Các kỹ thuật phụ trợ trong SẮC KÍ KHÍ (GC)

Các Kỹ Thuật Phụ Trợ
1.Sắc kí khí đa chiều (MDGC)
- Sắc ký khí đa chiều bao gồm các kỹ thuật sắc ký nhằm tách một mẫu trên cơ sở dử dụng
phối hợp nhiều cột tách (mắc nối tiếp) với dung lượng và độ chọn lọc khác nhau.
- Áp dụng trong trường hợp mẫu là những hh phức tạp có chứa nhiều cấu tử với sự khác
biệt rất lớn về nồng độ, độ bay hơi hoặc phân cực.
- Dù tối ưu hóa pp sắc kí đơn chiều (một cột tách hoặc kép mắc song song) thì cũng
không đạt được kết quả như khi áp dụng phương pháp sắc kí đa chiều. Một số kỹ thuật
thường sử dụng : kỹ thuật thổi ngược (backflushing), kỹ thuật bẫy lạnh để làm giàu mẫu
(cold- trapping for sample enrichment), kỹ thuật đi tắt (by-passing), kỹ thuật cắt trung
tâm (heart-cutting),… Để thực hiện kỹ thuật này, thường phải cải tạo máy sắc kí khí có
sẵn, sử dụng khóa nhiều chiều, đôi khi phải lắp them lò phụ hoặc máy điều nhiệt phụ.
1.1 Column switching
Nguyên tắc : một nhóm các cấu tử cần quan tâm thực sự của hỗn hợp ban đầu được tách
tối ưu. Tiết kiệm được thời gian phân tách, không cần phải chờ đợi đến khi tất cả các cấu
tử được rữa giải khỏi cột hoàn toàn.
*Quá trình tách và xác định các cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp
- Trên cơ sở sắc đồ tổng thể, có thể tìm cấu tử nhẹ mà không quan tâm đến cấu tử nặng.
Thông thường nhờ chương trình nhiệt độ và khí mang là thỏa mãn. Nhưng thời gian rút
ngắn nhờ chương trình nhiệt độ vẫn chữa được đáp ứng được yêu cầu vì kĩ thuật này dựa
trên sự tang nhiệt độ nên cấu tử dễ bị đẩy ra nhanh hơn so với quá trình chạy đẳng nhiệt.
Giai đoạn ổn định nhiệt độ ban đầu để trở lại quá trình bơm mẫu mới rất nhiều thời gian.
Ngoài ra, còn xuất hiện phương pháp dồn tất cả các cấu tử nặng không mông muốn vào
một pic mà không ảnh hưởng đến kq xác định các cấu tử cần quan tâm.
- Kỹ thuật cột ghép nối tiếp (khác với ghép song song để bù trừ đường nền trong kt
chương trình nhiệt độ). Bao gồm cả khâu chuẩn bị mẫu trước quá trình tách thật sự bởi vì
chỉ có một phần các cấu tử quan tâm là được tách khỏi toàn bộ hh nhờ cột tách thứ nhất
(tt như giai đoạn chuẩn bị mẫu). Sau đó, phần này được đưa sang tách chi tiết ở cột thứ
hai với pha tĩnh thích hợp. Giữa hai cột có khóa chuyển. Khi các cấu tử cần quan tâm đã
rời khỏi cột thứ nhất để vào cột thứ hai thì bắt đầu xoay khóa thay đổi đường đi của khí
mang trong hệ thống sắc kí sao cho các cấu tử cần quan tâm vẫn tiếp tục đi vào và tách ở

cột thứ hai rồi vào dectector B. Còn cấu tử nặng hơn lúc đó đang nằm ở cột tách thứ nhất
sẽ được đuổi ra khổi cột tách này nhanh nhất để sau đó cho trên sắc đồ một hoặc một
nhóm pic chung đại diện cho phần còn lại mà không cần tách thêm. Trường hợp các cấu
tử nặng vẫn còn bị giữ lại ở cột tách thứ nhất thì có thể sử dụng kỹ thuật đảo cột
(backflushing). Phương pháp phân tích này là pp tiết kiệm thời gian tốt nhất.


