1. HỘI ĐO LƯỜNG VIỆT NAM
(VINAMET)
SẮC KÝ KHÍ
(GAS CHROMATOGRAPHY)
Hà Nội, 2005

2. - 1 -
Lời nói đầu
Ngày nay, hầu hết các phòng thí nghiệm tại Việt Nam đều được trang bị
hệ thống sắc ký khí (GC) trong nghiên cứu cũng như phân tích thường ngày.
Với ưu điểm là một kỹ thuật rất nhạy và chọn lọc, GC ngày càng giữ vai trò
quan trọng trong các lĩnh vực khoa học. Trước đây đã có một số sách đề cập về
Sắc ký như: Sắc ký lớp mỏng, Các phương pháp sắc ký,... Song có rất ít hướng
dẫn tiếng Việt chỉ đề cập về sắc ký khí. Vì vậy, chúng tôi soạn thảo hướng dẫn
này với hi vọng thảo luận lý thuyết cơ bản Sắc ký khí, các thành phần của hệ
thống và kỹ thuật thực nghiệm nhằm giúp người đọc có cái nhìn khái quát hơn
về Sắc ký khí. Đồng thời chúng tôi cũng trình bày nguyên lý hoạt động của một
số đầu dò thường được dùng trong Sắc ký khí.
Hi vọng hướng dẫn này sẽ giúp các bạn làm việc thường ngày với các hệ thống
sắc ký khí hiểu rõ hơn về thiết bị của mình nhằm hạn chế những sai phạm tình
cờ nguy hại đến hệ thống, khắc phục được một số lỗi cơ bản, lựa chọn cột thích
hợp với ứng dụng thực tế, tối ưu hóa một số thông số cơ bản phân tích, kiểm
soát được các yếu tố ảnh hưởng cơ bản tới hệ thống.
Tài liệu do các chuyên gia đo lường của Hội Đo lường Việt Nam phối hợp với
Trung tâm Kỹ thuật III, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng biên soạn.

3. - 2 -
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu................................................................................................................................................................................. 1
Mục lục........................................................................................................................................................................................... 2
Chương 1 – LÝ THUYẾT CƠ BẢN.......................................................................................................... 5
1.1 Khái quát....................................................................................................................................................................... 5
1.1.1 Nguyên lý.................................................................................................................................................. 5
1.1.2 Sắc ký đồ................................................................................................................................................... 7
1.1.3 Cơ chế tách các hợp chất...................................................................................................... 7
1.2 Các tham số cơ bản........................................................................................................................................... 8
1.2.1 Hệ số lưu.................................................................................................................................................... 8
1.2.2 Độ chọn lọc ()................................................................................................................................... 9
1.2.3 Độ phân giải cột (R)..................................................................................................................... 10
1.3 Các phép đo định lượng hiệu năng cột..................................................................................... 11
1.3.1 Số đĩa lý thuyết (N)....................................................................................................................... 12
1.3.2 Chiều cao đĩa lý thuyết............................................................................................................. 13
Chương 2 – KHÍ MANG.......................................................................................................................................... 14
Chương 3 – KỸ THUẬT LẤY MẪU VÀ TIÊM ....................................................................... 17
3.1 Các kỹ thuật tiêm................................................................................................................................................. 17
3.1.1 Kỹ thuật tiêm “on-column”............................................................................................... 18
3.1.2 Tiêm chia/không chia................................................................................................................ 18
3.1.3 Hóa hơi chương trình nhiệt (kỹ thuật PTV)................................................. 18
3.2 Các kỹ thuật lấy mẫu...................................................................................................................................... 19
3.2.1 Lấy mẫu headspace...................................................................................................................... 19
3.2.2 Bẫy và thanh lọc............................................................................................................................... 19
3.2.3 Giải hấp nhiệt...................................................................................................................................... 19
3.2.4 Nhiệt phân............................................................................................................................................... 20
3.2.5 Tạo dẫn xuất......................................................................................................................................... 20

4. - 3 -
Chương 4 – CỘT SẮC KÝ..................................................................................................................................... 23
4.1 Pha tĩnh............................................................................................................................................................................ 23
4.2 Mô tả cột......................................................................................................................................................................... 26
4.3 Lựa chọn cột............................................................................................................................................................... 26
4.4 Thay thế cột mao quản................................................................................................................................. 29
4.4.1 Kiểm tra bằng mắt tất cả các khía cạnh của hệ thống..................... 29
4.4.2 Chuẩn bị cột để cài đặt............................................................................................................ 29
4.4.3 Nối cột và xác nhận dòng...................................................................................................... 29
4.4.4 Kiểm tra rò rỉ...................................................................................................................................... 30
4.4.5 Đặt thời gian chết, hoạt hóa và hiệu chỉnh..................................................... 30
Chương 5 – CHƯƠNG TRÌNH NHIỆT ĐỘ VÀ LÒ CỘT............................................ 31
Chương 6 – ĐẦU DÒ.................................................................................................................................................... 33
6.1 Đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID)........................................................................................................ 33
6.1.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................................................ 33
6.1.2 Tính chất................................................................................................................................................... 34
6.2 Đầu dò bắt giữ điện tử (ECD)........................................................................................................... 34
6.2.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................................................ 34
6.2.2 Tính chất................................................................................................................................................... 35
6.3 Đầu dò khối phổ (MS).................................................................................................................................... 36
6.3.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................................................ 37
6.3.2 Giao diện................................................................................................................................................... 38
6.3.3 Ion hóa và tách.................................................................................................................................. 38
6.3.4 Một số kỹ thuật ion hóa thông dụng trong sắc ký khí ghép
khối phổ...................................................................................................................................................... 39
6.3.5 Phát hiện................................................................................................................................................... 40
6.3.6 Tính chất................................................................................................................................................... 40
6.3.7 Theo dõi ion được chọn (SIM)....................................................................................... 41
6.3.8 Nhận danh mũi trọng lượng phân tử..................................................................... 42

5. - 4 -
6.3.9 Phổ đồ khối lượng.......................................................................................................................... 43
6.4 Đầu dò dẫn nhiệt (TCD).............................................................................................................................. 43
6.4.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................................................ 43
6.4.2 Tính chất................................................................................................................................................... 44
6.5 Đầu dò quang hóa ngọn lửa (FPD)................................................................................................ 45
6.5.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................................................ 45
6.5.2 Tính chất................................................................................................................................................... 45
6.6 Đầu dò Nitơ-Phốtpho (NPD).................................................................................................................. 47
6.6.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................................................ 47
6.6.2 Tính chất................................................................................................................................................... 47
Chương 7 – XỬ LÝ DỮ LIỆU......................................................................................................................... 49
Chương 8 – CÁC PHÉP KIỂM TRA, HIỆU CHUẨN VÀ CHUẨN............... 52
8.1 Kiểm tra và hiệu chuẩn đầu dò.......................................................................................................... 52
8.2 Chuẩn hóa ................................................................................................................................................................... 52
8.2.1 Chuẩn kiểm tra hệ thống...................................................................................................... 52
8.2.2 Chuẩn hiệu chuẩn cột............................................................................................................... 53
8.2.3 Phương pháp ngoại chuẩn (đường chuẩn)..................................................... 53
8.2.4 Phương pháp nội chuẩn......................................................................................................... 53
8.2.5 Kiểm soát chất lượng................................................................................................................. 56
Chương 9 – GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ........................................................................................................ 57
9.1 Dạng mũi bất thường...................................................................................................................................... 58
9.2 Mũi tạp............................................................................................................................................................................. 59
9.3 Đường nền.................................................................................................................................................................... 60
9.4 Mũi cắt cụt................................................................................................................................................................... 61
Chương 10 – CÁC THÍ NGHIỆM SẮC KÝ KHÍ................................................................... 62
Chương 11 – HƯỚNG DẪN TÌM THÔNG TIN...................................................................... 66
Chương 12 – KẾT LUẬN........................................................................................................................................ 68

6. - 5 -
Chương 1 – LÝ THUYẾT CƠ BẢN
1.1 KHÁI QUÁT
Sắc ký khí là gì?
Sắc ký khí là một trong những kỹ thuật phân tích dụng cụ rất thông dụng và
mạnh thường dùng trong phân tích. Trường hợp lý tưởng, kỹ thuật này có thể
cung cấp thông tin định tính và định lượng về từng cấu tử trong mẫu thử.
Sắc ký khí liên quan đến quá trình tách các chất khác nhau trong cùng một mẫu
ra khỏi nhau. Chính điều này cho phép người phân tích dễ dàng nhận danh
(định tính) và đo (định lượng) từng cấu tử trong mẫu. Hợp chất được tách chủ
yếu bởi sự khác nhau trong cấu trúc và tính bay hơi của chúng. Điều này hạn
chế cho một số hợp chất và mẫu không thực hiện trực tiếp trên GC do tính chất
hóa lý của chúng.
Loại hợp chất phù hợp để phân tích bằng sắc ký khí?
Những hợp chất dễ bay hơi có nhiệt độ bốc hơi dưới 350 o
C – 400 o
C và tất cả
hoặc một phần của phân tử hợp chất phải ở trạng thái khí dưới 350 o
C – 400 o
C.
Một yêu cầu nữa là hợp chất phải chịu được nhiệt độ cao và nhanh chóng được
chuyển vào pha hơi mà không bị phân hủy hoặc phản ứng với các hợp chất
khác. Như vậy, các hợp chất vô cơ không phù hợp cho phân tích GC. Một số
hợp chất cơ kim có thể phân tích bằng GC bởi chứa hàm lượng hữu cơ cao.
Hầu hết các hợp chất hữu cơ phù hợp để phân tích bằng GC nhưng có một số
ngoại trừ như một số hợp chất sinh học và dược liệu bị phân hủy ở nhiệt độ sắc
ký khí, hợp chất khác phản ứng với các vật liệu dùng trong GC và cột.
1.1.1 Nguyên lý
Mẫu thường được đưa vào cột sắc ký dưới dạng hơi. Độ tan của mỗi cấu tử
trong pha khí đi vào cột phụ thuộc vào áp suất hơi của chính cấu tử đó và áp
suất hơi của chúng lại là hàm của nhiệt độ cột, ái lực giữa cấu tử đó và pha tĩnh.
Sự khác nhau về áp suất hơi làm cho các phân tử của mỗi cấu tử phân tán giữa
pha tĩnh và pha khí động . Thực tế khi các phân tử di chuyển nhanh chóng liên
tục giữa 2 pha, chính sự khác nhau về thời gian định cư trong mỗi pha mà nó
ảnh hưởng tới sự phân tán. Mỗi lần phân tử đi vào pha khí, nó được cuốn về
phía đầu dò bởi dòng khí mang. Do đó các hợp chất có tính chất hóa và lý khác
nhau sẽ đến đầu dò tại các thời điểm khác nhau. Pha tĩnh có thể là chất rắn hoặc

7. - 6 -
phủ chất lỏng trên một sườn rắn trơ tạo nên hai dạng sắc ký khí tương ứng là
sắc ký rắn khí (GSC) và sắc ký lỏng khí (GLC).
Hệ thống sắc ký khí gồm 6 phần chính: Nguồn cung cấp khí và bộ kiểm soát
dòng, buồng tiêm, cột, lò cột, đầu dò và thiết bị ghi đo như trong hình 1
Hình 1 - Hệ thống sắc ký khí
• Nguồn cung cấp khí và bộ kiểm soát dòng
Các khí có độ tinh khiết rất cao được cung cấp bởi bình khí nén hoặc máy sinh
khí. Van điều áp trên bình khí nén hoặc máy sinh khí kiểm soát lượng khí đi
vào GC. Bộ kiểm soát dòng và van điều áp trong GC kiểm soát lưu lượng dòng
của các loại khí khác nhau một khi chúng vào thiết bị.
• Buồng tiêm
Buồng tiêm là nơi bốc hơi dung dịch mẫu và đưa dòng hơi mẫu vào cột nhờ
dòng khí mang. Buồng tiêm được gia nhiệt tới 100 o
C-300 o
C, nên bất cứ thành
phần mẫu bay hơi nào cũng đều được chuyển nhanh chóng vào thể hơi. Khí
mang trộn với phần hơi này của mẫu thử và mang hơi mẫu vào cột.
• Lò cột và cột
Lò cột là nơi chứa cột sắc ký và kiểm soát nhiệt độ (đẳng nhiệt hay chương
trình nhiệt).
Cột là một ống gồm 3 lớp: lớp vỏ bảo vệ, ống xung silic và pha tĩnh. Cột đóng
vai trò trực tiếp trong quá trình tách làm giàu một hợp chất. Điều này đặc biệt

