm một mẫu lỏng hoặc khí qua một đệm cao su
silicon (septum) chịu nhiệt vào một buồng hóa hơi )injector). Buồng này
được đốt nóng với nhiệt độ thích hợp và được nối với cột tách.
Đối với các cột tách thông thường, cỡ mẫu thường thay đổi từ một vài đến
20µl. Cột mao quản đòi hỏi lượng mẫu đưa vào nhỏ hơn nên trong trường
hợp này hệ thống chia dòng mẫu được thiết kế trong bộ injector được sử
dụng để chỉ giao một phần nhỏ lượng mẫu được tiêm đi vào cột, phần còn lại
được thải ra ngoài.
Kỹ thuật tiêm mẫu
- Hút dung dịch mẫu vào bơm tiêm và điều chỉnh dung dịch đến vạch
rồi kéo ngược pít-tông ra sau để lượng mẫu đó chuyển hết vào thân
bơm tiêm (đầu kim rỗng). Sau khi xuyên qua lớp đệm cao su silic của
injector để yên khoảng 3 đến 5 giẩy để kim được cân bằng nhiệt độ
trong injector rồi mới đẩy pít-tông. Cách này giúp tránh một số cấu tử


khó bay hơi còn đọng lại ở đầu kim gây sai số khi định lượng những

cấu tử này.
- Tiêm mẫu có chia dòng (split injector):
Thích hợp cho mẫu có các cấu tử phân tích có nồng độ lớn hơn 0.1%
mẫu.
Với các phân tích có độ phân giải cáo, các kết quả tốt nhất thu được
cho lượng nhỏ nhất của mẫu (≤ 1µl) tiêm vào có thể dò tìm khoảng ≤
1mg cho mỗi cấu tử.
Việc tiêm toàn bộ mẫu sẽ làm quá tải cột có đường kính 0.32mm hoặc
nhỏ hơn. Trong khi đó tiêm mẫu có chia dòng chỉ đưa vào cột khoảng
0.2 đến 2% lượng mẫu. mẫu được tiêm nhanh (< 1s) qua lớp đệm cao
su silic (septum) vào vùng hóa hơi của hệ thống tiêm mẫu (injector)
được giữ ở nhiệt độ cao (ví dụ ở 350oC) để quá trình bay hơi mẫu diễn
ra nhanh. Một dòng chảy mạnh của khí mang lôi kéo mẫu qua buồng
trộn, ở đó có sự hóa hơi hoàn toàn và hòa trộn tốt. Tại điểm chia dòng,
một phần nhỏ của hơi đi vào trong cột sắc ký còn phần lớn qua van
chia dòng đến lỗ thoát khí thải. Tỉ lệ của mẫu không được giới thiệu
vào cột được gọi là tỉ số chia dòng (split ratio) có giá trị từ 50:1 đến
600:1. Sau khi mẫu bị đưa ra khỏi buồng tiêm mẫu (khoảng 30 s), van
chia dòng đóng lại và khí mang được giảm tương ứng. Một µl chất
lỏng được tiêm vào sẽ tạo khoảng 0.5 ml thể tích khí và nhanh chóng
làm đầy buồng tiêm mẫu. Vài khí có thể thoát ra trở lại theo đường
của đệm cao su silicon. Các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp sẽ thoát ra đầu
tiên rồi đến các cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn. Nhiệt độ của buồng
tiêm mẫu nên đủ lớn để giảm thiểu phần mất này của mẫu. Tuy nhiên
nếu nhiệt độ quá cao, sự phân hủy mẫu có thể xảy ra. Trong suốt quá
trình tiêm mẫu và sắc kí, có dòng khí 1ml/ph làm sạch lớp đệm cao su


silicon để tách hơi mẫu dư và các khí thoát ra từ lớp đệm cao su này
(septum purge).