- Trường hợp cấu tử nặng đã nằm ở phần cuối cột thứ nhất thì có thể tiếp tục đẩy chúng
theo hướng cũ nhưng không cần thiết phải qua cột thứ hai. Quá trình này được theo dỗi
nhờ dectector A, vì một phần của khí mang chứa mẫu được đưa tới đó. (kỹ thuật đi tắ bypassing), các cấu tử cần quan tâm đều được tách chi tiết trên cột thứ hai và phát hiện nhờ
dectecto B.

*Những phương
pháp khác của kĩ thuật phối hợp nhiều cột tách:


Nếu tại khóa chuyển Z thêm dectecto thứ hai (A) thì còn có thể xác định định lượng các
cấu tử nặng trong cột thứ nhất, với điều kiện hiệu quả cột tách của cột này đủ tốt. Trường
hợp này thuognwf được sử dụng khi xác định lượng các cấu tử thuộc các nhóm chức rất
khác nhau. Ví dụ, khi xác định hỗn hợp olefin và parfin, các olefin được giữ lại chọn lọc
trong cột thứ tách thứ nhất có tẩm muối bạc, còn n-parafin được chuyển vào cột tách thứ
hai có pha tĩnh DC-550 và được tách tại đó. Trong thời gian các n-parafin được rửa giải
trên sắc đồ, các olefin sẽ bị khóa chuyển giữ lại ở cột 1 hoặc nằm ở phần chờ, sau đó
chúng mới được đẩy ra và tách tiếp trên cột 3 chứa pha tĩnh β,β’- dioxypropionitril. Bằng
cách này có thể thu được hai sắc đồ tách tối ưu đồng thời của các cấu tử trong cùng một
mẫu ban đầu. Trong pp này cần phải lựa chọn chiều dài cột tách, hàm lượng pha tĩnh, tốc
độ dòng, nhiệt độ tối ưu cho từng cột tách nên có những trường hợp phải sử dụng 2 đến 3
buồng điều nhiệt khác nhau.
Có thể tiến hành như trên nhưng không phải chạy đẳng nhiệt mà theo chương trình nhiệt
độ cho cột thích hợp từng cột tách.

Trong phân tích định lượng , khi sử dụng kỹ thuật phối hợp nhiều cột tách, giá trị nồng
độ của các cấu tử chỉ có thể được xác định chih xác nếu trong mỗi một phần của sắc kí đồ
có chứa ít nhất một chất nội chuẩn với nồng độ đã xác định trước trong mẫu, nếu không
thì chỉ có thể xác định được giá trị nông độ tương đối.
1.2 Kỹ thuật bậy lạnh để làm giàu mẫu (cold trapping)
Nguyên tắc là đưa thêm khâu chuẩn bị mẫu, thông thường thực hiện riêng. Ví dụ, một
dòng khí có chứa lượng vết các cấu tử nhẹ qua cột tách 1 tại nhiệt độ thấp tương ứng. Tất
cả các cấu tử nhẹ được tách tại nhiệt độ thích ứng ở cột 1. Sau một thời gian nào đó lại
tang nhanh nhiệt độ (nhờ một lò nung điện quấn xung quanh hoặc thỏi qua đó một dòng
khí nuto nống) để đẩy mẫu vào cột thứ hai. Chỉ trong trường hợp sự tích góp mẫu ở nhiệt
độ thấp và sự đốt nóng tiếp theo được xảy ra rất nhanh thì mời tạo được một xung chất đủ
hẹp để thu được sắc đồ đúng đắn. Trường hợp này cột 1 đucợ gọi là bẫy lạnh.