8. - 7 -
quan trọng khi phân tích định lượng (sẽ được đề cập kỹ trong phần cột sắc ký ở
chương 4)
• Đầu dò
Đầu dò là thiết bị tương tác với các hợp chất dựa trên một số tính chất hoá lý để
sinh ra tín hiệu điện. Nó được dùng để phát hiện sự hiện diện của một hợp chất.
Vậy tùy thuộc vào tính chất của hợp chất cần phân tích mà người phân tích phải
chọn loại đầu dò phù hợp cho hợp chất đó (sẽ được đề cập kỹ trong phần đầu
dò ở chương 6).
• Thiết bị ghi đo
Tại đây, tín hiệu tương ứng của đầu dò được ghi đo và chuyển vào máy tính để
tính toán cho sắc ký đồ và lưu trữ dữ liệu.
1.1.2 Sắc ký đồ
Sắc ký đồ là một dạng đồ thị gồm 2 trục, trục hoành biểu diễn thời gian lưu của
hợp chất, trục tung biểu diễn tín hiệu tương ứng của đầu dò. Khi lý tưởng, mỗi
mũi ứng trên sắc ký đồ tương ứng với một hợp chất ra khỏi cột. Tuy nhiên,
thực tế thường có sự trùng chập mũi do một số hợp chất có cùng thời gian lưu.
Đây là vấn đề nan giải mà đầu dò khối phổ có thể giải quyết dễ dàng vấn đề
này (sẽ nói kỹ trong chương 6)
1.1.3 Cơ chế tách các hợp chất
Cột làm việc ra sao ? Điều gì xảy ra bên trong cột ? Làm thế nào các hợp chất
di chuyển qua cột ? Tại sao hợp chất này nằm trong cột lâu hơn hợp chất khác?
Làm thế nào để mẫu đi vào cột ? Đây là một trong số những câu hỏi cơ bản
thường được đặt ra cho sắc ký khí.
Quá trình tách mẫu thành từng cấu tử (từng hợp chất) riêng biệt bằng cột sắc ký
khí mao quản có thể được mô tả bằng khái niệm rất đơn giản như sau: Mẫu thử
chứa hỗn hợp các hợp chất đi vào cột và được gom ở đầu cột. Sau đó các phân
tử của mỗi hợp chất bắt đầu di chuyển xuống cột ở tốc độ khác nhau. Các phân
tử di chuyển nhanh nhất đạt tới cuối cột đầu tiên, đi vào đầu dò sẽ cho tín hiệu
tương ứng với mũi đầu tiên trong sắc ký đồ. Các hợp chất di chuyển nhanh kế
cận tiếp tục di chuyển tới đầu dò và quá trình này tiếp diễn cho tới khi tất cả
các hợp chất được cột giữ lại đi ra khỏi cột. Bởi vì mỗi hợp chất ra khỏi cột ở
mỗi thời điểm khác nhau nên chúng được tách rời khỏi nhau. Vậy bất cứ hợp

9. - 8 -
chất nào đi qua cột ở cùng tốc độ sẽ không được tách rời khỏi nhau và chúng có
cùng thời gian lưu.
1.2 CÁC THAM SỐ CƠ BẢN
1.2.1 Hệ số lưu
Bởi vì tất cả các hợp chất tiêu tốn cùng một thời gian trong pha động. Hệ số lưu
k cho biết thời gian một hợp chất nằm trong pha tĩnh bao lâu so với hợp chất
khác. Sự lưu giữ của hợp chất gia tăng khi giá trị k tăng. Nếu k = 0 thì ta nói là
hợp chất không bị lưu giữ.
Hình 2 - Hệ số lưu
Hệ số lưu (xem hình 2) mô tả khả năng lưu giữ chất tan của pha tĩnh
Phương trình 1
k = tR - tM / tM
Trong đó:
tR: thời gian lưu của chất tan
tM: thời gian của mũi không bị giữ lại hay thời gian chết của cột
Ở dây thời gian lưu của chất tan tR là thời gian hợp chất nằm trong cột. Nó bằng
tổng thời gian hợp chất trong pha động và pha tĩnh. Thời gian lưu lệ thuộc vào
cột, nhiệt độ cột và vận tốc tuyến tính khí mang. Do trong GC luôn có những
thay đổi nhỏ nên thời gian lưu có khuynh hướng trôi giạt theo thời gian từ lần

10. - 9 -
chạy này đến lần chạy khác. Cần chú ý là khi cột càng cũ thì thời gian lưu của
một hợp chất tương ứng trên cột đó ngày càng ngắn lại theo thời gian sử dụng.
Các hợp chất vào cột chỉ khi chúng trong pha động (khí mang). Do đó tại một
nhiệt độ cột và vận tốc tuyến tính khí mang cố định, mỗi hợp chất tốn cùng thời
gian trong pha động. Thời gian trong pha động được xác định bằng cách tiêm
một hợp chất không bị lưu lại vào hệ thống sắc ký khí và đo thời gian lưu của
nó. Thời gian lưu này được gọi là thời gian chết của cột và biểu thị là tM hoặc
to.
Bởi vì mỗi hợp chất tiêu tốn cùng thời gian trong pha động, sự khác nhau trong
thời gian lưu là do bởi sự khác nhau thời gian tiêu tốn trong pha tĩnh. Nếu lấy
thời gian lưu của một hợp chất (mũi) trừ thời gian chết của cột (tM) ta sẽ có
được thời gian tiêu tốn thật sự của một hợp chất trong pha tĩnh, giá trị này được
gọi là thời gian lưu hiệu chỉnh (tR) hay thời gian lưu của chất tan.
Chất tan nằm trong pha tĩnh càng lâu thì nó càng có thể dễ được tách ra khỏi
các cấu tử có cùng độ bay hơi hơn. Trong sắc ký khí, hệ số lưu có thể được
thay đổi bằng cách thay đổi pha tĩnh hoặc nhiệt độ của cột.
1.2.2 Độ chọn lọc (α)
Hệ số chọn lọc (α) cho 2 cấu tử cho biết mức độ chúng sẽ tách như thế nào trên
một cột nào đó. Xem hình 3, hệ số chọn lọc được định nghĩa như trong phương
trình 2.
Hình 3 - Hệ số chọn lọc

11. - 10 -
Phương trình 2
α = (tR)B - tM / (tR)A - tM
Trong đó:
(tR)B : thời gian lưu của cấu tử B được lưu giữ mạnh hơn
(tR)A : thời gian lưu của cấu tử A được lưu giữ kém hơn
tM : thời gian chết
• Khi α = 1, về mặt lý thuyết hai cấu tử không thể tách rời nhau được
trên cột được thử
• Khi α > 1, về mặt lý thuyết hai cấu tử có thể tách nhau hoàn toàn
nhưng điều này còn phụ thuộc vào độ phân giải hoặc độ hoàn hảo của
cột.
1.2.3 Độ phân giải cột (R)
Độ phân giải (R) của cột là thước đo định lượng về khả năng của cột tách hai
cấu tử ra khỏi nhau trong một hỗn hợp.
Hình 4 - Độ phân giải của cột
Xem hình 4, độ phân giải được định nghĩa như trong phương trình 3:
Phương trình 3
R = 2 ×[(tR)B – (tR)A] / WA+ WB
Trong đó:
(tR)B: thời gian lưu của cấu tử B được lưu giữ mạnh hơn

12. - 11 -
(tR)A: thời gian lưu của cấu tử A được lưu giữ kém hơn
WA: bề rộng mũi của cấu tử A tại đường nền (bề rộng đáy của A)
WB: bề rộng mũi của cấu tử B tại đường nền (bề rộng đáy của B)
• Nếu R< 1, các mũi trùng trập lên nhau.
• Nếu R ≥ 1, các mũi tách ra khỏi nhau. Thực tế phải có R ≥ 1,5 để hai
mũi tách hoàn toàn.
Ngoài ra, độ phân giải thường được biểu diễn ở dạng phần trăm. Hai mũi tách
hoàn toàn khí % độ phân giải bằng 100. Khi %R nhỏ hơn 100 thì 2 mũi trùng
chập lên nhau.
1.3 CÁC PHÉP ĐO ĐỊNH LƯỢNG HIỆU NĂNG CỘT
Trong hình 2, 3 và 4, các mũi đã được phóng đại để minh họa cấu tử đi ra khỏi
cột như là một dải chất. Điều này xuất hiện là do mỗi phân tử của cấu tử có một
đường phân tán duy nhất qua pha khí và pha lỏng. Do đó các phân tử giải hấp
ra khỏi cột tại những thời gian lưu hơi khác nhau. Hiệu ứng này không chỉ bị
ảnh hưởng bởi tương tác hóa học của cấu tử và pha tĩnh mà còn phụ thuộc
nhiều vào kích cỡ của cột như chiều dài cột, đường kính trong và cỡ hạt hoặc
bề dày lớp phim pha tĩnh. Hiệu ứng bành rộng mũi tăng tỷ lệ với thời gian cấu
tử nằm trong cột, điều này giải thích tại sao trong một sắc ký đồ các mũi giải
hấp sau bị bành rộng hơn và thấp hơn những mũi ra khỏi cột trước.
Từ nhận xét trên ta thấy rõ khả năng của cột để tách các cấu tử có cùng giải
hấp ra liên quan đến mũi hoặc cấu tử bành rộng khi nó qua cột như thế nào (đây
chính là hiệu năng của cột). Các nhà phân tích dùng mô hình đĩa trong sắc ký
để đo hiệu năng của cột; số đĩa lý thuyết càng lớn thì hiệu năng của cột càng
cao .
Hình 5 - Biểu diễn cột như một dãy đĩa lý thuyết

13. - 12 -
Điều này so sánh quá trình sắc ký với sự chưng cất và định lượng hiệu năng của
cột theo số đĩa lý thuyết. Bằng cách so sánh này, chúng ta có thể dễ dàng hiểu
kỹ thuật sắc ký khí hơn nhiều so với các kỹ thuật sắc ký khác. Hình 5 minh họa
cột như một dãy đĩa lý thuyết.
Ví dụ dưới các điều kiện thiết lập trước, các cấu tử hydrocabon của dầu giải
hấp ra khỏi cột sắc ký theo thứ tự điểm sôi (nhiệt độ sôi) của chúng - các cấu
tử ra khỏi cột sắc ký khi nhiệt độ của cột được gia tăng tương tự như quá trình
trong cột chưng cất.
1.3.1 Số đĩa lý thuyết (N)
Hình 6 - Minh họa phép đo hiệu năng cột
Trong đó
tR: thời gian lưu
W1/2: độ rộng mũi tại 50% chiều cao của nó
W: độ rộng mũi tại đường nền
Từ hình 6, số đĩa lý thuyết (N) là:
Phương trình 4
N = 5,54 × (tR / W1/ 2)2
= 16 × (TR /W)2
Trong thực tế, tùy vào mục đích cần phân tích mà ta dùng các cột có chiều dài
(L) khác nhau do đó người ta thường biểu diễn hiệu năng của cột như là số đĩa
lý thuyết trên một mét.

14. - 13 -
1.3.2 Chiều cao đĩa lý thuyết
Một đại lượng nữa thường được dùng để biểu diễn hiệu năng cột là chiều cao
đĩa lý thuyết (H) hoặc chiều cao tương đương của một đĩa lý thuyết (HETP).
Phương trình 5
HETP = L/N
Chú ý:
Giá trị HETP sẽ cực tiểu khi hiệu năng của cột đạt được tốt nhất. Giá trị N và
HETP sẽ thay đổi theo thời gian khi cột cũ đi và kém hiệu năng (điều này giải
thích tại sao thời gian lưu của một hợp chất trên cùng một cột sắc ký có khuynh
hướng giảm dần theo thời gian cột được sử dụng). Nhà phân tích có thể dùng
các tham số này như là thước đo định lượng để xác định khi nào cột không còn
“phù hợp với mục đích” nữa và cần phải thay.

