Chương 2: Sắc ký khí

01-Oct-18

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

NỘI DUNG
CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẮC KÝ
SẮC KÝ KHÍ - GC
SẮC KÝ LỎNG HiỆU NĂNG CAO -HPLC

1


01-Oct-18

Chương 2.
SẮC KÝ KHÍ
GAS CHROMATOGRAPHY

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ

2.1. GIỚI THIỆU
2.2. CÁC THÀNH PHẦN
CƠ BẢN CỦA MÁY SẮC
KÝ KHÍ
2.3. ỨNG DỤNG

2


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.1 GiỚi THIỆU

Mobile phase

Mobile phase

Stationary phase

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ

3


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
Cơ chế tách trong sắc ký khí

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ

SẮC KÝ ĐỒ DẦU BẠC HÀ
1. α-Pinene. 2. β-Pinene. 3. Sabinene. 4. Myrcene. 5. Α- Terpinene. 6. ILimonene. 7. 1,8 – Cineole. 8. Cis – Ocimene. 9. Γ- Terpinene. 10. ParaCymene. 11. Terpinene. 10. para – Cymene.11. Terpinolene. 12. 3Octanol.13I-Octen-3-ol. 14. Trans Sabinene hydrae. 15. I-.Menthone. 16.
Menthonfuran. 17d- Isomenthone. 18. β- Bourbonene. 19. Linalool. 20.
Menthyl acetate. 21. Neomenthol. 22. Terpinen -4-ol. 23. βCaryophyllene. 24. I – Menthol.25. Pulegone. 26. Α-Terpineol. 27.
Germacrene- D. 28. Piperitone. 29. Viridiflorol

4

01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY
SẮC KÝ KHÍ
2.2.1 Pha động
2.2.2 Cột
2.2.3. Hệ tiêm mẫu
2.2.4. Chương trình nhiệt độ cột
2.2.5. Đầu dò sắc ký khí

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.1 Pha động (khí mang)

Nhiệm vụ

- Đưa mẫu đi qua cột
-Cung cấp nền mẫu phù hợp với đầu dò để đo
các thành phần mẫu
Độ tinh khiết: cao
Tốc độ
- Cột nhồi : 25-150ml/ phút.
- Cột mao quản : 1 – 25 ml/phút[2]

5


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ

2.2.2 Cột

Hình 2.5. Sơ đồ mặt cắt ngang cột nhồi (a) và cột mao quản [1]

CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẮC KÝ
2.2.2 Cột

Mô tả cột nhồi
Mô tả hạt nhồi trong GSC và
GLC

6


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.2 Cột

Cột nhồi

Typical example of a packed column for gas chromatography. This
column is made from stainless steel and is 2 m long with an internal
diameter of 3.2 mm. The packing material in this column has a particle
diameter of 149–177 µm.

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.2 Cột

Cột mao quản

Cột mao quản sắc ký khí. Chiều dài 30m, đường kính trong
247µm. Bề mặt trong của cột mao quản được phủ một lớp pha
lỏng 0,25 µm

7


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.2 Cột

Cột mao quản

Ưu : số đĩa lý thuyết /m nhiều
hơn và cột dài hơn.
Nhược : chỉ tiêm vào một thể tích
mẫu nhỏ, ít hơn 10-2 µl do đường
kính bé hơn, lớp phim mỏng

Phân loại

WCOT (wall-coated opentubular
column). Cột mao quản đầu tiên, là
một ống, bề mặt bên trong phủ một
lớp film mỏng là pha lỏng.
PLOT (porous-layer opentubular
column) chứa một lớp xốp chất hấp
phụ rắn

SCOT (support - coated open tubular
column ) chứa một lớp hấp phụ là
chất rắn (ví dụ như Celite) được phủ
bằng một pha lỏng

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.2 Cột

Pha tĩnh cho GLC

8


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu
Yêu cầu

Tất cả thành phần của mẫu
phải được hóa hơi

Chất phân tích
phải ở nồng độ
thích hợp trong
mẫu tiêm vào

Quá trình vật lý
tiêm mẫu vào vào
hệ thống không

được làm giảm
chất lượng quá
trình tách

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi

Điều kiện mẫu tiêm vào:
Các thành phần của mẫu phải được hóa hơi.
Một chất tan có khả năng hóa hơi kém có thể được lưu giữa trong
cột và tiếp tục rửa giải trong suốt quá trình phân tích các mẫu tiếp
sau.
Một chất khó hóa hơi sẽ ngưng tụ ở đầu cột, làm giảm hiệu năng
cột.
Cần thiết tách các chất phân tích dễ bay hơi của một
mẫu ra khỏi những thành phần không bay hơi

9


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi

Kỹ thuật chiết.