Một khả năng khác hiệu quả hơn là lắp một bẫy lạnh giữa cột 1 và 2 mà chính bản thân
nó cũng chữa pha tĩnh.


Các cẩu tử cần tách ở cột tách 2 sẽ được tích lại trong bẫy lạnh suốt quá trình tách sơ bộ ở
cột tách 1 nhờ việc đóng mở tương ứng hai khóa nối với bẫy lạnh và trong giai đoạn tiếp
theo nhờ việc đốt nống nhanh bẫy lạnh cũng như mở thêm đường mới của khí mang để
cho mẫu từ bẫy lạnh chuyển sang cột tách 2. Cột tách 1 được coi là tiền cột và thường đc
sử dụng cho cột nhồi, còn cột tách hai là cột tách chính và có thể là cột mao quản nhất là
khi lượng mẫu ít.
Kỹ thuật bẫy lạnh đc dùng phỏ biến để tách vết các khí nhẹ trong các mẫu nước, kk,... Kỹ
thuật này thường hay dung trong sắc ký mao quản. Thep Grab,khi bơm mẫu bao giờ cũng
nên mở bường điều nhiệt, sau đó mới đống buồng điều nhiệt và khởi động chương trình
nhiệt độ thì lượng mẫu vừa được tích góp sẽ đồng thời được đẩy vào cột nên pic bao giờ
cũng trở nên gọn và đẹp.
1.3 KT tuần hoàn nhằm kéo dài cột tách không cần pải thỏi ngược
Đối với cột tách rất dài điều đó là không thẻ áp udngj cho cột nhồi vì độ chênh lệnh áp

suất đầu và cuối tang theo tiwr lệ thuận với chiều dài cột tách. Do đó kt tuần hoàn được
sủ dụng như sau : dung hai cột ngắn cùng tẩm pha tĩnh lắp vào một khóa chuyển sau
chiều. Mẫu sau khi qua cột tách 1 được đưa tiếp vào cột tách 2. Song, trước khi cấy tử
đầu tiên đi vào dectecto (phải thử cột trước). xoay khóa đổi hai vị trí 5 nối với 3 và 6 nối
với 2 để mẫu quay lại cột tách 1 theo hướng ban đầu. Sau khi các cấu tử đã chạy qua cột
tách 1 lại chuyển khóa về vị trí ban đầu để các cấu tử chạy vào cột tách 2. Quá trình tuần
hoàn này được lặp lại cho đến khi sự phân giải là tối ưu thí mới cho dòng khí mang dẫn
các cấu tử đi vào dectecto.


1.4 Kỹ thuật cắt trung tâm (heart-cutting)
Tối thiểu phải dung ba cột tách mà cột giữa được gọi là cột trung tâm (cột tim). Ở một
thời điểm nào đó, cột trung tâm sẽ được tách độc lập ra khỏi hệ thống các cột tách sắc kí
để cho khí mang đi tắt từ cột tách 1 sang thẳng cột tách 3 hoặc khí mag chỉ đi qua cột
trung tâm dẫn đến dectecto, bỏ qua các cột còn lại. Trong nhiều trường hợp cột tách 1
được gọi là tiền cột và sẽ bị thổi ngược cùng một lúc khi tiến hành cắt cột trung tâm ra
khổi hệ thống nên cột tách 1 đc gọi là cột ngược.
1.5 KT không gian hơi (head-space)
Trong kỹ thuật này, sự cân bằng được tạo ra giữa pha hơi và pha lỏng có chứa mẫu trong
một bình cầu được gia nhiệt và khuấy ở một chế độ nhất định để tạo ra nồng độ của cấu
tử trong không gian hơi phía trên pha lỏng. Nhờ một hệ thống chuyển hoặc bằng cách
dung xylanh, hơi ở phần không gian trên được rút ra để đưa vào cột tách. Phương pháp
này được áp dụng có hiệu quả khi xác định các loại khí hoặc các chất dễ bay hơi hòa tan
trong dung dịch lỏng. Việc tính toán định lượng trong trường hợp này được qui về mẫu
ban đầu dưới điều kiện tiêu chuẩn. Một số thiết bị dung trong kỹ thuật này được mô tả
trong hình.