15. - 14 -
Chương 2 – KHÍ MANG
Khí mang tạo nên pha động trong hệ thống sắc ký khí. Trong suốt quá trình sắc
ký, các phân tử hợp phần từ mẫu trao đổi liên tục giữa pha tĩnh và pha động.
Mỗi lần các phân tử này vào pha khí, chúng được mang đi và bị cuốn về phía
đầu dò bởi dòng khí mang.
Hình 7 - Quá trình sắc ký trong cột nhồi
Bởi vì dòng khí mang là một biến số quan trọng để kiểm soát thời gian lưu của
các thành phần có trong mẫu thử, toàn bộ phép phân tích và thay đổi hoàn toàn
thời gian phân tích mẫu thử – khi dòng khí mang tăng gấp đôi thì thời gian lưu
của tất cả các cấu tử trong cột tăng gấp đôi và ngược lại.
Khi xây dựng một phương pháp sắc ký mới, người phân tích cần phải tối ưu
dòng khí mang tương ứng với mỗi cột để đạt độ phân giải sắc ký tốt nhất. Tốc
độ dòng khí mang cho độ phân giải tốt nhất (HETP cực tiểu) có thể được xác
định bằng thí nghiệm đơn giản hoặc theo đồ thị Van-Deeter.
Van-Deemter đã vẽ đồ thị cho 3 khí mang khác nhau trong cột mao quản như ở
hình 8.

16. - 15 -
Hình 8 - HETP của cột theo vận tốc tuyến tính trung bình cho 3 khí
Đồ thị cho thấy đường của khí nitơ có độ dốc cao và cho độ phân giải tốt nhất
đối với khí này ứng với dải hẹp ở tốc độ dòng thấp (vận tốc tuyến tính trung
bình đối với cột mao quản). Ngược lại đường của hêli và hyđrô tương đối bằng
phẳng và độ phân giải tốt nhất đạt ở tốc độ dòng cao hơn nhiều. Tốc độ dòng
cao hơn nghĩa là phép phân tích thực hiện nhanh hơn và như vậy có lợi nhiều
khi dùng các khí này thay vì dùng nitơ. Hyđrô là một khí mang lý tưởng nhưng
lại không an toàn do dễ gây cháy nổ, nên hầu hết các nhà sắc ký dùng hêli làm
khí mang. Khi dùng phép phân tích có độ phân giải thấp (dùng cột nhồi), đường
van-Deemter cho các khí này tương tự nhau và lợi ích không đáng kể khi dùng
hêli hoặc hyđrô. Trong trường hợp này việc lựa chọn loại khí mang phụ thuộc
vào tính sẵn có (dễ mua), an toàn, giá thành hoặc khả năng tương thích của
chúng với đầu dò đang được sử dụng.
Yêu cầu kỹ thuật
Tất cả các khí được dùng trong phân tích sắc ký khí cần phải có độ tinh khiết
rất cao và phải được bắt giữ loại bỏ mức vết của hơi nước, oxy và các
hydrocarbon nhiễm bẩn ra khỏi khí trước khi đi vào thiết bị. Oxy là một chất
nhiễm bẩn rất quan trọng cần phải được loại bỏ bởi vì nó gia tăng sự hủy hoại
cột (phá hỏng cột) và cũng có thể gây ra những trục trặc với những đầu dò nhạy
như đầu dò bắt giữ điện tử (ECD) và đầu dò khối phổ (MSD). Các chất nhiễm
bẩn có thể được loại bỏ bằng cách cho dòng khí đi qua các ống chất hấp phụ.
Người ta thường dùng các chất hấp phụ có màu để người phân tích có thể dễ
dàng kiểm tra khi chất hấp phụ hết khả năng hấp phụ.

17. - 16 -
Khí được cung cấp trong các bình khí ở áp suất cao không giống như trong
HPLC, không có yêu cầu cho các bơm để dễ dàng di chuyển pha động qua thiết
bị. Áp của bình khí nén được điều áp chính xác để đảm bảo áp suất không đổi ở
đầu cột. Bộ kiểm soát dòng khối đảm bảo rằng tốc độ dòng khí cài đặt ban đầu
luôn không đổi trong suốt quá trình phân tích và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt
độ của lò cột. Điều này đảm bảo cho thời gian lưu lặp lại tốt nhất.
Khuyến nghị
• Quy định các khí dùng trong phân tích sắc ký khí là trách nhiệm của người
sử dụng. Luôn dùng các khí mang có độ tinh khiết cao, thường là
99.995% hoặc cao hơn và chú ý các khuyến cáo kỹ thuật của hãng sản
xuất thiết bị và nhà cung cấp khí.
• Tuân theo hướng dẫn của hãng sản xuất và nhà cung cấp để lựa chọn hệ
thống hiệu quả nhất nhằm loại bỏ chất nhiễm bẩn từ các khí.
• Kiểm tra thường xuyên đảm bảo các thành phần bẫy khí được sử dụng
đang làm việc hiệu quả và thay thế các ống chất hấp phụ dùng để bẫy các
chất nhiễm bẩn bất cứ khi nào cần thiết.
• Ngăn ngừa không khí đi vào dòng khí của thiết bị bằng cách kiểm tra sự
rò rỉ ở tất cả các cổ nối và điểm nối trong hệ thống chuyển khí. Điều này
không chỉ quan trọng khi cài đặt hệ thống thiết bị ban đầu mà còn cả khi ta
thay thế cột hoặc đầu dò.
• Luôn kiểm tra lượng khí dự trữ đủ cho thiết bị chạy qua đêm và những
ngày nghỉ cuối tuần hoặc những ngày lễ.

18. - 17 -
Chương 3 - KỸ THUẬT LẤY MẪU VÀ TIÊM
3.1 CÁC KỸ THUẬT TIÊM
Chức năng của buồng tiêm là đưa phần mẫu đại diện như một dải hẹp vào cột
sắc ký. Vì hầu hết các mẫu được phân tích bằng sắc ký khí ở dạng lỏng nên đặc
điểm thiết yếu của giai đoạn tiêm là mẫu và dung môi được bốc hơi trước khi
đạt tới cột. Để thực hiện thành công, các buồng tiêm được trang bị bộ gia nhiệt
có thể kiểm soát được để kiểm soát nhiệt độ của vùng buồng tiêm tới giá trị cài
đặt trước.
Hình 9 - Sơ đồ buồng tiêm cột nhồi
Một trong những buồng tiêm đầu tiên đơn giản nhất được phát triển cho hệ
thống cột nhồi được minh họa như trong hình 9. Mẫu được tiêm trực tiếp qua
vách ngăn (septum) vào trên nút chận bông thủy tinh nằm tại đầu cột. Vùng cột
này ở nhiệt độ cao và ngay tại thời điểm tiêm, mẫu được bốc hơi nhanh chóng

19. - 18 -
chuyển vào pha hơi và được dòng khí mang đẩy đi xuống về hướng cột phân
tích.
3.1.1 Kỹ thuật tiêm “on-column”
Thiết kế buồng tiêm cột nhồi là một ví dụ của tiêm “on-column”, ở đây toàn bộ
mẫu đi qua cột sắc ký. Tiêm “on-column” cũng có thể thực hiện với cột mao
quản nhưng ở đây mẫu thường được tiêm vào cột lạnh. Sau đó, chương trình
nhiệt độ được kích hoạt để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách và giải hấp
các thành phần của mẫu. Kỹ thuật “on-column” lạnh này phù hợp nhất cho các
mẫu chứa các thành phần không bền hoặc các thành phần có dải bốc hơi rộng.
Để tránh hiện tượng quá tải và hình thành giọt nhỏ ở đầu cột mao quản, thể tích
tiêm thường được giữ khá nhỏ (0,3 µl). Do vậy giới hạn phát hiện thường
tương đối cao và kỹ thuật này không thích hợp cho phân tích vết. Với kỹ thuật
tiêm này có thể dùng để định lượng.
3.1.2 Tiêm chia/không chia
Đây là hệ thống buồng tiêm phổ biến dùng với các cột mao quản và có hai kiểu
vận hành, chia và không chia.
Kiểu chia - Chỉ một phần nhỏ mẫu được đưa vào cột, phần còn lại được dẫn
vào đường thải theo tỷ lệ chia đặt trước. Tỷ lệ chia cao đảm bảo cột không bị
quá tải với mẫu ở giai đoạn bắt đầu phân tích. Sự phân biệt đối xử có thể xảy ra
cho một vài mẫu, gây bất lợi cho các thành phần của mẫu có nhiệt độ sôi cao
hơn. Để định lượng chính xác, các điều kiện tiêm và dung môi phải được lựa
chọn cẩn thận và kiểm soát chính xác.
Kiểu không chia - Mẫu được tiêm vào buồng tiêm nóng nhưng cột ban đầu
được giữ ở nhiệt từ 15o
C đến 30o
C thấp hơn nhiệt độ sôi của dung môi để giảm
thiểu hiệu ứng phân biệt dung môi. Các kỹ thuật tập trung nhiệt và dung môi có
thể được dùng để làm giàu mẫu thành một dải hẹp nằm ở đầu cột. Kỹ thuật này
hữu dụng để xác định các chất phân tích không bay hơi trong các dung môi có
nhiệt độ sôi thấp ở nồng độ rất thấp. Thường thể tích mẫu từ 1µl tới 2 µl được
tiêm vào buồng tiêm đã được gia nhiệt.
3.1.3 Hóa hơi chương trình nhiệt độ (kỹ thuật PTV)
Buồng tiêm này có các đặc điểm vạn năng, có thể hoạt động trong kiểu nóng
hoặc lạnh, chia hoặc không chia, đưa mẫu tổng hoặc loại bỏ dung môi. Những
ưu điểm và nhược điểm của mỗi kỹ thuật đã được đề cập rồi nhưng sử dụng
thiết bị chương trình nhiệt độ sẽ giúp duy trì các điều kiện tối ưu để tiêm mẫu

20. - 19 -
thành công, ví như để tập trung nhiệt. Nhiệt độ của buồng tiêm có thể được
chương trình hoá làm cho nhiệt độ lò cột thay đổi. Trong kỹ thuật “on-column”
thời gian lưu của các cấu tử có thể được kiểm soát để đảm bảo độ lặp lại cho hệ
số phân tán 0,1% tới 0,5%. Đây là đặc điểm rất quan trọng khi các cấu tử được
định danh chỉ dùng thời gian lưu của chúng.
3.2 CÁC KỸ THUẬT LẤY MẪU
3.2.1 Lấy mẫu headspace
Khi mẫu lỏng hoặc mẫu rắn được để trong lọ đậy kín sẽ tạo thành sự cân bằng
giữa các cấu tử dễ bay hơi trong mẫu và khoảng không gian phía trên của vật
chất. Trong phương pháp headspace tĩnh, các mẫu nhỏ được lấy ở phía trên của
mẫu bằng một kim tiêm sắc ký và chúng được tiêm trực tiếp vào cột sắc ký khí.
Kỹ thuật này nhanh và đơn giản bởi vì mẫu không kèm theo nhiễu nền và khá
dễ để thực hiện. Khuyết điểm lớn nhất của kỹ thuật này là nồng độ mẫu thấp,
chẳng hạn với chất cần phân tích kém bay hơi thì phương pháp này không nhạy
lắm. Trường hợp này có thể cải tiến bằng cách dùng phương pháp headspace
động, ví dụ như kỹ thuật bẫy và thanh lọc (pruge and trap).
3.2.2 Bẫy và thanh lọc
Trong hệ thống bẫy và thanh lọc, dòng khí trơ được dùng để đẩy các cấu tử
khỏi mẫu lỏng. Các cấu tử được bẫy và làm giàu trên một bẫy hấp phụ, bất kỳ
hơi nước nào đi qua bẫy đều không bị ảnh hưởng. Sau đó, bẫy được giải hấp
bằng nhiệt và các cấu tử được mang vào cột trong dòng khí mang. Vì nền nước
hầu như được loại bỏ toàn bộ bằng quá trình này, mẫu được làm giàu và kỹ
thuật cho phép phát hiện ở mức phần tỷ (ppb) của các cấu tử dễ bay hơi trong
các mẫu nước.
3.2.3 Giải hấp nhiệt
Trong kỹ thuật này, vết các chất nhiễm bẩn trong không khí được bẫy trên các
ống hấp phụ. Sau đó các ống được giải hấp bằng nhiệt vào trong dòng khí mang
hêli và đi qua cột. Để tập trung mẫu, thường dùng một bẫy lạnh thể tích thấp
trước khi phân tích sắc ký khí, tức là giải hấp 2 giai đoạn. Bởi vì các bẫy không
hấp phụ các khí vĩnh cửu (ví dụ nitơ, oxy,...) trong mẫu ban đầu, phương pháp
bị ảnh hưởng trực tiếp bởi nồng độ của chất cần phân tích và có khả năng áp
dụng để phát hiện nồng độ vết của các chất nhiễm bẩn trong không khí.