- Tiêm mẫu không chia dòng (splitless injection):
Thích hợp cho phân tích lượng vết những cấu tử có nồng độ nhỏ hơn
0.01% mẫu và cách tiêm này có khoảng 80 % mẫu được giới thiệu
vào cột. Hệ thống tiêm mẫu tương tự như trường hợp tiêm mẫu chia
dòng (hình 2), nhưng ống thủy tinh trong buồng tiêm mẫu là thẳng,
trống và không có buồng trộn mẫu. Một thể tích lớn (khoảng 2 µl) của
dung dịch được pha loãng trong dung môi có nhiệt độ sôi thấp được
tiêm chậm (khoảng 2s) vào trong ống thủy tinh của buồng tiêm mẫu
với lỗ thoát chia dòng bị đóng. Nhiệt độ của buồng tiêm mẫu cho chế
độ không chia dòng giữ thấp hơn (khoảng 220oC) so với chế độ chia
dòng vì mẫu bị lưu giữ lâu hơn trong buồng tiêm mẫu và tránh mẫu bị
phân hủy nhiệt.

3.3. Cột sắc ký:


3.3.1. Giới thiệu
Trong thực tế có nhiều dạng cột tách khác nhau nhằm thỏa mãn các
mục đích nghiên cứu. Nói chung, cột tách sắc kí cần thỏa mãn các yêu
cầu sau:
− Đảm bảo trao đổi chất tôt giữa pha động và pha tĩnh nhờ việc
tối ưu hóa các thông số của phương trình Van Deemter.
− Độ thấm cao tức có độ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ khí
mang nhất định.
- Khả năng tải trọng cao của cột.
- Có khoảng nhiệt độ sử dụng rộng và chịu được nhiệt độ cao.
3.3.2. Cột nhồi:
Cột thường được làm bằng thép không rỉ, nicken, thủy tinh với đường
kính khoảng từ 3 đến 6 mm và chiều dài khoảng từ 1 đến 5 m. Cột
nhồi chứa các hạt chất mang rắn được phủ một lớp pha tĩnh lỏng hoặc

bản thân hạt rắn là pha tĩnh. Chất mang rắn thường là diatomite đã
được silan hóa để giảm liên kết hydro với các chất phân cực:

Kích thước hạt đồng nhất sẽ làm giảm chiều cao cột và tăng độ phân
giải. Cở hạt nhỏ sẽ làm giảm thời gian cân bằng hòa tan nhờ vậy làm
cải thiện hiệu quả của cột. Tuy nhiên, nếu kích thước hạt càng nhỏ thì
càng ít không gian trống giữa các hạt và áp suất để ép pha động qua
cột hải càng cao. Kích thước hạt được biểu diễn theo micromet hoặc
cở mesh, tức là cở lưới mà hạt có thể đi qua hoặc bị giữ lại trên sàng.
Ví dụ các hạt cở 80/100 mesh đi qua được cở sàng 80 mesh (170µm)
nhưng không đi qua được cở 100 mesh (150 µm). Yêu cầu của chất


mang rắn là không tham gia vào sự tách và có khả năng giữ được pha
tĩnh (không ít hơn 10 %).
- Một số loại chất mang rắn:
Có hai điều quan trọng cần chú ý khi chọn một chất mang là: cấu trúc
và đặc tính bề mặt. Cấu trúc góp phần vào hiệu quả của chất mang,
trong khi các đặc trưng bề mặt chi phối sự tham gia của chất mang
vào kết quả của việc tách. Các chất mang phải là các chất trơ về mặt
hóa học với tất cả các loại mẫu. Nó nên có diện tích bề mặt lớn để pha
lỏng có thể trải thành một lớp phim mỏng và cấu trúc bề mặt phải
thích hợp để lưu giữ lớp phim mỏng đó. Tuy nhiên, diện tích bề mặt
lớn không là điều đảm bảo cột hiệu quả. Hầu hết các chất mang trong
sắc ký cột nhồi được tạo từ diatomite.
Hầu hết các chất mang trong sắc ký cột nhồi được tạo từ diatomite:
Thứ nhất, tương tác bề mặt chất mang (hấp phụ hoặc xúc tác) chính là
nguyên nhân gây ra những peak có đuôi hoặc biến dạng. Chính những
nhóm -OH hay oxit trên bề mặt chất mang là nguyên nhân của những
tương tác đó. Có thể che các nhóm này bằng một lượng nhỏ pha lỏng

