Sắc ký khí

Sắc ký khí
Các nội dung đề cập
 Các thành phần của thiết bị sắc ký khí
 Khí mang và yêu cầu của dòng khí mang
 Tiêm mẫu và buồng tiêm
 Bộ phận điều chỉnh nhiệt độ
 Cột
 Pha tĩnh
 Nguyên lý hoạt động của các detector trong sắc ký khí
 Ứng dụng trong phân tích thực phẩm

CÁC THÀNH PHẦN CỦA THIẾT BỊ
SẮC KÝ KHÍ

• Quá trình bắt đầu khi một lượng nhỏ mẫu được đưa vào
buồng tiêm ở dạng khí hay lỏng
• Bường tiên có nhiệm vụ hóa hơi mẫu và trộn nó với dòng
khí ở đầu cột.
• Cột thường có cấu tạo là ống tròn dài rỗng ở giữa (rất
hẹp) chiều dài cột từ 1 tới 100m, tùy thuộc loại cột và
lượng pha tĩnh.
• Một cột có thể dùng vài ngàn lần tiêm và đặt trong lò điều
chỉnh nhiệt độ.
• Ở cuối cột dòng khí mang đi qua một bộ phần là detector
trước khi ra ngoài
CÁC THÀNH PHẦN CỦA THIẾT BỊ
SẮC KÝ KHÍ

KHÍ MANG VÀ YÊU CẦU CỦA
DÒNG KHÍ MANG
Yêu cầu của khí mang
Trơ
Phù hợp với detector
Độ tinh kiết cao
Dể sử dụng
Rẻ
Không có nguy cơ phát cháy
Cho hiệu quả cột là tốt nhất.

Các loại khí mang
» Hydrogen
Khả năng dẫn nhiệt tốt nhất
Nhược điểm: Nó phản ứng với các hợp chất
không no và dể bắt lửa
» Helium
Khả năng dẫn nhiệt tốt
Giá thành đắt
» Nitrogen
Độ nhạy giảm
Giá thành rẻ
DÒNG KHÍ MANG

DÒNG KHÍ MANG

DÒNG KHÍ MANG
Dòng khí mang phải bảo đảm là duy trì ở tốc độ tối ưu
trong suốt quá trình

TIÊM MẪU VÀ BUỒNG TIÊM
• Phương pháp tiêm mẫu phổ biến nhất là sử
dụng microsyringer
• Lượng mẫu tiêm nhó có thể tới 0,5µl
• Quá trình xuyên qua vách ngăn cao su để đưa
mẫu vào phần hóa hơi ở đầu cột

• Để có được độ tái lập tốt trong những lần tiêm người ta sử
dụng kỹ thuật tiêm Autosamplers. Những Syringer tự
động trong quá trình hút, tiêm mẫu và rữa

Buồng tiêm: Được thiết kế dựa trên kỹ thuật
tiêm mẫu:
 Tiêm hóa hơi trực tiếp
Tiêm trên cột mao quản
Tiên trên cột lạnh

Buồng hóa hơi trực tiếp
Kỹ thuật thuật này áp dụng cho cột nhồi hay cột
megabore. Tốc độ dòng đạt khoảng 10ml/phút.
Buồng tiên là ống kim loại chèn bên trong ống thủy tinh.
Ông kim loại được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của các cấu
tử cần tách.
Phần đầu của buồng tiêm là vách bằng cao su. Phần cuối
nối với cột

Buồng tiêm split/ splitless

Buồng tiêm split
 Cột capillary có thể thực hiện quá trình phân tách trên
một thể tích rất nhó mẫu ví dụ 0,1µl
 Những buồng tiêm được dùng cho mục đích này có thể
tiến hành theo hai kiểu chi dong và không chia dòng (split
and splitless)
 Mẫu tiêm sau khi hóa hơi được trông với dòng khí mang
tỷ lệ dòng khoảng 50-100ml/phút.
 Toàn bột khí chi làm 2 phần theo tỷ lệ khoảng 1:20 hay
1:500. Trong đó chỉ có phần nhỏ đi vào cột.

Buồng tiêm splitless
• Thích hợp cho phân tích lượng vết những cấu tử có nồng
độ nhỏ hơn 0.01% mẫu và KT tiêm này có khoảng 80 %
mẫu được giới thiệu vào cột.
• Hệ thống tiêm mẫu tương tự như trường hợp tiêm mẫu
chia dòng.
• Một thể tích lớn (khoảng 2 µl) của dung dịch được pha
loãng trong dung môi có nhiệt độ sôi thấp được tiêm
chậm (khoảng 2s) vào trong ống thủy tinh của buồng tiêm
mẫu.