21. - 20 -
3.2.4 Nhiệt phân
Nhiều phân tử lớn, đặc biệt các polymer, không thể phân tích trực tiếp bằng sắc
ký khí vì độ bốc hơi của chúng thấp. Trong phương pháp nhiệt phân, năng
lượng nhiệt được dùng để phân hủy các vật liệu thành các các mảnh đơn giản
hơn, trọng lượng phân tử thấp hơn để chúng có thể được phân tích bằng sắc ký
khí. Một số nguồn nhiệt khác nhau hiện được sử dụng như “ribbon-type”,
“điểm curie” và “bộ nhiệt phân la-de”. Kỹ thuật không chỉ phù hợp trong việc
định danh hoặc xác định thành phần ban đầu của polymer mà còn cung cấp
thông tin rõ ràng về độ bền nhiệt và các quá trình phân hủy nhiệt liên quan tới
vật liệu.
3.2.5 Tạo dẫn xuất
Với các hợp chất không bay hơi, cần phải tạo dẫn xuất dễ bay hơi. Tạo dẫn suất
có thể được dùng trong sắc ký để thay đổi các tính chất sắc ký hoặc cải thiện
khả năng phát hiện và liên quan tới những thay đổi hóa học của các nhóm chức
trong hợp chất. Những cải thiện rõ ràng trong độ bốc hơi, thủy phân và bền
nhiệt, dạng mũi, độ phân giải sắc ký, độ nhạy và độ chọn lọc phát hiện có thể
đạt được nếu dùng phản ứng tạo dẫn xuất thích hợp như: alkyl, acyl, silyl. Các
nhóm chức điển hình có thể được tạo dẫn xuất là: alcol, phenol, acid
carboxylic, amine, amide và thiol. Các tác nhân tạo dẫn xuất điển hình là
trimethyl silyl, benzyl, benzoyl, phenoxyancyl halogen. Có mặt các nguyên tử
halogen trong dẫn xuất đảm bảo nâng cao độ nhạy và cho giới hạn phát hiện rất
thấp khi dùng đầu dò bắt giữ điện tử.
• Một số nhóm chức có thể tạo dẫn xuất acyl
Cấu trúc hóa học Mô tả
-NH2, -NH-, N
amin nhất, nhị, tam cấp
-NH-CO-R amide
-CH2-OH,
CH
OH
C
OH
,
alcol nhất, nhị, tam cấp
-SH thiol
OH
phenol
C
OH
C
enol

22. - 21 -
C C
OH OH
glycol
C C
hợp chất chưa no
C
C
C
C
C
C
vòng thơm
• Một số thuốc thử thường dùng làm tác nhân tạo dẫn xuất silyl hóa
TT Tên Tên viết tắt Công thức
01 Hexamethyldisilazane HMDS
Si N Si
H
CH3
CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
02
Trimethylchlorosilane
(với xúc tác baz)
TMCS Si ClH3C
CH3
CH3
03
N-Methyl-N-
trimethylsilylacetamide
MSA
Si N Si
CH3
CH3
CH3
CH3
H3C
O
04 Trimethylsilyldiethylamine TMSDEA Si NH3C
CH3
CH3
C2H5
C2H5
05 Trimethylsilyldimethylamine TMSDMA Si NH3C
CH3
CH3
CH3
CH3
06
N-Mehtyl-N-
trimethylsilyltrifuoroacetamid
MSTFA
C N Si
CH3
CH3
CH3
CH3
CF3
O

23. - 22 -
TT Tên Tên viết tắt Công thức
07
N, O, Bis(trimethylsilyl)
acetamide
BSA C N Si CH3
CH3
CH3
CH3
O
SiCH3
CH3
CH3
08
N, O, Bis(trimethylsilyl)
trifluoroacetamide BSTFA C N Si CH3
CH3
CH3
CF3
O
SiCH3
CH3
CH3
09 N-trimethylsilylimidazole TMSI Si NH3C
CH3
CH3 C
N
CC
Yêu cầu kỹ thuật
Người phân tích nên tuân theo sổ tay hướng dẫn của nhà sản xuất để quen
thuộc với các đặc tính của chính buồng tiêm. Phân tích các chuẩn và kiểm tra
sự bất thường hoặc các mũi bị biến dạng để biết buồng tiêm đang hoạt động ổn
định hay không chính xác.
Khuyến nghị
• Mũi bị chẻ hoặc biến dạng là dấu hiệu cho biết lượng mẫu tiêm quá lớn.
Lúc này nên chọn chế độ chia dòng phù hợp hoặc giảm thể tích tiêm mẫu
• Nhiệt độ buồng tiêm quá thấp có thể làm cho mũi kéo đuôi.
• Nhiệt độ buồng tiêm quá cao có thể làm biến đổi cấu tử phân tích.
• Mũi bành rộng ở đầu sắc ký đồ là dấu hiệu chỉ chất tan không được tập
trung chặt thành một dải bởi kỹ thuật tiêm và lấy mẫu. Kiểm tra các tham
số đi kèm với các kỹ thuật này đã được tối ưu và cài đặt chính xác.
• Nhiễm bẩn buồng tiêm có thể tạo ra các ảnh hưởng rất mạnh – mũi tạp
trong sắc đồ. Làm sạch hoặc thay thế liner (ống thủy tinh đã được sylan
hóa không còn các tâm hoạt tính) của buồng tiêm thường xuyên.

24. - 23 -
Chương 4 - CỘT SẮC KÝ
Cột sắc ký là con tim của máy sắc ký khí, tại đây các thành phần của mẫu được
tách trước khi chúng được phát hiện, định danh hoặc định lượng. Các cột
thương phẩm ban đầu gồm một ống thủy tinh dài hoặc ống kim loại, đường
kính ¼ insơ (0,635 cm), được nhồi bằng các khoáng vật, bụi gạch, rây phân tử
(đối với GSC) hoặc các hạt trơ được bao phủ bằng gôm, sáp ong và các
polymer (đối với GLC). Các cột nhồi ngày càng được dùng ít đi vì ngày càng
sẵn có các cột mao quản ống hở với độ hoàn hảo cao hơn.
Chỉ tiêu hoàn hảo đòi hỏi các cột mao quản ống hở phải dài, lỗ hẹp với một pha
tĩnh phân bố đồng đều. Các phương pháp hiện đại ra đời tương tự các phương
pháp được dùng trong sản xuất sợi quang, cùng với các kỹ thuật phủ tiên tiến
khác, nơi đây pha tĩnh được phủ hoặc được liên kết với các thành trơ của ống,
đã tạo nên một cuộc cách mạng trong sản xuất cột ống hở. Ngày nay các cột với
độ hoàn hảo cao và các cột chuyên biệt sẵn có trên thị trường.
Có một số loại cột ống hở, các loại quan trọng nhất là:
• WCOT - cột ống hở phủ thành
• SCOT - cột ống hở phủ trên sườn (hỗ trợ)
• POT - cột ống hở lớp xốp
4.1 PHA TĨNH
Độ tan của một hợp chất trong pha tĩnh lệ thuộc vào các loại tương tác nội phân
tử khác nhau. Luật chung là các chất giống nhau sẽ hòa tan giống nhau, vậy pha
tĩnh phù hợp để tách hợp chất bán phân cực thường là bán phân cực.
Các loại pha tĩnh chính dùng hiện nay gồm:
Chất hấp phụ rắn: Alumina, silica, zeolite, rây phân tử.
Các hợp chất polymer: Tenax, chromosorb và poropark. Các polymer rắn có
thể có hoạt tính bởi vì các chất lỏng duỗi thẳng ở nhiệt độ cột cao hơn.
Pha lỏng: Các pha lỏng thông dụng gồm các hydrocacbon, polyglycol,
polyether, polyesther và các polysiloxane. Các polysilonane được dùng rộng rãi
nhất.

25. - 24 -
Đây là các pha tĩnh đã được biến tính và pha trộn để cho độ phân cực khác
nhau.
Các ứng dụng điển hình gồm:
Chất hấp phụ rắn: Các khí trơ, các chất làm lạnh (freon), các hydrocacbon từ
C1 đến C10 rất bay hơi.
Polymer xốp: Ban đầu được dùng cho các cột nhồi. Đặc tính chảy máu thấp,
thường dùng tất cả từ hydrocacbon tới acid.
Pha lỏng: Pha tĩnh thường được dùng nhất có khả năng ứng dụng chung cho
hầu hết các chất phân tích và nền (matrix). Các pha lỏng được tạo liên kết hóa
học được dùng trong các ứng dụng liên quan đến khối phổ và các công việc
thực hiện ở nhiệt độ cao.
Hiện nay, hầu hết các hệ thống sắc ký khí sử dụng thường ngày trong phòng
phân tích đều dùng cột mao quản. Một số tham số thực nghiệm cơ bản của sắc
ký khí mao quản trong thế kỷ 20 thay đổi như sau: [Theo V.G. Berezkin, E.N.
Viktorova, Journal of Chromatography A, 985 (2003) 3-10]
Chiều dài cột mao quản (%)
Năm
Chiều dài (m)
1970 1980 1990 2000
≤ 10 6 18 13 11
25-30 26 36 57 73
31-50 22 23 22 3
51-100 28 17 7 10
100 và hơn 8 6 1 3
Đường kính cột mao quản (%)
Năm
Đường kính (mm)
1970 1980 1990 2000
0,2 và nhỏ hơn 7 10 14 11
0,22-0,25 39 31 27 52
0,26-0,31 3 24 6 -

26. - 25 -
0,32 4 9 29 21
0,33 và hơn 44 26 24 16
Pha tĩnh của cột mao quản (%)
Năm
Pha lỏng
1970 1980 1990 2000
100% Methylsilicon 16 43 35 21,5
Methyl[phenyl(≤25%)]silicon 4 12 26 49
Methyl[phenyl(>25%)]silicon 8 5 4 4
Methyl[cyanpropul(25%)]silicon - - 6 5,5
Methyl[phenyl(7%),
cyanpropyl(7%)]silicon Polyether
- - 6 6
Hydrocacbon 32 25 13 7
Apieson 20 5 - 1
Squalane 20 5 - 1
100% Dicyanalkylsilicon - - 0,7 4
Khác - 5 9 3
Hình 10 - Các pha tĩnh thông dụng
được sắp xếp theo độ phân cực tăng dần

27. - 26 -
4.2 MÔ TẢ CỘT
Hình 11 cho biết các thông tin cần phải được chỉ rõ khi mua cột
Hình 11 - Thông số kỹ thuật của cột
4.3 LỰA CHỌN CỘT
Đối với một người phân tích chưa có kinh nghiệm cần xây dựng phương pháp
GC trên mẫu mới không quen thuộc thì việc chọn cột phù hợp nhất từ nhiều cột
sẵn có trong tay có thể là một khâu khó. Tiếp cận cơ bản vào vấn đề này là kết
hợp các tính chất của mẫu với tính chất của cột mao quản.
Các câu hỏi quan trọng cần đặt ra cho mẫu là:
• Các thành phần và nhiễu (matrix) của mẫu là gì?
• Dự đoán có bao nhiêu hợp chất cần phân tích trong mẫu?
• Điểm sôi của các hợp chất ra sao?
• Dải điểm sôi của các hợp chất trong mẫu?
• Những nhóm chức gì có trong các hợp chất?
• Nồng độ của các hợp chất cần phân tích khoảng bao nhiêu?
• Có bất kỳ hợp chất nào không bền hóa học hoặc nhiệt không?
Các hệ số khác có thể ảnh hưởng đến việc chọn cột là:
• Yêu cầu phân tích định tính hay định lượng?
• Các cấu tử cần phải được định danh rõ ràng không? Ví dụ có dùng đầu dò
khối phổ không?