phân cực. Nhưng cách tốt nhất hiện nay là silan hóa với các thuốc
thử DMCS (dimethyl dichorosilan) hoặc HMDS (hexamethyl
disilazane). Thứ hai, kích thước hạt càng nhỏ thì số hạng A trong
phương trình Van Deemter càng nhỏ, nhưng sự chệnh lệch áp suất
trong cột sẽ tăng vượt khỏi giới hạn làm việc thực tế. Hiệu suất cột
chỉ có thể cải thiện nếu dùng các hạt có kích thước như nhau.
- Tỉ lệ phần trăm pha lỏng
Lượng chất lỏng cần phải đủ để bao bọc các hạt bằng một lớp mỏng
đồng nhất. Pha lỏng quá nhiều sẽ đọng lại ở những chỗ trống giữa các
hạt làm giảm hiệu suất cột. Trên chất mang Chromosrb khi tỉ lệ pha
lỏng lớn hơn 30% hiệu quả của cột giảm đi rất nhiều. Trước đây


người ta hay tẩm 15-30% chất lỏng, nhưng hiện nay có khuynh hướng
chỉ tẩm 2-10%. Vì thời gian lưu tỉ lệ với lượng pha lỏng trong cột nên
phép phân tích càng nhanh khi cột có lượng pha lỏng phủ lên càng
nhỏ. Khi tải chất lỏng quá thấp sẽ xuất hiện những tâm hấp phụ trên
chất mang. Muốn tránh điều này cần phải dùng những chất mang trơ.
Độ bay hơi của mẫu thử cũng phải tính đến khi chọn lượng pha lỏng.
Các chất khó bay hơi như steroit cần phải được phân tích trong những
cột có tải thấp (khoảng 3% hay thấp hơn). Các chất rất dễ bay hơi như
các hydrocacbon nhẹ thì cần có cột tải cao (20-30%) vì lượng chất
lỏng càng nhiều thời gian các chất có trong pha lỏng càng lâu, sự
phân bố càng tốt.
- Mật độ nhồi:
Mật độ nhồi có một sự ảnh hưởng rõ rệt đến sự lưu giữ trên pha tĩnh.
Pha tĩnh được phủ trên một chất mang trên cơ sở phần trăm trọng
lượng, trong khi vật liệu nhồi được đặt trong cột trên cơ sở thể tích.
Nếu mật độ nhồi của chất mang tăng lên, khối lượng tổng của pha tĩnh
trong cột tăng lên.

- Chuẩn bị pha tĩnh và nhồi cột:
Tẩm pha tĩnh lên chất mang có nhiều cách, một trong số đó là dùng
máy cất quay chân không. Lấy một lượng pha tĩnh tính toán sẵn hòa
tan vào trong một dung môi thích hợp trong một bình đáy tròn, cho
tiếp chất mang rắn với lượng tính toán thích hợp vào. Lắp bình vào
máy cất quay. Quay bình cho đến khi dung môi bay hết. Đun nóng
bình bằng cách thủy hoặc bằng đèn hồng ngoại. Lấy đoạn ống thẳng
có chiều dài và đường kính mong muốn, nút một đầu bằng bông thủy
tinh, đầu kia lắp một cái phểu, đổ đầy chất mang đã tẩm pha lỏng vào
phểu. Lắc cột bằng máy lắc hoặc đập nhẹ vào cột đến khi không thấy
giảm thể tích chất mang trên phểu nữa thì cột đã nạp đầy. Nút đầu còn


lại bằng bông thủy tinh và cuộn ống lại cho thích hợp với lò ổn nhiệt
của máy GC.
- Luyện cột:
Cột cần phải đặt ít nhất 2 giờ ở 25 oC trên nhiệt độ tối đa mà cột sẽ sử
dụng nhưng không được quá giới hạn trên của nhiệt độ bay hơi của
pha lỏng. Một luồng khí mang nhỏ (5-10 ml/ph) được cho qua cột.
Đầu ra của cột hở không nối với detector để tránh làm bẩn nó.
3.3.3. Cột mao quản
Đa số các phép phân tích trong sắc kí khí sử dụng các cột mao quản
dài từ 15 đến 100m và đường kính trong rất nhỏ từ 0.10 đến 0.53
mm. Các cột này được chế tạo từ thủy tinh oxit tinh khiết nấu chảy có
mức độ liên kết ngang cao hơn nhiều so với thủy tinh thường nên bền
và chịu được nhiệt độ cao đến 350oC. Lực căng cao của ống thủy tinh
cho phép chế tạo các cột có thành mỏng và dễ uốn. Các cột mao quản
mở có lớp phim mỏng tráng trên thành ống cung cấp độ phân giải cao
hơn, thời gian phân tích ngắn hơn và độ nhạy cao hơn cột nhồi nhưng
chúng có dung lượng thấp hơn cho các mẫu. Cột mao quản mở hẹp