Tiêm trên cột lạnh
• Kỹ thuật này không hóa hơi trong .
Mẫu được chuyển trực tiếp lên cột
capillary.
• Một microsyringer có mủi kim
đường kính khoảng 0,15mm, để có
thể đưa mẫu lên cột.
• Kỹ thuật này phù hợp với những
hợp chất không bền nhiệt, cũng
như những chất có điểm sôi cao
• Nhiệt được tăng từ từ tạo điều kiện
các hợp chất lần lượt đi qua cột.

Buồng tiêm hóa hơi theo lập trình nhiệt
 Buồng tiêm có cấu trúc như buồng tiêm split và splitless,
như ở đây nhiệt độ được tăng theo một lập trình từ 20 đến
3000C trong vài chục giây.
 Có ba kỹ thuật tiêm trên buồng này

Tiêm lạnh chia dòng (Split
cold injection)
 Mẫu được nạp vào buồng
tiêm. Sau đó tiến trình gia
nhiệt cho buồng hóa hơi
xãy ra theo chương trình
được cài đặt.
 Dung môi và các chất có
điểm sôi thấp đi vào cột
trước sau đó là chất có
điểm sôi cao hơn
 Van chia dòng mở suốt quá
trình

Tiêm lạnh không chia dòng( splitless cold injection)
• Kỹ thuật ứng dụng cho xác định ở hàm lượng vết
• Trong tiến trình tiêm lạnh chia dòng van chia dòng đóng
lại trong suốt quá trình hóa hơi
Tiêm với loại bỏ dung môi
• Sau khi nạp mẫu thì van 2 mở ra để loại bỏ dung môi. Sau
đó tiến trình gia nhiệt bắt đầu các chất có nhiệt độ thấp
vào trước rồi mới đến những chất có niệt độ sôi cao.
• Với kỹ thuật này mẫu tiêm có thể đạt từ 50 đếm 500µl

BỘ PHẬN ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ
• Bộ phận điều nhiệt nhiệt độ là lò gia nhiệt có thể tích
tương ứng khoảng 2-3 cột sắc ký.
• Lò có thể gia nhiệt rất nhanh khoảng 1000C/phút
• Mức độ điều nhiệt chính xác tới 0.10C
• Lò được cài đặt thông với bình chứa khí CO2 ,N2 nên có
thể thực hiện ở nhiệt độ thấp

Phân loại cột
Cột nhồi (packed column): ID: 2 - 4 mm, L: 2 - 3 m
- Pha tĩnh - Chất hấp phụ được nhồi vào cột
- Phân tích khí (gas analysis
- Nạp mẫu đơn giản
- Độ chính xác cao-
Cột mao quản (open-tubular or capillary column):
- ID: 0,25 - 0,5 mm, L: 25 - 50 m
- Nạp mẫu khó khăn
- Rất dể bố trí trong lò
- Pha tĩnh được phủ vào mặt trong của cột (0,2 - 1µm)
-
CỘT SẮC KÝ KHÍ

Cột sắc ký (Column)
wall-coated open-tubular (WCOT) column

Cấu tạo của cột nhồi
Vỏ cột: thép không gỉ hoặc thủy tinh Pyrex
Chất hấp phụ (Adsorbents): hai loại chất được nhồi vào cột :
+ Chất hấp phụ.
+ Chất mang (support) được phủ pha tĩnh
-
Các chất hấp phụ thường sử dụng:
+ Alumina (Al2O3): Hoạt hóa ở 200°C - 1h: tách khí và các
hyrocacbon đến C5, kích thước hạt: 100/120 mesh, kích thước
lỗ xốp:1 Å - 100 Å.
+ Silica (SiO2): tách các khí có M nhỏ và các Hydrrocacbon
nhẹ
Bề mặt riêng 750 m2/g, kích thước lỗ xốp trung bình: 22 Å
Bề mặt riêng 100m2/g kích thước lỗ xốp trung bình: 300 Å.
-.