28. - 27 -
• Cần phương pháp lấy mẫu hoặc tiêm đặc biệt không? Ví dụ giải hấp nhiệt,
tạo dẫn xuất,...?
Các đặc tính quan trọng của cột cần xem xét là:
• “Giống nhau tách giống nhau”. Ví dụ pha tĩnh phù hợp nhất để tách các
cấu tử phân cực (độ bốc hơi tương tự nhau) là vật liệu phân cực. Luật này
không dễ dàng áp dụng khi khả năng bốc hơi của các cấu tử cũng như độ
phân cực của chúng khác nhau.
• Khi dùng cột không phân cực, các cấu tử sẽ giải hấp cùng thứ tự như điểm
sôi của chúng.
• Cột không phân cực chuẩn (cột mao quản 30m; 0,25mm; 0,25μm) có khả
năng phân giải các cấu tử có điểm sôi khác nhau 2 o
C.
• Khả năng tách của cột tăng theo chiều dài cột.
• Khả năng tách tăng khi bề dày phim của pha tĩnh tăng.
• Các cột mao quản rộng hơn có thể chịu được tải mẫu cao hơn và thường
dẫn đến giới hạn phát hiện tốt hơn cho các cấu tử của mẫu.
• Nhiệt độ làm việc cao hoặc khi dùng đầu dò khối phổ, cần phải chọn pha
tĩnh cột có độ bền nhiệt cao và chảy máu thấp.
Mặc dù có thể chọn cột phù hợp dựa trên các tính chất này, người phân tích vẫn
cần phải cân nhắc và xem xét thực tế từ các thông tin tham khảo về các phép
phân tích của các hợp chất và nhiễu mẫu (matrix) tương tự , ví dụ trong các tạp
chí, sách, tài liệu ứng dụng, ...
Sắc ký đồ chuẩn được xuất bản là nguồn thông tin tốt hơn các danh mục tính
chất, các bộ tham số hoặc danh mục dữ liệu, bởi vì chúng giúp người phân tích
có thể trực quan đánh giá độ hoàn hảo của cột.
Ví dụ khi người phân tích cần phân tích hỗn hợp dư lượng 9 chất thuốc trừ sâu
họ chlor (Lindane, Aldrin, Dielrin, Heptachlor, Endrin, Tran-Chlordan, Cis-
Chlordan, Hexachlorobenzen, DDT) trong tôm. Để lựa chọn một cột thích hợp,
chúng ta hãy chú ý dùng loại đầu dò nào để phát hiện các thuốc trừ sâu này.
Giả sử, ta dùng đầu dò ECD hoặc đầu dò MS để phát hiện. Thì yêu cầu đầu tiên
đặt ra là phải chọn được một cột bền nhiệt và khả năng chảy máu cột thấp nhất
để tín hiệu nhiễu nền thấp nhất đảm bảo phát hiện được ở mức rất thấp các
thuốc trừ sâu. Hỗn hợp thuốc trừ sâu này có nhiệt độ sôi tương đối gần nhau,

29. - 28 -
vậy cần phải chọn cột mao quản đảm bảo tách hỗn hợp. Điều cốt lõi nữa là cả 9
thuốc trừ sâu này đều là chất kém phân cực.
Từ các yêu cầu đặt ra như vậy để phân tích hỗn hợp thuốc trừ sâu này chúng ta
sẽ dùng cột mao quản với pha tĩnh kém phân cực như: methy l/5%
phenylsilicon, methyl/35% phenylsilicon hoặc poly (dimethylsiloxy)
poly(1,4-bis(dimetylsiloxy)phenylene)siloxan. Thực tế, khi dùng đầu dò khối
phổ ta nên chọn cột DB-5ms, DB-35ms nhằm hạn chế quá trong chảy máu cột.
Ngoài ra, chúng ta cũng có thể tham khảo theo các phương pháp chuẩn của một
số tổ chức quôc tế uy tín. Ví dụ để phân tích các thuốc trừ sâu họ chlor hữu cơ,
phương pháp EPA 8081A của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ dùng cột DB-
5ms, DB-35ms 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm. hoặc chúng ta cũng có thể dùng cột
DB-1701 30 m x 0,53 mm x 0,5 µm..
Tương tự khi phân tích dầu diesel chúng ta có thể dùng cột DB-5ms 30 m x0,53
mm x 1,5 µm..
Chú ý: Tất cả các ví dụ trên chỉ mang tính chất tham khảo, không nhằm mục
đích quảng bá cho hãng sản xuất.
Khuyến nghị
Nhà cung ứng cho người phân tích đầy đủ thông tin cần thiết để lựa chọn cột.
Các cột được liệt kê theo độ phân cực và có thể so sánh với các cột của các nhà
cung cấp khác . Thông tin thường cho biết các tham số lựa chọn quan trọng
như độ bền nhiệt, chiều dài cột, bề dày lớp phim và mao quản.
• Các tài liệu giới thiệu (catalogue) thường chứa các sắc đồ ứng dụng cho
mỗi cột cho biết các loại hợp chất được tách hoặc các phương pháp phân
tích mà cột phù hợp nhất. Ví dụ các phương pháp được đánh số EPA. Dịch
vụ này cũng có thể được bổ sung bằng cách hỏi ý kiến các nhà khoa học
ứng dụng và cơ sở dữ liệu của các ứng dụng được cung cấp từ các nhà
cung ứng cột và nhà sản xuất sắc ký khí.
• Tuổi thọ của cột sẽ được nâng cao khi người phân tích chuẩn bị mẫu cho
các dịch chiết sạch hơn trước khi tiêm. Tốt nhất là các hợp chất và các tiểu
phân gây nhiễu nền, không bốc hơi, phân cực phải được loại bỏ trước khi
tiêm và hệ thống GC.
• Đừng bao giờ thay cột khi nhiệt độ lò cao hơn nhiệt độ phòng.

30. - 29 -
• Một cột mao quản ngắn được đặt trước và sau cột chính có thể bảo vệ cột
chính khỏi nhiệt độ cao của đầu dò/buồng tiêm. Ngoài ra, gắn một đoạn
cột rỗng nằm trước cột sẽ bảo vệ cột rất tốt trong quá trình phân tích mẫu
thật thường ngày.
• Luôn bịt kín phần cuối cột mao quản (dùng vách ngăn phụ kèm) trước khi
cất giữ.
• Sự nhiễm bẩn cột hầu như xảy ra ở vài centimet đầu cột mao quản, ta có
thể cắt bỏ phần này để phục hồi độ hoàn hảo của cột.
• Luôn dùng chì bịt đầu (ferrule) mới khi nối lại cột vào hệ thống.
4.4 THAY THẾ CỘT MAO QUẢN1
4.4.1 Kiểm tra bằng mắt tất cả các khía cạnh của hệ thống
• Làm lạnh tất cả các vùng gia nhiệt và kiểm tra bẫy ẩm và oxy bằng mắt.
Thay thế nếu cần thiết.
• Kiểm tra bằng mắt buồng tiêm và các ống bọc ngoài, thay thế nếu bị vỡ
hoặc bẩn.
• Thay thế các seal tới hạn của buồng tiêm, seal của đầu dò và vách ngăn.
4.4.2 Chuẩn bị cột để cài đặt
• Chọn tốc độ dòng khí bổ trợ và khí đầu dò.
• Cắt mỗi đầu cột khoảng 10 cm.
• Đặt nút và nút bằng chì có kích thước phù hợp vào cả 2 đầu cột.
• Cắt thêm 10 cm nữa ở mỗi đầu cột để loại bỏ các mảnh vỡ của nút chì.
• Đặt cột mao quản vào lò.
4.4.3 Nối cột và xác nhận dòng
• Gắn cột vào đường vào (inlet) theo khoảng cách khuyến cáo của nhà sản
xuất.
• Đặt áp suất đầu cột thích hợp.
1
Trích dẫn từ tài liệu giới thiệu của nhà cung cấp RESTEK 2000

31. - 30 -
• Đặt dòng khí cho chia dòng, lỗ thông, thổi vách ngăn và bất cứ ứng dụng
nào khác.
• Xác nhận chắc chắn có dòng qua cột bằng cách nhúng đầu cột còn lại vào
một lọ nhỏ đựng dung môi.
• Nối cột vào đầu dò theo khoảng cách khuyến cáo của nhà sản xuất .
4.4.4 Kiểm tra rò rỉ
• Dùng đầu dò rò rỉ độ dẫn nhiệt để kiểm tra rò rỉ tại buồng tiêm và đầu dò.
Không dùng bọt xà phòng hoặc các dung dịch để kiểm tra rò rỉ.
• Đặt nhiệt độ buồng tiêm, đầu dò và bật đầu dò.
• Cảnh báo: Nhiệt độ không được đặt vượt quá nhiệt độ tối đa của pha tĩnh!
4.4.5 Cài đặt thời gian chết, hoạt hóa và hiệu chỉnh
• Tiêm một chất không bị giữ lại để cài đặt thời gian chết thích hợp .
• Kiểm tra toàn bộ hệ thống để đảm bảo mũi thể tích chết không kéo đuôi.
• Hoạt hóa cột tại nhiệt độ vận hành tối đa.
• Cảnh báo: Nhiệt độ không được đặt vượt quá nhiệt độ tối đa của pha tĩnh!
• Tiêm một chất không bị giữ lại để kiểm tra xác nhận vận tốc tuyến tính
chính xác (thời gian chết).
• Phân tích hỗn hợp kiểm tra để xác nhận sự cài đặt là phù hợp và độ hoàn
hảo của cột.
• Hiệu chỉnh thiết bị và tiêm mẫu.
• Thao tác dự phòng:
Ngắn hạn (tức thời): Dòng khí mang vào GC tại nhiệt độ 100o
C - 150o
C
Lâu dài: hơ lửa seal hoặc nút chặt bằng vách ngăn - giữ trong tối .

32. - 31 -
Chương 5 – CHƯƠNG TRÌNH NHIỆT VÀ LÒ CỘT
Mục tiêu của lò cột là duy trì cột sắc ký tại nhiệt độ cài đặt trong suốt quá trình
phân tích. Có 2 kiểu hoạt động chính:
Đẳng nhiệt: Lò cột được giữ tại một nhiệt độ không đổi trong suốt thời gian
giải hấp mẫu.
Không đẳng nhiệt (chương trình nhiệt): Bộ gia nhiệt lò cột có quạt có thể lập
trình cho phép nhiệt độ lò cột được gia tăng hoặc theo bậc ở tốc độ có thể kiểm
soát từng phần hoặc toàn bộ chu trình giải hấp. Các phương pháp dùng chương
trình nhiệt có thể kết hợp chặt chẽ một vài bước đẳng nhiệt và tăng nhiệt và kỹ
thuật chương trình nhiệt thường được dùng để đạt độ tách tốt như minh họa ở
hình 12.
Hình 12 - Sắc đồ tiêu biểu cho các kiểu nhiệt độ lò cột khác nhau
Các sắc đồ ở hình 12a và 12b minh họa những hạn chế của phép phân tích
đẳng nhiệt khi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp:
Quá thấp: Các mũi xấu và thời gian lưu quá dài.
Quá cao: Độ phân giải kém và các cấu tử có thể bị phân hủy bởi nhiệt.

33. - 32 -
Sắc đồ thứ 3, hình 12c cho thấy các vấn đề này có thể vượt qua bằng chương
trình nhiệt như thế nào, tám cấu tử trong hỗn hợp được giải hấp với thời gian
thỏa đáng và độ phân giải phù hợp. Tất cả các mũi có dạng tương tự nhau và
cùng khả năng phát hiện.
Vì nhiệt độ ảnh hưởng mạnh tới thời gian lưu và dạng mũi nên tất cả nhiệt độ
cài đặt phải chính xác và tái hiện được.
Yêu cầu kỹ thuật
Các thông số đặc trưng của thiết bị:
Đối lưu lò quạt.
Dải nhiệt độ có thể kiểm soát từ nhiệt độ phòng lên khoảng 500o
C với độ
chính xác ± 0,5o
C.
Tốc độ tăng nhiệt trong dải từ 0,50
C/phút tới 300
C/phút.
Cài đặt gia nhiệt nhanh khoảng 1800
C/phút để dùng với cột hoặc các kỹ
thuật tiêm đặc biệt.
Khuyến nghị
• Đặt tốc độ dòng tối ưu và nhiệt độ tối ưu cho các chất giải hấp trước rồi
dùng tăng bậc nhiệt độ (ramp) để giảm thời gian giải hấp và cải tiến hình
dạng của các mũi ra sau.
• Tăng nhiệt độ tới giá trị cao ở cuối chương trình nhiệt để đảm bảo tất cả
các mũi ra sau (do dịch chiết hoặc nền chứa các chất có nhiệt độ sôi cao)
được giải hấp trước khi mẫu kế tiếp được tiêm.
• Nhiệt độ cột tối đa phải nằm trong nhiệt độ giới hạn của pha tĩnh và
thường ở khoảng 250
C thấp hơn nhiệt độ đầu dò .

