SẮC ký KHÍ ppt _ HÓA PHÂN TÍCH

SẮC KÝ KHÍ
(Gas Chromatography)

Bài giảng pptx các mơn ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất”;
/>

Sắc ký khí

Mục tiêu: Trình bày được

-

Phân

loại

và

các

khái

niệm

sắc ký khí (SKK)

-

Ngun lý và cấu tạo của máy SKK

-

Ứng dụng SKK trong định tính và định lượng

cơ

bản

của

phương

pháp


Sắc ký khí

Nội dung

-

Lịch sử phát triển của SKK

-

Đại cương và các khái niệm cơ bản

-

Nguyên lý và cấu tạo của máy SKK

-

Thực hành SKK

-

Ứng dụng SKK trong định tính và định lượng

-

SKK và các phương pháp sắc ký khác


Lịch sử phát triển của SKK



1777: Scheele, Fontana – Hấp thụ khí trên than hoạt



1905: Ramsey – Tách neon khỏi heli trên than hoạt



1936: Euken và Knick – Hấp phụ và giải hấp bằng nhiệt độ



1941: G. Hess – Sử dụng khí mang rửa giải cột hấp phụ




1941: Martin và Synge – Lý thuyết về sắc ký phân bố (khí – lỏng)
1943:

Tuner (1946: Claesson) – Khả năng phân tích các đồng

Martin
(1910 – 2002)

đẳng trên cột hấp phụ



1946 - 1949: Cremer, Prior và Keulemans – Máy SKK đầu tiên. Rijks – Phát triển
SKK mao quản





1952: Martin và James (Nobel hóa học)



Sắc ký phân bố khí – lỏng (cột nhồi)



Bài báo đầu tiên về SKK

1957: Golay – Cột mao quản → 1980: thương mại hóa

Synge
(1914 – 1994)


Lịch sử phát triển của SKK

Erika Cremer (1900 – 1996)
Fritz Prior (1921 – 1996)

Máy sắc ký khí đầu tiên


Lịch sử phát triển của SKK
Sự phát triển của SKK







Thiết bị



Cột, pha tĩnh



Đầu dò …

Điều khiển



Cơ



Cơ điện



Điện tử

Lưu trữ

Kết quả: Thao tác dễ dàng hơn, mẫu phân tích ít hơn, độ phân giải cao hơn, độ chính xác cao hơn, định tính và định lượng dễ
dàng hơn


Lịch sử phát triển của SKK
Ngày nay



SKK đã trở thành một trong những phương pháp sắc ký quan trọng nhất để



Tách



Hổ trợ xác định cấu trúc (FT-IR, MS)



Nghiên cứu các thơng số hóa lý: hệ số hoạt độ, entapi, nhiệt hóa hơi, hệ số khuếch tán phân tử, động học xúc tác …



Kỹ thuật SKK có tốc độ phát triển chậm so với kỹ thuật HPLC



SKK sử dụng cột nhồi đã bị thay thế bởi SKK sử dụng cột mao quản



Thiết bị SKK ghép nối với thiết bị xác định cấu trúc như FT-IR, MS


Đại cương và các khái niệm cơ bản

 Sắc ký khí là một phương pháp dùng để tách hỗn hợp các chất bay hơi dựa trên sự “phân bố” của các cấu
tử bay hơi giữa pha tĩnh là chất rắn (sắc ký hấp phụ) hay chất lỏng (sắc ký phân bố) và pha động là một chất
khí trên một cột mở

 Mẫu phân tích: là những chất bay hơi ở nhiệt độ tiến hành sắc ký, được hòa tan trong dung môi hữu cơ
(MeOH, ether …) hay ở thể hơi (kỹ thuật headspace)

 Pha động (khí mang) là chất khí di chuyển liên tục (sắc ký rửa
giải) qua pha tĩnh không bay hơi, theo một phương nhất định