Chiết lỏng – lỏng

Chiết pha rắn

Vi chiết pha rắn

Purge-and trap (Sục và bẫy khí)
Headspace sampling

Phân hủy nhiệt

Chuyển đổi hóa học thành chất hóa hơi

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi

Kỹ thuật chiết.
Chiết lỏng – lỏng
Chiết lỏng – lỏng chất
phân tích ra khỏi nền
mẫu nước vào
methylene chloride
hoặc một dung mội
hữu cơ khác.

10

01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi

Kỹ thuật chiết.

Chiết pha rắn

Chiết pha rắn cũng được dùng để loại các chất không bay hơi ra
khỏi mẫu.
MeOH, H2O

Quick
Easy
Cheap
Effective
Rugged
Safe

QuEChERS

11


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ

2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi

Kỹ thuật chiết.

Vi chiết pha rắn (SPME)
(solid-phase microextraction

Môt sợi silica nung chảy (fused-silica) được
đặt bên trong một kim tiêm. Sợi này được phủ
một lớp phim mỏng chất hấp phụ, như là
polydimethyl siloxane. Sợi được hạ xuống vào
mẫu bằng cách ấn một pít tông và được tiếp
xúc với các mẫu trong một thời gian định
trước. Sau khi rút sợi vào trong kim, nó được
chuyển vào sắc ký khí để phân tích

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi
Purge-and trap
(Sục và bẫy khí)

12


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu
Kỹ thuật chiết.

Chuẩn bị mẫu hóa hơi
Headspace sampling

Headspace

13


01-Oct-18

Headspace
Ưu điểm của phương pháp
• Thiết bị tương đối đơn giản. Với headspace tĩnh, người sử dụng có
thể tự làm thí nghiệm.
• Có thể bơm tiếp lần 2, lần 3…
• Mẫu vào trong cột tương đối sạch, giảm công chuẩn bị mẫu.
• Có thể áp dụng cho những mẫu có nền mẫu phức tạp, thậm chí là
mẫu chất lỏng đặc, mẫu rắn,..
Nhược điểm:
• Chỉ phân tích được những cấu tử nhẹ,
• Môi trường mẫu phải có độ bay hơi kém hơn chất phân tích

27

Kỹ thuật headspace tĩnh

28

14


01-Oct-18

Kỹ thuật headspace động học (P&T)

29

Headspace
Ưu điểm của phương pháp
• Thiết bị tương đối đơn giản. Với headspace tĩnh, người sử dụng có thể tự
làm thí nghiệm.
• Có thể bơm tiếp lần 2, lần 3…
• Mẫu vào trong cột tương đối sạch, giảm công chuẩn bị mẫu.
• Có thể áp dụng cho những mẫu có nền mẫu phức tạp, thậm chí là mẫu
chất lỏng đặc, mẫu rắn,..
Nhược điểm:
• Chỉ phân tích được những cấu tử nhẹ,
• Môi trường mẫu phải có độ bay hơi kém hơn chất phân tích

30

15


01-Oct-18

Kỹ thuật bơm mẫu headspace dùng
syringe kín khí

31

Kỹ thuật headspace động học (P&T)

32

16


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Chuẩn bị mẫu hóa hơi
Phân hủy nhiệt

Nhằm phóng thích chất bay hơi ra khỏi chất rắn
.

Chuyển đổi hóa học thành chất hóa hơi
Chất cần phân tích phản ứng với thuốc thử để tạo thành chất
dễ bay hơi

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu
Điều chỉnh nồng độ chất phân tích

nồng độ chất
phân tích quá nhỏ

không đủ có tín
hiệu phù hợp

Chiết
phải làm giàu
mẫu trước
khi tiêm vào
GC

thường thường làm giàu chất
phân tích. Các hợp chất hữu cơ
dễ bay hơi tách ra khỏi mẫu nước
bằng phương pháp a purge-andtrap, có thể làm giàu lên 1000 lần.