34. - 33 -
Chương 6 - ĐẦU DÒ
Mục đích của đầu dò là để đáp ứng các thành phần mẫu khi chúng giải hấp ra
khỏi cột sắc ký . Lối ra của đầu dò phù hợp để có khả năng cho phân tích cả
định tính và định lượng. Để đầu dò phù hợp với mục đích sử dụng , nó cần thỏa
mãn một vài yêu cầu về độ nhạy, tính chọn lọc, độ ổn định, dải động tuyến tính,
thể tích tế bào đầu dò và thời gian đáp ứng.
6.1. ĐẦU DÒ ION HÓA NGỌN LỬA (FID)
Đầu dò ion hóa ngọn lửa là đầu dò thường dùng nhất trong các phòng phân
tích, các thành phần cơ bản của nó được minh họa như ở hình 13
Hình 13 - Sơ đồ đầu dò ion hóa ngọn lửa
6.1.1 Nguyên tắc hoạt động
Trong đầu dò ion hóa ngọn lửa, chất giải hấp từ cột (các chất hữu cơ trong dòng
khí mang) đi qua ngọn lửa hyđrô-không khí hoặc hyđrô-oxy và được đốt cháy
trong ngọn lửa. Khi một hợp chất hữu cơ chứa nối C-H vào ngọn lửa, nó bị đốt
cháy tạo thành những ion tích điện dương cũng như các sản phẩm cháy dioxide

35. - 34 -
cacbon và nước. Sự phân tán của các ion giữa các điện cực đầu dò gây nên
dòng ngoài rồi được đo và chuyển thành tín hiệu của đầu dò. Nhờ đó cho phép
phát hiện và định lượng được các hợp chất hữu cơ trong dòng khí mang.
6.1.2 Tính chất
Các tính chất của đầu dò FID có thể được tóm tắt như sau:
a) Độ nhạy cao cho hầu hết các hợp chất hữu cơ.
b) Không nhạy với các chất không tinh khiết thường có trong khí mang
như nước, dioxit cacbon.
c) Thăng giáng nhỏ theo những thay đổi áp suất dòng hoặc nhiệt độ.
d) Dải động tuyến tính rất rộng, gấp 8 lần độ lớn.
e) Đầu dò ít có tín hiệu với các khí vô cơ và sắt (chất oxy hóa, nhiên
liệu và các sản phẩm cháy của ngọn lửa) vì vậy tín hiệu nền của đầu
dò rất nhỏ và rất ổn định.
Các đặc điểm này làm cho đầu dò FID được xem là đầu dò vạn năng và giải
thích tính phổ biến và sử dụng rộng rãi của nó trong lĩnh vực phân tích hữu cơ
và phân tích thường ngày trong các phòng thử nghiệm.
6.2 ĐẦU DÒ BẮT GIỮ ĐIỆN TỬ (ECD)
6.2.1 Nguyên tắc hoạt động
Khi dòng các phân tử khí mang qua nguồn phóng xạ nikel (Ni) chúng bị ion
hóa thành các điện tử và các ion khí dương. Điện tích dương trên anod làm cho
điện tử di chuyển tới trung tâm điện cực sinh ra một dòng, thường được xem
như là dòng “cố định “, trong mạch ngoài. Khi một hợp chất bắt giữ điện tử vào
đầu dò, các điện tử bị dời đi và mật độ điện tử giữa các điện cực tạm thời bị
giảm. Dòng ngoài tương ứng bị giảm hoặc dòng “cố định“ xuất hiện và hợp
chất qua đầu dò được ghi như một mũi âm. Trong thực tế, dòng “cố định” rất
khó để duy trì bằng điện áp một chiều trên anod và đây là lý do tại sao người ta
thường dùng điện áp xung .
Hình 14 cho thấy các thành phần cơ bản của đầu dò bắt giữ điện tử:

36. - 35 -
Hình 14 - Đầu dò bắt giữ điện tử
6.2.2 Tính chất
Đầu dò đặc biệt phù hợp cho nhóm halogen, nitro và các hợp chất cơ kim, trong
khi đó các hợp chất như hydrocacbon, ether và ester hầu như không có tính chất
bắt giữ điện tử. Do đầu dò ECD có khả năng đáp ứng đặc biệt với một số hợp
chất như vậy, nên so với FID nó là một đầu dò chọn lọc.
a) Nhạy với các chất nhiễm bẩn trong khí mang, nhất là oxy và những
thay đổi trong nhiệt độ cột .
b) Dải tuyến tính kém, thường nằm giữa 2 và 4 lần độ lớn.
c) Độ ổn định ngắn hạn và lâu dài kém hơn đầu dò FID.
d) Có thể phát hiện được các hợp chất trong phân tử chứa nhiều
halogen ở mức 0,1-10 pg. Cho các hợp chất cacbonyl là 50-250 pg.
Độ nhạy cho các halogen tăng theo thứ tự: I > Br > Cl > F và có
khuynh hướng tăng theo số và vị trí halogen được thay thế trong hợp
chất như bảng dưới

37. - 36 -
ĐÁP ỨNG TƯƠNG ĐỐI TRÊN ĐẦU DÒ ECD
Hợp chất Đáp ứng tương đối so với benzen
Benzen 1
acetone 8
Đi-n-butyleter 10
Methyl butyrate 15
1-Butanon 17
1-Clorobutan 17
1,4-Điclorobutan 250
1,1-Điclorobutan 1250
1-Bromobenzen 5x103
1-Iodobutan 2x106
Clorobenzen 1250
Bromobenzen 7500
Cloroform 1x106
CCl4 7x106
Clorotrifluorometan 100
Điclorotrodifluorometan 9x105
Triclorofluorometan 4x107
Bromotrifluorometan 3x106
Đầu dò này rất thuận lợi để phân tích các độc chất môi trường như các hợp chất
halogen bay hơi trong nước và các mẫu chứa PCBs, dioxin và các thuốc trừ sâu
họ clo hữu cơ. Đầu dò bắt giữ điện tử cũng có những ứng dụng trong một số
lĩnh vực khác nhưng người phân tích phải tạo dẫn suất để dễ dàng phân tích
hợp chất. Tạo dẫn suất halogen có thể nâng cao khả năng phát hiện cho hợp
chất khi dùng GC-ECD để phân tích và đôi khi đồng thời tăng độ chọn lọc phân
tích hợp chất.
6.3 ĐẦU DÒ KHỐI PHỔ (MS)
Quang phổ khối lượng độ phân giải cao là một kỹ thuật thiết yếu và rất mạnh
trong hóa học phân tích, nó đã được dùng trong 4 thập niên qua. Đối với các

38. - 37 -
phép phân tích hữu cơ, thiết bị thường được kết nối với sắc ký khí. Chỉ qua việc
phát triển các thiết bị hàng đầu dựa trên bẫy ion mà các khối phổ kế nhỏ mới,
độ phân giải thấp đã trở nên như một đầu dò dùng cho sắc ký khí.
6.3.1 Nguyên tắc hoạt động
Hình 15 cho thấy cấu hình cơ bản của đầu dò bẫy ion . Hình vẽ minh họa các
quá trình chung cho tất cả các máy quang phổ khối lượng.
Nguyên tắc chung là mẫu được ion hóa tạo thành ion. Sau đó, ion có cùng giá
trị m/z được tách và đi đến bộ ghi chuyển thành tín hiệu dưới dạng độ giàu của
ion theo m/z. Như vậy, ứng tại một thời điểm cố định ta sẽ thu được một mũi
chứa nhiều ion có m/z khác nhau và mũi này tạo nên phổ toàn ion (TIC) trong
quang phổ khối lượng.
Hình 15- Sơ đồ đầu dò bẫy ion

39. - 38 -
6.3.2 Giao diện
Giao diện kết nối cuối cột sắc ký (hoạt động ở áp suất thường) với quang phổ
khối lượng (hoạt động ở chân không cao). Các phân tử khí mang được tách bởi
giao diện sao cho chủ yếu chỉ các phân tử cần chất phân tích vào quang phổ kế
khối lượng.
6.3.3 Ion hóa và tách
Khi các phân tử chất tan vào bẫy, dây tóc (filament) được bật tạo dòng điện tử
năng lượng cao ion hóa các phân tử chất tan. Năng lượng của các điện tử được
kiểm soát bởi chùm điện tử năng lượng cao 70eV tạo thành các ion (thường là
các ion dương M+
) theo phương trình tổng quát:
Sự ion hóa chỉ cần năng lượng khoảng 20 eV. Do đó, năng lượng dư tiếp tục
truyền cho ion phân tử M+*
gây nên sự phân mảnh cho tới khi năng lượng cung
cấp vào tiêu tốn hết như trong sơ đồ sau:
Tùy theo kỹ thuật ion hóa, chất cần phân tích phân mảnh theo các kiểu mẫu có
thể dự đoán được.
Kích thước và độ giàu của các mảnh ion này đặc trưng cho chất phân tích vào
bẫy và cho phổ đồ khối lượng đặc trưng.
M + e-
M+*
+ 2e-
M+*
B+
A+
C+
D+
E+
F+
G+
H+

40. - 39 -
Ban đầu các ion được giữ trong bẫy bằng cách áp vào các điện cực trong bẫy
một điện áp có tần số vô tuyến tương ứng gọi là tần số lưu. Trong suốt giai
đoạn tách, trường này được tăng bậc nhanh chóng. Gia tăng trường làm cho các
ion trở nên không ổn định và được đẩy nhanh ra khỏi bẫy theo tỷ lệ điện tích
theo khối lượng của chúng (lưu ý là các ion nhẹ hơn được đẩy ra đầu tiên).
6.3.4 Một số kỹ thuật ion hóa thông dụng trong sắc ký khí ghép khối phổ
a) Kỹ thuật ion hóa điện tử (EI): Phân mảnh trực tiếp, dùng chùm điện
tử năng lượng cao 70 eV bắn phá phân tử hợp chất thành các mảnh
ion. Kỹ thuật này th- êng cho mảnh ion phân tử rất thấp hoặc không
xuất hiện trên phổ đồ .
b) Kỹ thuật ion hóa hóa học dương (PCI): Ngoài phân tử chất cần phân
tích ta thêm vào một khí thử ví dụ như CH4, NH3,...Trong kỹ thuật
PCI, đầu tiên khí thử bị ion hóa tạo thành ion khí thử rồi ion khí thử
đã được ion hóa phản ứng hóa học với các phân tử mẫu như là các
chất nhận proton để tạo thành ion mẫu. Sự tạo thành ion trong PCI
nhẹ nhàng hơn trong EI, sinh ra ít sự phân mảnh hơn. Phản ứng này
thường cho ra ion phân tử có độ giàu cao và do đó PCI thường được
dùng để xác định trọng lượng phân tử của các mẫu.
Có 4 quá trình ion hóa cơ bản có thể xảy ra trong kỹ thuật ion hóa học dương
với nguồn ion ở áp suất từ 0.8 - 2.0 torr là:
• Chuyển proton (Proton Transfer)
• Tách hydride (Hydride Abstraction)
• Cộng thêm (Addition)
• Trao đổi điện tích (Charge Exchange)
c) Kỹ thuật ion hóa hóa học âm (NCI): Trong kỹ thuật NCI, khí thử
thường được xem như là khí đệm. Khi khí thử bị bắn phá bởi điện tử
năng lượng cao, phản ứng sau đây xảy ra:
Khí thử + e-
(230eV) Ion khí thử + e-
(nhiệt)
Nếu khí thử là CH4 thì xảy ra phản ứng:
CH4 + e-
(230eV) CH4
+
+ 2e-
(nhiệt)
Điện tử nhiệt có mức năng lượng thấp hơn điện tử phát ra ban đầu nên chính
các điện tử nhiệt này sẽ phản ứng với phân tử mẫu.