 Pha động khơng tương tác với chất phân tích, chỉ có nhiệm vụ di chuyển chất phân tích qua cột


Đại cương và các khái niệm cơ bản



Cơ chế của q trình tách có thể là



Phân bố (chủ yếu hiện nay)



Hấp phụ (ít dùng)

Khả năng bay hơi (nhiệt độ sơi) của mẫu thử đóng một vai trị quan trọng

Các chất tách được là do “ái lực” khác nhau với pha tĩnh

Đại cương và các khái niệm cơ bản



Cơ chế tách của SKK


Đại cương và các khái niệm cơ bản





Khả năng tách của các chất trong mẫu phân tích phụ thuộc nhiều vào



Bản chất của mẫu



Bản chất của pha tĩnh



Nhiệt độ của hệ thống (pha tĩnh, khí mang, mẫu thử)

Nhiệt độ là thơng số quan trọng của q trình SKK



Phải được kiểm sốt chặt chẽ



Nhiệt độ của q trình phân tích có thể không đổi (isothermal) hay tăng
theo thời gian (gradient)



Phân loại



Sắc ký khí – rắn (hấp phụ): áp dụng hạn chế do có sự lưu giữ lâu các phân tử phân cực trên bề mặt pha tĩnh (pic bất
đối), chỉ áp dụng để tách một vài chất khí có KLPT nhỏ



Sắc ký khí – lỏng (phân bố): áp dụng rộng rãi


Nguyên lý và cấu tạo của máy sắc ký khí





Hệ thống khí: khí mang, khí nén, hydro



Buồng cột



Bộ phận điều áp (van, đồng hồ đo)



Cột sắc ký



Bộ lọc khí



Đầu dị



Bộ chỉnh dòng



Hệ thống xử lý và lưu dữ liệu

Cổng bơm mẫu, buồng bơm mẫu


Nguyên lý và cấu tạo của máy sắc ký khí



Hệ

thống

khí:

khí

mang, khí nén, hydro



Bộ phận điều áp



Bộ lọc khí



Bộ chỉnh dịng



Cổng bơm mẫu, buồng bơm mẫu



Buồng cột



Cột sắc ký



Đầu dò



Hệ thống xử lý và lưu
dữ liệu


Nguyên lý và cấu tạo của máy sắc ký khí

Máy sắc ký khí Shimadzu 14B


Nguyên lý và cấu tạo của máy sắc ký khí

GC-MS
Agilent 6890

Khí mang



Vai trị: pha động



u cầu chung





Khơng tương tác với pha tĩnh



Thích hợp với dầu dị



Tinh khiết (ảnh hưởng tới kết quả sắc ký và độ bền thiết bị): ≥ 99,995%



Khơng có CO2, hơi nước, oxy và các khí lạ khác

Lưu lượng khí



u cầu: ổn định (đẳng dịng) và kiểm sốt được (gradient)



Lưu lượng khí tối ưu → số đĩa lý thuyết tối đa



Thông thường:



Cột nhồi: 75 – 100 ml/phút



Cột mao quản: 1 – 50 ml/phút


Khí mang



Nguồn cung cấp:



Bình khí nén



Máy sinh khí



u cầu:

mức độ tinh khiết cao

(99,995%)



Sinh khí hydro: điện giải nước



Sinh khí nitơ: từ khơng khí



Khơng

khí:

loại

halogen và dẫn chất

tiểu

phân, hydrocarbon, CO2,


Khí mang



Thiết bị:



Van điều áp, lưu tốc kế



Thiết bị điều chỉnh lưu lượng khí



Bộ lọc
phụ
hấp

khí (làm sạch
CO2,

O2,

dẫn chất, hấp thụ nước

hydrocarbon,

khí, bẫy khí):
halogen

và


Khí mang



Các thơng số quan trọng





Khối lượng phân tử



Cao: khuếch tán ít → pic gọn



Thấp →

độ nhạy cao (đầu dị dẫn nhiệt TCD)

Độ nhớt của khí mang



Tỷ lệ với độ giảm áp suất qua cột



Thời gian phân tách



Tốc độ dòng khí mang



Các loại khí mang thường được sử dụng: heli, nitơ, hydro, argon



Lựa chọn khí mang: cần chú ý



Đầu dị sử dụng



Yêu cầu tách



…..