2. Liên hợp pp sắc kí khí với các pp vật lí xác định cấu trúc:
Các pp vật lí để giải thích cấu trúc, ví dụ các phương pháp phổ, về nguyên tắc thì không

thể áp dụng được cho các hỗn hợp đa cấu tử. Các phổ đồ (của các phương pháp phổ hồng
ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phổ khối lượng,…) chỉ có sức thuyết phục lớn nếu
như trước khi đo phổ, mẫu ban đầu đã được tách thành các cấu tử riêng biệt. Trong số các
phương pháp tách thông dụng (chưng cất, chiết, tách bằng màng, sắc kí,…), phương pháp
sắc kí khí điều chế có nhiều ưu điểm. Phương pháp này cho phép thu nhận được các cấu
tử với lượng tinh khiết khá cao trong thời gian ngắn và lượng mẫu đủ lớn để đo phổ.
Bằng cách đó, có thể phối hợp được giữa một phương pháp tách và một phương pháp xác
định cấu trúc, kiểu liên hợp này được gọi kỹ thuật là liên hợp hở (off – line combination)
kỹ thuật liên hợp kín giữa phương pháp sắc kí khí và phổ khối lượng được ra đời. Trong
trường hợp này thì không cần phải thu nhận các cấu tử riêng biệt từ cột sắc kí điều chế
nữa. Các cấu tử được tách khổi cột sắc kí sẽ lần lượt được đưa vào nguồn ion của máy
khối phổ. Tại đó, chúng được phân mảnh và được tách khối nhờ một từ trường rồi đi vào


bộ nhân quang để chuyển hóa thành tín hiệu điện. Ứng với mỗi pic trên sắc kí đồ sẽ nhận
được một khối phổ đồ riêng biệt và hoàn chỉnh. Kỹ thuật ghép nối sắc kí khí/ khối phổ kế
(GC/MS) này được phát triển rất nhanh và cho đến nay đã trở nên rất phổ biến. Sau thành
công đó, việc ghép nối sắc kí khí với quang phổ hồng ngoiaj chuyển hóa Fourier (Gc/FTIR) được thử nghiệm và đã thành công. Ngoài ra, còn rất nhiều kiểu ghép nối với các
phương pháp phổ khác nhau như: phổ cộng hưởng từ hạt nhân, quang phổ phát xạ và hấp
phụ nguyên tử… Trong tất cả các kỹ thuật ghép nối trên, có thể coi các thiết bị phổ xác
định cấu trúc như một loại dectecto đặc thù.
2.1 Liên hợp sắc kí khối phổ (GcMs)
Sở dĩ có thể thực hiện khá thuận lợi liên hợp sắc kí khí/khối phổ là vì cả hai phương pháp
này cũng có những đặc tính chung sau đây:
-

Mẫu được nghiên cứu trogn trạng thái khí.
Cả hai phương pháp đều có độ nhạy phát hiện cao.
Tốc độ phân tách hai pp tương tự nhau.

Có thể nói, hai phương pháp kể trên có độ tương thích cao. Sự khác biệt duy nhất đáng kể
giữa hai phương pháp này là trong cột sắc kí luôn tồn tại một áp suất lớn hơn áp suất môi
trường (do độ chênh lệnh p đầu và cuối cột); trong đó khi nguồn ion của máy khối phổ
chỉ hoạt động với một chân không cao (10-6mmhg). Để có thể ghép nối cột tách sắc kí với
nguồn ion, giải pháp duy nhất là phải chiết khí mang ra khỏi mẫu, trước khi đưa mẫu vào
nguồn ion. Có như vậy thì độ chân không cảu nguồn ion mới không bị ảnh hưởng.