cung cấp độ phân giải cao hơn cột mao quản mở rộng hơn nhưng
chúng đòi hỏi áp suất cao hơn để hoạt động và có dung lượng cho
mẫu nhỏ hơn. Lớp phim mỏng lỏng pha tĩnh dày khoảng từ 0.1 đến
5µm trên bề mặt bên trong như được minh họa trong hình 2.5. Nếu
giảm độ dày của lớp phim này sẽ làm tăng độ phân giải, giảm thời
gian lưu và giảm dung lượng cho mẫu. Một loại khác là các cột mao
quản có các hạt rắn chất mang phủ một lớp pha tĩnh lỏng được gắn
trên bề mặt bên trong của cột. Bởi vì diện tích bề mặt của loại này
tăng lên, cột này có thể xử lý những mẫu lớn hơn cột phủ lớp phim
mỏng trên thành cột. Loại cột này là trung gian giữa cột mao quản phủ
phim mỏng trên thành và cột nhồi.


3.3.4. Pha tĩnh
Một pha tĩnh lỏng lý tưởng cho sắc ký khí lỏng cần thể hiện độ chọn
lọc và khả năng hòa tan của các cấu tử được tách và có khoảng nhiệt
độ làm việc rộng. Nó cũng phải bền hóa học và có áp suất hơi bão hòa
thấp ở tại các nhiệt độ cao.


Trong sắc ký khí lỏng, khả năng chọn lọc của một cột chi phối khoảng
trống giữa các peak và độ lớn cực đại của pic được tách. Sự khác nhau
về độ chọn lọc là có ý nghĩa vì chúng cho phép việc tách các chất tan

-

có cấu trúc gần giống nhau bởi một pha tĩnh chọn lọc
Các thông số sau đây ảnh hưởng đến độ chọn lọc:
Bản chất của pha tĩnh
Nồng độ của pha tĩnh

Nhiệt độ cột
Việc chọn lựa và xử lý sơ bộ chất mang rắn hoặc chất hấp phụ.
Người ta chia các pha lỏng và các đối tượng cần tách ra nhiều nhóm
theo tính phân cực của phân tử như sau:
Nhóm rất phân cực: H2O, glycol, glyxerin, poliphenol, axit
-

dicacboxylic.
Nhóm phân cực: ancol mạch thẳng, axit béo hữu cơ, phenol,

-

amin bậc 1,2, hợp chất nitro và nitril có chứa hydro α.
Nhóm phân cực trung bình: ete, ankanal, ankanon, este, amin

−
-

bậc 3, hợp chất nitro và nitril không chứa hidro α.
Nhóm ít phân cực: hidrocacbon thơm, anken, hidrocacbon đã
bị halogen hóa một phần.
Nhóm không phân cực: ankan, thioankanol, sunfua, ankan đã
bị halogen hóa.

3.4. Detector
3.4.1. Detector đo độ dẫn nhiệt (Thermal conductivity detector)
Nguyên tắc:
- Độ dẫn nhiệt đo khả năng của một chất vận chuyển nhiệt từ một
vùng nóng sang vùng. lạnh (bảng). Nhiệt mất đi khi các phân tử khí
đập vào sợi dây đốt nóng rồi bật ra với một động năng lớn hơn. Số va

chạm phân tử với sợi đốt trong một đơn vị thời gian càng lớn thì tốc
độ mất nhiệt càng lớn. Sự khác nhau về tính dẫn nhiệt của các khí là
do tính linh động, nghĩa là tốc độ khí khuếch tán tới và đi khỏi sợi đốt.