Khí mang



Độ dẫn điện và độ nhớt của một số khí mang thường sử dụng
Khí

Độ dẫn điện λ,
10-4 cal/cms.K

Độ nhớt (η) ở 1 atm
50oC

100oC

200oC

300oC

Argon

0,52

242

271

321

367

Heli

4,08

208

229

270

307

Nitơ

0,73

188

208

246

307

Hydro

5,47

103

121

139

94


Khí mang
Các điểm cần chú ý khi sử dụng khí mang cho các đầu dò khác nhau



Đầu dò dẫn nhiệt (TCD)






sử dụng khí mang có độ dẫn điện cao như hydro, heli

Đầu dị ion hóa ngọn lửa (FID)



Vận hành với tất cả khí mang vơ cơ (trừ oxy)



Nitơ thường được sử dụng



Kết hợp với GC-MS: sử dụng heli

Đầu dò cộng kết điện tử (ECD)



Vận hành theo kiểu dòng một chiều: nitơ



Vận hành theo kiểu xung: argon bổ sung 5% methan


Khí mang
Các đặc điểm của một số khí mang thường được sử dụng



Khí hydro





Hydro thương mại đạt yêu cầu sắc ký



Cần dùng nitơ làm khí bảo vệ thổi qua cột trước



Ống dẫn khí hydro phải đủ dầy



Vẫn trơ dưới 200oC



Máy sinh khí hydro



Cơng suất 125 – 225 ml/phút



Khi máy đạt áp suất nhất định mới đưa khí vào cột sắc ký



Trong phịng sắc ký phải có máy dị độ hở hydro và cấm lửa

Khí heli



Khí trơ hóa học, thích hợp cho SKK nhiệt độ cao



Với đầu dị ion hóa bằng tia phóng xạ: phải sử dụng heli tinh khiết


Khí mang
Các đặc điểm của một số khí mang thường được sử dụng



Khí argon





Khí trơ hóa học, thích hợp cho SKK nhiệt độ cao



Độ nhớt cao

Khí nitơ



Khơng nguy hiểm, rẻ, dễ làm tinh khiết, được sử dụng nhiều



Với đầu dò TCD: có thể xuất hiện pic âm do giá trị dẫn nhiệt của nitơ
rất gần với độ dẫn nhiệt của nhiều khí hoặc hơi chất hữu cơ



Khơng khí và oxy



Oxy thương mại đạt u cầu sắc ký



Khơng khí nén có thể lấy từ bình khí hoặc bơm nén kiểu dầu

Bộ phận bơm mẫu



Bộ phận bơm mẫu













Thủ cơng



Tự động hóa



Headspace

Cổng bơm mẫu: có nhiệt độ hóa hơi hồn tồn mẫu
Buồng bơm mẫu: thường được giữ khoảng 50oC trên điểm sôi của cấu tử

Kỹ thuật bơm mẫu



Chia dòng: sử dụng từ ≈ 1% lượng mẫu bơm (có thể thay đổi)



Khơng chia dịng: sử dụng tồn bộ lượng mẫu bơm

Lượng mẫu



Cột mao quản: # 1 µL (0,2 – 5 µL )



Cột nhồi: lượng mẫu bơm lớn hơn

Mẫu lỏng: hòa tan trong dung mơi thích hợp
Mẫu khí: headspace
Vi chiết pha rắn: mẫu thể tích lớn, nồng độ thấp, nhiều tạp khơng bay hơi


Bộ phận bơm mẫu