41. - 40 -
Trong kỹ thuật NCI, có 4 cơ chế phản ứng thông dụng nhất là:
• Bắt giữ điện tử (Electron Capture: EC)
• Bắt giữ điện tử phân mảnh (Dissociative Electron Capture: DEC)
• Hình thành cặp ion (Ion Pair Formation)
• Phản ứng ion phân tử (Ion-molecule Reactions)
6.3.5 Phát hiện
Đầu dò dạng phễu gom các ion khi chúng ra khỏi bẫy. Khi các ion dương va
đập với đầu dò, các điện tử được phóng thích trên bề mặt bao phủ các hợp chất.
Các điện tử này khiến cho ngày càng nhiều các điện tử được tạo ra theo chiều
dài của đầu dò. Hiệu ứng tầng này khiến cho tín hiệu được khuếch đại cao tại
đầu ra của đầu dò. Sự ion hóa, thời gian tăng bậc và lưu giữ có thể được tối ưu
và được kiểm soát bởi bộ xử lý quang phổ khối lượng trung tâm. Tổng thời
gian thực hiện tất cả các giai đoạn này (thời gian quét) thường là 10 mili giây,
có nghĩa là trong thời gian dải chất phân tích giải hấp ra khỏi cột, quá trình quét
có thể được lập lại nhiều lần. Sắc đồ có được bằng cách vẽ tín hiệu tổng ion cho
mỗi làn quét theo thời gian giải hấp. Sắc đồ tổng ion này hầu như không thể
phân biệt với vết FID của cùng một mẫu. Máy quang phổ khối lượng có thể
hiển thị phổ ion cho mỗi điểm quét trong sắc đồ. Hình 16a cho thấy sắc đồ tổng
ion của một mẫu và hình 16b là phổ khối cho điểm quét ở đầu của mũi được vẽ
đậm trong hình 16a
6.3.6 Tính chất
Máy quang phổ khối lượng cung cấp nhiều đặc điểm thuận lợi có thể được
dùng để định danh và định lượng một chất phân tích.
a) Đầu dò là loại vạn năng và có thể phát hiện dải hợp chất lớn hơn FID.
b) Trong kiểu theo dõi tổng ion, đầu dò có độ nhạy tương đương như FID.
Khi dùng kiểu theo dõi ion đơn (SIM), giới hạn phát hiện có thể được
giảm thấp nhiều lần.
c) Dải động học thấp hơn FID. Ví dụ một vài đầu dò bẫy ion có dải động học
thấp hơn FID 3 đến 4 lần. Tuy nhiên, người phân tích có thể phân tích
được ở khoảng nồng độ rất rộng khi dùng các ion để định lượng có độ
nhạy khác nhau.

42. - 41 -
Hình 16 - Phân tích phổ khối lượng
d) Dùng đầu dò khối phổ có thể xác định trọng lượng phân tử của một hợp
chất. Đây là một ưu điểm rất quan trọng của đầu dò khối phổ đặc biệt
trong lĩnh vực định danh cấu trúc các hợp chất mới.
e) Một hợp chất có thể được định danh từ chính phổ khối của nó.
6.3.7 Theo dõi ion được chọn (SIM)
Thay vì quét toàn dải khối lượng phân tử hợp chất cần nghiên cứu, thường nằm
trong khoảng 40 tới 650 a.m.u. (đơn vị khối lượng nguyên tử) hoặc hơn, người
phân tích có thể lập trình thông qua phần mềm máy tính cho thiết bị để quét
phát hiện khối lượng của một số các ion hoặc một dải rất hẹp các khối lượng
ion. Thường người ta chọn khối lượng của các ion giàu nhất (cường độ mạnh
nhất) hoặc đặc trưng nhất cho chất cần phân tích, bằng cách này ta có sắc đồ
chứa chỉ một số ion đặc trưng của hợp chất đó. Lúc này, tỷ lệ tín hiệu trên
nhiễu nền (S/N ) của mũi hợp chất được tăng rất cao, làm cho giới hạn phát
hiện hợp chất đó thấp hơn nhiều (đây là một kỹ thuật dùng để giảm giới hạn
phát hiện cho một hợp chất và được gọi là kỹ thuật theo dõi ion được chọn,

43. - 42 -
SIM). Ngoài ra, khi dùng kỹ thuật SIM ta còn có một ưu điểm rất lớn khi định
lượng.
Ví dụ, khi phân tích Trichlorfon trong tôm bằng sắc ký khí khối phổ dùng kỹ
thuật ion hóa điện tử, người phân tích có thể SIM bắt 4 ion là: 79, 109, 145,
185. Ion 109 cho độ giàu cao nhất thường được dùng để định lượng ở nồng độ
thấp. Vậy nếu thực tế bắt gặp một mẫu chứa hàm lượng Trichlorfon ở mức cao
lọt ngoài đường chuẩn khi dùng ion 109 định lượng bằng phương pháp đường
chuẩn, người phân tích có thể dùng một trong 4 ion còn lại có cường độ kém
nhạy hơn để định lượng đảm bảo kết quả phân tích lọt vào dải tuyến tính của
đường chuẩn mà không phải pha loãng mẫu.
Ngoài ra, thực tế khi bắt gặp một mẫu cho mũi ion cản trở tại 109 thì ta có thể
dùng ion khác (145 hoặc 185) để định lượng. Đây là ưu điểm nổi bật của đầu
dò khối phổ so với các đầu dò khác.
Đặc biệt khi người phân tích cần phải khẳng định dư lượng của một hợp chất ở
mức siêu vết trong các nhiễu nền phức tạp. Nghĩa là cần phải xác định có mặt
hay không có mặt hợp chất một cách rõ ràng, thì khối phổ là một đầu dò đặc
biệt phù hợp. Ví dụ trong một số tiêu chuẩn kiểm soát như chỉ thị cộng đồng
Châu Âu 2002/657/EC, qui định bắt buộc phải dùng khối phổ để phân tích
khẳng định dư lượng các chất bị cấm tuyệt đối trong thực phẩm làm thức ăn
cho người.
6.3.8 Nhận danh mũi trọng lượng phân tử
Đối với nhiều hợp chất, bị phân mảnh giới hạn trong máy khối phổ, ion phân tử
có thể được định danh trong phổ đồ. Ion phân tử thường là ion có khối lượng
cao nhất trong phổ đồ. Biết được trọng lượng phân tử cũng như tính chất sắc ký
của hợp chất có thể đi đến nhận danh nó, dự đoán một số công thức thực
nghiệm có thể về hợp chất được giảm đáng kể và đây là nguồn thông tin rất bổ
ích khi định danh một hợp chất chưa biết. Các thiết bị hàng đầu thường có bộ
phân giải khối lượng qua toàn dải trọng lượng phân tử, có nghĩa là trọng lượng
của các hợp chất lớn hơn có thể được ấn định chính xác hơn các hợp chất nhỏ.
Đối với các hợp chất bị mất ion phân tử trong phổ đồ, ta phải dùng các kỹ thuật
ion hóa mềm hơn (ví dụ kỹ thuật ion hóa hóa học trong sắc ký khí, kỹ thuật ion
hóa phun điện tử trong sắc ký lỏng) để có thể dễ dàng xác định trọng lượng
phân tử của nó.

44. - 43 -
6.3.9 Phổ đồ khối lượng
Phổ khối (phổ phân mảnh ion) cho mỗi mũi sắc ký có thể được so sánh với phổ
chuẩn để định danh một hợp chất. Ngay cả những máy khối phổ hàng đầu đơn
giản cũng được trang bị với thư viện phổ chuẩn, thường chứa hơn 40 000 phổ
chuẩn của các hợp chất. Phổ của một hợp chất chưa biết có thể được tìm trong
thư viện và phổ đáp ứng phù hợp nhất cho hợp chất được đưa ra. Người ta
thường dùng hệ thống tính điểm để tính mức độ phù hợp nhất của hợp chất
chưa biết với phổ chuẩn tìm được trong thư viện. Các nhà phân tích giàu kinh
nghiệm và có kiến thức vững về hóa học cũng có thể giải các kiểu phân mảnh
để định danh đơn vị cấu trúc và các nhóm chức có trong hợp chất. Nếu kết hợp
thông tin này với các kỹ thuật phổ khác như IR, NMR, UV-VIS, nhà phân tích
có thể xây dựng được một cấu trúc phân tử đầy đủ và định danh hợp chất.
6.4 ĐẦU DÒ DẪN NHIỆT (TCD)
6.4.1 Nguyên tắc hoạt động
Đầu dò dẫn nhiệt gồm hai cell (ngăn) được kiểm soát nhiệt độ bằng một bộ gia
nhiệt (hình 17). Khí mang từ cột đi qua cell mẫu; cell tham chiếu được cung
cấp với cùng loại và cùng dòng khí đi qua cột. Thông thường mỗi cell của đầu
dò TCD đều có chứa 1 dây tóc (filament) được nối ở bên trong và mỗi bên
được áp một dòng điện được kiểm soát giống nhau. Khi cường độ dòng điện và
tốc độ dòng khí đi qua dây tóc được giữ không đổi thì mỗi dây tóc thiết lập một
cân bằng nhiệt. Vậy nếu các hợp chất đi qua cell mẫu, nhiệt độ của dây tóc
trong cell mẫu sẽ bị thay đổi làm phá vỡ cân bằng nhiệt. Rồi những thay đổi
nhiệt độ trong cell mẫu được so sánh với nhiệt độ trong cell tham chiếu và khác
biệt nhiệt độ được chuyển thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này được xử lý bởi
một bộ ghi chuyển thành một mũi tương ứng trong sắc ký đồ. Tại một thời
điểm, nếu lượng lớn hợp chất được giải hấp ra khỏi cột sẽ tạo nên khác biệt
nhiều về nhiệt độ và cho ra tín hiệu điện lớn hơn tương ứng với mũi trên sắc đồ
lớn hơn.

45. - 44 -
Hình 17 - Cấu tạo đầu dò dẫn nhiệt
6.4.2 Tính chất
Các tính chất của đầu dò dẫn nhiệt có thể được tóm tắt như sau:
a) Cho tín hiệu tốt với các hyđrô cacbon có từ 1 đến 3 cacbon.
b) Độ nhạy kém hơn đầu dò FID khoảng từ 10-100 lần. Lượng hợp chất có
thể phát hiện nhỏ nhất khoảng 5-50 ng.
c) Độ nhạy của đầu dò TCD phụ thuộc rất lớn vào sự khác biệt nhiệt độ giữa
cell mẫu và cell tham chiếu nên tốc độ dòng khí mang và khí bổ trợ thấp
sẽ tăng độ nhạy. Tức là phụ thuộc rất lớn vào khả năng dẫn nhiệt của khí
mang. Người ta thường dùng các khí có độ dẫn nhiệt tốt như H2, He làm
khí mang và khí bổ trợ. Trong trường hợp đặc biệt khi phân tích H2 hoặc
He thì ta dùng N2 làm khí mang và khí bổ trợ mặc dù N2 cho độ nhạy kém
hơn He.
d) Dải tuyến tính cho hầu hết các đầu dò TCD ở khoảng 105
.
e) TCD cho tín hiệu với các hợp chất mà đầu dò FID không phát hiện được
như: H2O, CO2, CO, một số hợp chất sunfua (H2S, SO2, CS2, COS,...), các
oxit nitơ (NO, NO2, N2O, N2O2) và các khí trơ (H2, N2, He, Ar, Xe,...)
f) TCD có thể được dùng tốt hơn đầu dò chọn lọc như đầu dò quang hóa
ngọn lửa (FPD) khi định lượng các hợp chất chứa sunfua. Mặc dù TCD