17


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu
Điều chỉnh nồng độ chất phân tích [2]

nồng độ chất
phân tích quá lớn

Tiêm lượng

mẫu ít hơn

quá tải cột, dẫn đến peak
đổ đầu và tách kém.
nồng độ chất phân tích có
thể vượt quá đáp ứng
tuyến tính của đầu dò.

pha loãng mẫu với dung môi dễ bay hơi
như methylene chloride

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Tiêm vào cột nhồi

Tiêm mẫu
Tiêm vào cột mao
quản

18


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Tiêm mẫu

Tiêm vào cột nhồi

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Tiêm mẫu

Tiêm vào cột mao quản

19


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Tiêm mẫu

Tiêm vào cột mao quản
Tiêm chia dòng (split injection) : Mẫu
được tiêm qua một septum cao su bằng kim
tiêm sắc ký khí. Thay vì tiêm mẫu trực tiếp
vào cột, mẫu được tiêm vào liner thủy tinh,
trong đó mẫu được trộn lẫn với khí mang. Ở
chế độ chia dòng, một tỷ lệ nhỏ khí mang và
mẫu đi vào cột mao quản và phần còn lại
thoát ra ngoài theo van chia dòng. Bằng
cách kiểm soát tốc độ dòng khí mang đi vào
bộ tiêm mẫu, đi qua van làm sạch septum và

van ra ngoài, có thể kiểm soát tỷ lệ mẫu đi
vào cột mao quản, thường thường tỷ lệ là
0,1 -10%

Thể tích hơi của 1 μl dung môi ở
nhiệt độ 220 ºC

Lựa chọn liner sao cho thể tích hơi không vượt quá 75%
thể tích liner tránh tình trạng thổi ngược mẫu (backflush)

40

20


01-Oct-18

Lựa chọn liner

41

Lựa chọn liner

42

21


01-Oct-18

Phần mềm tính toán thể tích hơi dung môi

43

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu
Tiêm vào cột mao quản

Tiêm mẫu
Tiêm không chia dòng

Thường sử dụng cho phân tích lượng vết, van
chia dòng được đóng lại và để khí mang đi qua
liner thủy tinh để vào cột. Điều này cho phép
hầu như toàn bộ mẫu đi vào cột.

22


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.3. Hệ tiêm mẫu

Tiêm mẫu

Tiêm vào cột mao quản
Tiêm vào đầu cột (on-column injection) : Áp dụng cho các mẫu dễ bị
phân hủy. Mẫu được tiêm trực tiếp vào cột mà không gia nhiệt. Sau đó
tăng nhiệt độ cột, hóa hơi mẫu ở nhiệt độ thấp nhất có thể

Các đặc điểm của buồng bơm mẫu OnColumn
Ưu điểm:
• Loại bỏ hoàn toàn hiện tượng phân biệt đối xử
• Loại bỏ sự biến đổi mẫu trong Inlet (nhiệt độ thấp)
• Có thể tạo hiệu ứng dung môi cho cả những cấu tử rửa giải sớm
• Có độ chính xác phân tích cao
Nhược điểm
• Không đưa được thể tích mẫu lớn vào trong cột
• Những cấu tử rửa giải trước dung môi không có hiệu ứng hội tụ
và rất khó xác định
• Cột dễ bị quá tải
• Dễ đưa các thành phần không bay hơi vào cột  làm giảm chất
lượng cột tách.
• Chỉ áp dụng cho các cột mao quản có id >0.2mm (hoặc >
0.3mm với ALS)

23


01-Oct-18

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.4 Chương trình nhiệt độ cột
Kiểm soát nhiệt độ cột có tính quyết định để đạt được quá trình tách tốt
trong sắc ký khí . Vì nguyên nhân này mà cột phải được đặt trong lò cột
Tách đẳng nhiệt: Duy trì cột ở nhiệt độ cố định.

Chương trình nhiệt độ :
Thay đổi nhiệt độ cột trong quá trình tách

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.5. Đầu dò sắc ký khí
Đặc điểm của Đầu dò lý tưởng
+ Giới hạn phát hiện thấp
+ Đáp ứng tuyến tính trên một khoảng nồng độ chất phân tích
rộng để việc định lượng dễ dàng hơn
+ Nhạy với tất cả các chất phân tích hoặc chọn lọc với một loại
đặc biệt chất phân tích
+ Không bị ảnh hưởng khi thay đổi tốc độ dòng và nhiệt độ

24


01-Oct-18

Đặc tính của một số detector trong GC

CHƯƠNG 2. SẮC KÝ KHÍ
2.2.5. Đầu dò sắc ký khí
Đầu dò dẫn nhiệt TCD ( thermal conductivity detector)
Sử dụng rộng rãi, đặc biệt cho cột nhồi và chất phân tích vô cơ
như H2O, CO, CO2 và H2
Nguyên tắc : TCD đo sự dẫn nhiệt của chất phân tích trong khí mang và
so sánh với độ dẫn nhiệt của khí mang tinh khiết

25