Tốc độ của phân tử lại là hàm của trọng lượng phân tử, do đó phân tử
càng nhỏ tốc độ chuyển động càng cao, dẫn nhiệt càng tốt. Heli là khí
mang thông dụng được sử dụng cho detector đo độ dẫn nhiệt. Nó
cũng là khí có độ dẫn nhiệt cao thứ hai (sau H2), nên bất ký chất phân
tích nào trộn với dòng khí He cũng làm giảm độ dẫn nhiệt của dòng
khí. Trong detector (hình 5), chất rửa giải từ cột sắc kí chảy qua sợi
dây tóc nung nóng Tungsten-Rhenium. Khi chất phân tích xuất hiện
từ cột, độ dẫn nhiệt của dòng khí bị giảm xuống, sợi dây tóc trở nên
nóng hơn nên điện trở của nó tăng lên và thế áp vào sợi dây này thay
đổi. Detector sẽ đo sự thay đổi thế này theo cầu Wheatstone như hình
2.6.
Một dòng nhỏ khí mang để làm khí so sánh đi qua R1 và R2. Khí
mang và mẫu sau khi qua cột được dẫn qua S1 và S2. Khi cả 4 sợi đốt
S1, S2, R1, R2 ở cùng một nhiệt độ, chúng sẽ có cùng giá trị điện trở
thì cầu cân bằng, tín hiệu ra bằng không. Nếu điện trở S1 và S2 thay
đổi do khí mang cuốn theo cùng với các cấu tử chất phân tích thì cầu
mất cân bằng, tín hiệu ra xuất hiện. Độ nhạy của detector đo độ dẫn
nhiệt tỉ lệ nghịch với tốc độ dòng khí. Nó nhạy hơn với tốc độ dòng
thấp hơn. Độ nhạy tăng theo khi sự khác nhau về nhiệt độ giữa sợi dây
đốt với vùng khối xung quanh tăng lên. Độ nhạy cũng tăng theo bình
phương của cường độ dòng của dây đốt.
.


3.4.2. Detector ion hóa ngọn lửa (FID)

Nguyên tắc hoạt động:
Dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa được tạo bởi hỗn hợp
khí H2 và O2 trong không khí (nguồn ion hóa) và được đặt trong một
điện trường (buồng điện cực). Khí mang sau khi rời khỏi cột đi qua
nguồn ion hóa vào buồng điện cực. Ở đó chúng bị bắn phá bởi các
chùm hạt electron tạo thành các hạt tích điện (ion dương, ion âm,
electron). Kết quả tạo thành dòng điện giữa hai điện cực. Dòng điện
này đi qua điện trở đo R. Sự rơi thế E o qua điện trở R này sẽ được
khuếch đại rồi đưa ra máy ghi. Nếu chỉ có khí mang đi qua 2 bản của
điện cực, dòng điện sinh ra gọi là “dòng nền”, để giảm thiểu dòng
này người ta dùng một dòng điện bổ chính. Khi khí mang đem theo
các phân tử mẫu, các phân tử này bị ion hóa và dòng điện qua điện
cực tăng lên. Các tín hiệu được ghi lại dưới dạng các peak.
3.4.3. Detector cộng kết điện tử
Nguyên tắc hoạt động:
Bộ phận chính của detector ECD là buồng ion hóa, nơi diễn ra các
quá trình ion hóa, bắt giữ electron và tái liên hợp. Quá trình ion hóa:


từ một nguồn tia phóng xạ Ni 63 được lắp sẵn trong detector, phát ra
một chùm tia β với tốc độ khoảng 10 8, 109hat/giây. Các hạt này sẽ ion
hóa phân tử khí mang (N2 hoặc 5% metan trong Ar) tạo ra các ion
dương của phân tử khí mang và điện tử tự do sơ cấp. So với các điện
tử của chùm tia β, các điện tử tự do này chậm hơn. Chúng được gia
tốc nhờ một điện trường và chuyển dịch về phía anot. Tại đây chúng
bị lấy mất điện tích và qua đó tạo ra dòng nền của detector. Quá trình
cộng kết đi ện tử di ễn ra khi các phân tử các chất phân tích với ái
lực electron cao đi vào detector. Chúng bắt m ột số electron dẫn đến
detector thay đổi hiệu thế giữa anot và catot để duy trì dòng nền
không đổi. Sự thay đổi này được ghi nhận dưới dạng peak sắc kí trên