46. - 45 -
cho độ nhạy kém hơn FPD nhưng lại cho dải tuyến tính dài hơn thuận lợi
khi định lượng ở một dải nồng độ rộng.
Các đặc điểm này làm cho đầu dò TCD được xem là đầu dò vạn năng được
dùng cho các hợp chất không thể phân tích với đầu dò FID.
6.5 ĐẦU DÒ QUANG HÓA NGỌN LỬA (FPD)
6.5.1 Nguyên tắc hoạt động
Dựa vào sự phát xạ cực đại các tia sáng đặc trưng cho lưu huỳnh (λ = 394 nm)
và Phốtpho (λ = 526 nm) với các hợp chất chứa hai nguyên tố này trong phân
tử. Khi các hợp chất trong phân tử có chứa lưu huỳnh hoặc phốtpho được đốt
cháy trong ngọn lửa, chúng sẽ tạo thành S2 hoặc HPO. Trong điều kiện ngọn
lửa, S2 cho phát xạ cực đại quanh vùng 394 nm và HPO phát xạ quanh 526 nm.
Các bước sóng phát xạ cực đại tương ứng của lưu huỳnh và phốtpho được đo
bằng một ống nhân quang, chuyển qua tín hiệu điện và được xử lý thành mũi
tương ứng trên sắc ký đồ. (xem hình 18)
6.5.2 Tính chất
Các tính chất của đầu dò quang hóa ngọn lửa có thể được tóm tắt như sau:
a) FPD là một đầu dò chọn lọc cho lưu huỳnh và phốtpho. Như vậy nó chọn
lọc với các hợp chất trong phân tử có chứa lưu huỳnh và phốtpho.
b) Độ chọn lọc của FPD cho lưu huỳnh và phốtpho trên các hyđrô cacbon từ
khoảng 104
-105
.
c) Độ chọn lọc cho phốtpho trên lưu huỳnh khoảng 5-10 do đó ta có thể phát
hiện nồng độ cao của các hợp chất chứa lưu huỳnh ở chế độ phốtpho.
d) Độ chọn lọc của lưu huỳnh trên phốtpho là 103
-104
do đó không có sự cản
trở của các hợp chất chứa phốtpho khi phân tích ở chế độ lưu huỳnh.
e) Lượng phát hiện nhỏ nhất cho các hợp chất chứa lưu huỳnh là 10-100 ng
và 1-10 pg cho các hợp chất chứa phốtpho.
f) Ở nhiệt độ thấp hơn, độ chọn lọc của đầu dò tăng song nguy cơ nhiễm bẩn
đầu dò cao.
g) Độ nhạy của đầu dò bị ảnh hưởng bởi tốc độ dòng khí hyđrô, không khí
hoặc dòng khí bổ trợ.

47. - 46 -
h) Khoảng tuyến tính của FPD cho phốtpho là 103
-105
. Tín hiệu của FPD cho
lưu huỳnh thường không tuyến tính, một số tác giả báo cáo dải tuyến tính
102
-103
song tín hiệu bị lệ thuộc rất lớn vào các điều kiện vận hành, kiểu
đầu dò và hợp chất cụ thể.
Các đặc điểm này làm cho đầu dò FPD được xem là đầu dò rất chọn lọc khi
phân tích các hợp chất trong phân tử có chứa lưu huỳnh và phốtpho. FPD được
dùng khi yêu cầu phân tích ở hàm lượng rất nhỏ các hợp chất có chứa lưu
huỳnh và phốtpho.
Hình 18 - Cấu tạo đầu dò quang hóa ngọn lửa

48. - 47 -
6.6 ĐẦU DÒ NITƠ-PHỐTPHO (NPD)
Hình 19 - Cấu tạo đầu dò Nitơ - Phốtpho
6.6.1 Nguyên tắc hoạt động
Dựa vào một dòng nhỏ sinh ra bởi sự di chuyển của các ion đặc biệt từ plasma
đến một bộ góp tích điện, các ion này được sinh ra do các hợp chất trong phân
tử có chứa nitơ hoặc phốtpho phản ứng ở lớp viền khí xung quanh bề mặt bi
rubidium. Sau đó, dòng điện này được đo và chuyển thành tín hiệu của đầu dò.
Trong đầu dò NPD, bộ góp và vòi phun được áp một thế. Bi rubidium được áp
một dòng điện để nung nóng từ khoảng 600o
C-800o
C tạo nên một plasma.
Vùng plasma này được nuôi bởi dòng hyđrô và không khí, tốc độ dòng khí
hyđrô khoảng 2-6 mL/phút và với không khí khoảng 60-200 mL/phút.
6.6.2 Tính chất
Các tính chất của đầu dò nitơ-phốtpho có thể được tóm tắt như sau:
a) NPD bị ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ, nên NPD thường được vận hành ở
khoảng 275 o
C-325 o
C.

49. - 48 -
b) Độ chọn lọc của NPD cho nitơ trên cacbon là 103
-105
và cho phốtpho trên
cacbon là 104
-105,5
.
c) Có thể phát hiện các hợp chất chứa phốtpho ở mức 0,1-5 pg và 0,5-1 pg
cho các hợp chất chứa nitơ.
d) Độ nhạy phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của hợp chất, tốc độ dòng khí và
nhiệt độ của đầu dò.
e) Dải tuyến tính của đầu dò NPD khoảng 104
-105
. Dải này phụ thuộc vào
hợp chất được phân tích, dòng khí và nhiệt độ đầu dò.
f) Đối với các hợp chất trong phân tử có chứa nitơ và phốpho, độ nhạy của
NPD gấp FID khoảng 10 000 lần.
g) Một tính chất nữa là không tạo thành ngọn lửa trong đầu dò NPD, do đó
quá trình ion hóa hyđrô cacbon không xảy ra như trong đầu dò FID. Vậy
NPD rất chọn lọc cho các hợp chất có chứa nitơ hoặc phốtpho nhưng cho
tín hiệu rất kém với các hợp chất khác như hyđrô cacbon.

50. - 49 -
Chương 7 – XỬ LÝ DỮ LIỆU
Khả năng xử lý dữ liệu của thiết bị hiện đại đã được cách mạng hóa với sự phát
triển mạnh chuyên sâu và/hoặc kết mạng hệ thống máy tính (PCs). Hiện nay,
các hệ thống này thực hiện, xử lý và báo cáo dữ liệu một cách tự động theo các
cài đặt của người phân tích, lưu giữ các phương pháp GC và các bảng tập tin
của bộ tiêm mẫu tự động.
Sơ đồ ở hình 20 cho thấy các bước trong quá trình xử lý dữ liệu:
Hình 20 - Sơ đồ hệ thống xử lý dữ liệu
Tín hiệu tương tự từ đầu dò được chuyển thành tín hiệu số bằng bộ biến đổi AD
và tín hiệu số tương đương của sắc đồ được lưu như một tập tin dữ liệu thô.
Người phân tích nhập thông tin cho đợt phân tích như kích thước mẫu; hệ số
pha loãng; nồng độ chuẩn và các tham số xử lý dữ liệu vào máy tính. Phần
mềm xử lý nhận danh các mũi cấu tử và xác định diện tích hoặc chiều cao mũi.
Thông tin từ mẫu và chuẩn được dùng để tính nồng độ của chất cần phân tích
và kết quả được báo cáo dưới định dạng phù hợp nhất.
Ví dụ dưới đây (hình 21) cho thấy tầm quan trọng của việc dùng các tham số
xử lý dữ liệu phù hợp nhất:

51. - 50 -
Hình 21- Các phương pháp tính tích phân diện tích
Trong mỗi sắc đồ ở hình 21, phần diện tích được tô đậm chỉ mũi của chất cần
phân tích và phần diện tích không tô đậm chỉ nhiễu nền. Rõ ràng 3 phương
pháp lấy tích phân khác nhau cho diện tích mũi khác nhau và nồng độ chất cần
phân tích khác nhau trong mẫu. Tuy nhiên, trong phần mềm xử lý tinh vi, diện
tích mũi được phóng to lên và luôn dựa vào các giả định toán học và các phép
tính gần đúng mà nó có thể đưa các sai số vào kết quả cuối cùng.
Người phân tích cần phải làm quen với việc sử dụng phần mềm xử lý dữ liệu và
phần cứng để có thể đảm bảo rằng các kết quả được tính chính xác và các báo
cáo đáp ứng các yêu cầu của phòng thử nghiệm và khách hàng.
Với phần mềm cập nhật mới nhất, có một nhật ký dữ liệu theo dõi các tham số
dụng cụ quan trọng trong đợt phân tích và ghi lại bất cứ những thay đổi nào mà
người phân tích đưa vào phương pháp . Nếu phần mềm không có nhật ký này,
người phân tích nên lưu lại các thông tin vào sổ công tác hoặc nhật ký thiết bị.
Các bản sao của các chuẩn hiệu chuẩn thiết bị, sắc đồ, dữ liệu trung gian cũng
như các báo cáo cuối cùng nên được in ra để lưu lại nếu các thông tin này
không thể được lưu giữ bằng điện tử.
Khuyến nghị
• Các phép tính dựa trên diện tích mũi thường chính xác hơn cách tính theo
chiều cao bởi vì nó cho phép thay đổi thời gian lưu và hình dạng mũi.
• Người phân tích nên cố gắng để có độ phân giải sắc ký tốt nhất và không
nên ỷ lại vào phần mềm xử lý dữ liệu để xác định diện tích mũi của các
cấu tử không được tách rời nhau.

52. - 51 -
• Kiểm tra ít nhất một trong những phép tính để xác định nồng độ của chất
cần phân tích trong mẫu bằng cách dùng máy tính bỏ túi hoặc bảng tính
trong máy tính (ví dụ excell).
• Kiểm tra xem các kết quả từ phần mềm xử lý dữ liệu có phù hợp với giá
trị trước đây không (tức là không bị quá khác biệt). Dùng các tập tin dữ
liệu và kết quả đạt được hoặc dữ liệu QC làm rõ ràng mục đích này.
• Ghi lại bất kỳ những thay đổi nào đối với các tham số xử lý dữ liệu và
lưu trữ các phiên bản ban đầu của phần mềm.

53. - 52 -
Chương 8 – CÁC PHÉP KIỂM TRA
HIỆU CHUẨN VÀ CHUẨN
Ngày nay, thông thường người phân tích được cung cấp một qui trình phân tích
chuẩn (SOP), quy định chi tiết đầy đủ về phương pháp được dùng cho một chất
cần phân tích và matrix nào đó. Phương pháp sắc ký cũng thường được xây
dựng trước và chỉ cần gọi ra để sử dụng từ cơ sở dữ liệu các phương pháp được
lưu giữ trong máy tính. Mặc dù có những thuận lợi này, người phân tích vẫn
được khuyên rằng yếu tố cốt lõi là các thành phần của hệ thống GC đang vận
hành chính xác, các tham số sắc ký được cài đặt thích hợp và được hiệu chuẩn
trước khi phân tích.
8.1. KIỂM TRA ĐẦU DÒ VÀ HIỆU CHUẨN ĐẦU DÒ
Với các đầu dò như bắt giữ điện tử và khối phổ, thì việc kiểm tra dòng khí
mang tinh khiết và thiết bị không rò rỉ không khí là rất cần thiết. Rò rỉ có thể
được nhìn thấy thông qua độ lớn dòng cố định của đầu dò ECD, trong khi đó
đầu dò khối phổ thường có một thiết bị để kiểm tra theo dõi và xác định hàm
lượng oxy và nước trong khí mang và khí bổ trợ. Đầu dò khối phổ phải được
điều chỉnh và hiệu chuẩn trước khi dùng như một đầu dò để phân tích. Thường
người ta để sẵn một hợp chất hiệu chuẩn tinh khiết trong thiết bị để thực hiện
mục đích này. Điều chỉnh làm cho các tham số đầu dò được tối ưu và khối
lượng ion được hiệu chuẩn ở nhiều điểm trên toàn dải khối khoảng từ 30 đến
650 a.m.u. Ví dụ khi phân tích ở kiểu ion hóa điện tử người ta dùng chuẩn hiệu
chuẩn máy là PFTBA (Perfluorotribytlamine) ứng với các ion có m/z là 69,
100, 139, 219 và 502 hoặc DFTPP (Bis(pentafluorophenyl)phenyl phosphine)
với ion m/z là 51, 127, 198, 442.
8.2 CHUẨN HÓA
8.2.1 Chuẩn kiểm tra hệ thống
Để thực hiện một phép phân tích nào đó dễ dàng thì cột, thiết bị lấy mẫu, buồng
tiêm hoặc đầu dò được thay đổi bằng cách chạy chuẩn đơn hoặc chuẩn có thành
phần đơn để kiểm tra nhanh hệ thống sắc ký mới cài đặt. Ví dụ nhà sản xuất
dùng dung dịch hexachlorobenzene loãng hoặc phần hơi loãng của methylene