giấy ghi hoặc bằng computer.
3.5. Định tính và định lượng trong sắc ký khí
3.5.1. Định tính
Dựa vào thời gian lưu tR của cấu tử phân tích và thời gian lưu của chất
chuẩn trong cùng điều kiện phân tích sắc ký. Tuy nhiên thời gian lưu
không đảm bảo hai chất trùng nhau hoàn toàn, để đảm bảo hơn cho
việc định danh có thể so sánh thời igan lưu của chất phân tích và chất
chuẩn trên hai pha khác nhau.
3.5.2. Định lượng
Diện tích mũi sắc ký trên sắc ký đồ tỉ lệ với nồng độ của chất từ đó có
thể tính được chính xác nồng độ của mỗi thành phần trong hỗn hợp.
có 2 phương pháp dùng để định lượng:
Phương pháp ngoại chuẩn:
So sánh trực tiếp diện tích mũi sắc ký của mẫu theo diện tích mũi sắc
ký của chất chuẩn từ đó suy ra nồng độ mẫu.
Trong phương pháp này dùng chất chẩn tinh khiết của chất cần xác
định pha thành nhiều nồng độ khác nhau, dựng đường chuẩn theo diện
tích mũi trên sắc ký đồ và nồng độ chất phân tích. Dựa vào chuẩn và


diện tích mũi của chất cần phân tích trên sắc ký đồ có thể suy ra nồng
độ chất cần phân tích.
Phương trình đường chuẩn cho phương pháp ngoại chuẩn:
A = kC + b
Trong đó: A: diện tích mũi sắc ký
C: nồng độ chất phân tích
Phương pháp nội chuẩn:
So sánh gián tiếp mũi sắc ký của chất phân tích theo diện tích mũi sắc
ký của chất chuẩn thông qua diện tích của chất nội chuẩn từ đó suy ra
nồng độ chất phân tích trong mẫu.

Chất nội chuẩn cần có các tính chất:
• Có lý tính và hóa tính gần giống với chất cần phân tích.
• Không hiện diện trong thành phần mẫu.
• Có thời gian lưu gần với các chất cần phân tích nhưng
phải tách hoàn toàn khỏi chất cần phân tích.
• Cường độ tín hiệu đo tương đương với chất cần phân
tích.
• Không tham gia phản ứng với chất cần phân tích.
Phương pháp nội chuẩn có ưu điểm là cho kết quả chính xác hơn
phương pháp ngoại chuẩn, tránh được sai số do thể tích mẫu đưa vào
máy sắc ký không đều nhau. Tuy nhiên cũng có hạn chế do khó chọn
được chất nội chuẩn phù hợp với điều kiện phân tích.
Phương trình đường chuẩn trong phương pháp nội chuẩn:

= kCx + b = k
Trong đó:

AX: diện tích peak chất cần phân tích.
AIS: diện tích của chất nội chuẩn.
CX: nồng độ của chất cần phân tích.


3.6. Ưu nhược điểm của phương pháp
3.6.1. Ưu điểm
Sắc ký khí là phương pháp có hiệu năng tách rất cao. Cao hơn nhiều
so với HPLC. Nó có thể phân tích các hợp chất phức tạp mà HPLC
không phân tích nỗi.
Khí có độ nhớt rất thấp nên có thể dùng cột sắc ký rất dài (L có thể
lên đến 100m) có số đĩa lý thuyết rất lớn nên khả năng phân tách rất
mạnh.

Ít tốn dung môi (kinh tế, không độc hại …)
Thời gian ổn định cột nhanh.
Chỉ cần một lượng mẫu nhỏ để tiến hành phân tích.
Có khả năng tách tốt các cấu tử ra khỏi hỗn hợp phức tạp.
Kết quả thu nhận được một cách nhanh chóng (chỉ từ 1 đến 100 phút).
Xác định mẫu bằng phương pháp sắc ký cho kết quả có độ chính xác
cao.
Độ nhạy phương pháp cao, có khả năng phát hiện các cấu từ có nồng
độ thấp.