Các chất hấp phụ thường sử dụng:
Zeolith: Tách các khí có M nhỏ bằng phương pháp rây phân
tử (molecular sieves)
-Các zeolith ký hiệu: 5A và 13X: thường được sử dụng để tách
H2, O2, N2, CH4, CO, Ar, Ne…
Cacbon:
- Cacbon hoạt tính: bề mặt riêng ∼ 1000 m2.g-1
- Graphit: bề mặt riêng 5 - 100 m2.g-1
Các hợp chất cao phân tử:
- Co-polymer của polystyrene và divinylbenzene
- Lỗ xốp: macropore và micropore
- Bề mặt riêng lớn và độ xốp cao
.

Các chất mang sử dụng cho GLC:
- Celite (một dạng đặc biệt của khoáng diatomic), Celite nung,
Celite nung hoạt hóa bởi Ag hoặc Au, các hạt vi cầu thủy tinh,
polymer, teflon…
Biến tính Celite:
Nung ở 900°C với Na2CO3 và trợ nung: silica ⇒ cristobalite, các
vết kim loại tác dụng với Silica ⇒ gây màu (hồng) cho vật liệu.
Chromosorb P, Chromosorb W, Chromosorb G và Chromosorb S
Vi cầu Polystyren

Chuyển chất hấp phụ lên chất mang:
Sử dung các nhóm Silanol (≡ Si-OH)
Hexamethyldisilazane + ≡ Si-OH ⇒ gốc trimethylsilyl
Phương pháp tẩm (slurry method of coating)

Cấu tạo của cột mao quản (capillary or open-tubular column)

Biến tính bề mặt fused silica
Độ phân cực (polar) của các gốc Silanol trên bề mặt
- Không phân cực: Hydrocacbon( dialkyl siloxan)
- Phân cực yếu: - CN, - CO, OH…
- Phân cực mạnh: polyeste

B. Sắc ký khí
(Gas-Liquid Chromatography)
So sánh cột nhồi và cột mao quản

PHÂN LOẠI CỘT
Có 3 loại cột: sự khác nhau của ba cột này chính là hiệu quả
tách của chúng
 Cột nhồi ( parker column)
 Cột mao quản( capillary column)
 Cột Wide bore

Cột nhồi (packed column)
• Cột này hiện nay ít được sử dùng
• Cột có đường kính trong từ 3.18 đến 6.35 mm và dài từ 1-
3m
• Cột được làm bằng thép hay thủy tinh. Mặt trong được xử
lý để không tương tác với cấu tử mẫu.
• Cột này có thể chịu được tỷ lệ dòng khí từ 10 40 ml/phút
• Các hạt chất mang hình cầu trơ vầ mặt hóa học được nhồi
vào cột. Pha tĩnh được tẩm lên bề mặt chất mang hay liên
kết với bề mặt chất mang (khoảng 30% diện tích).
CỘT

• Các chất mang xốp có tính bề mặt đặc
biệt có thể đạt 8m2/g.
• Những hạt chất mang có đường kính
khoảng 0,2mm và được làm từ diatomit
hay tinh thể silicat. Những chất mang này
sau khi tinh chế được đặt tên trên thị
trường là chromosorb® .Một chất mang
khác được tổng hợp từ những hạt rất nhỏ
SiO2 có tên là Spherosil® .
• Cả hai chất mang này đều có hoạt tính
hóa học giống silica gel vì cùng có chứa
nhóm silanol
CỘT

• Cột nhồi có hiệu quả tách thấp, nhưng vẫn được dùng
thường xuyên cho những mẫu có thành phần đơn giản, do
chúng dể sản xuất và khỏng chọn lựa pha tĩnh lớn.
• Cột nhồi không thể phân tích ở hàm lượng vết.
CỘT

CỘT
Cột mao quản (capillary)

 Cột mao quản thường được
làm từ những tinh thể silicat
có độ tinh khiết cao.
 Đường kính bên trong cột từ
0,1 đến 0,35mm và dài từ 15
tới 100m
 Lớp phim mỏng của pha tĩnh
có chiều dày khoảng 0,05 tới
5m .
 Sau khi xử lý bề mặt trong của
cột thì pha tĩnh được phun lên
hay được hình thành bằng quá
trình trùng hợp bên trong cột.
CỘT

 Những cột này do làm từ nhựa nên có thể quấn và cuộn
tròn xung quanh một vòng tròn cố dịnh bởi khung kim
loại
 Bề mặt bên trong của cột thường được xử lý có thể tạo
liên kết cho pha tỉnh.Quá trình này có thể tiến hành
bằngdung dịch HCl ở 3500 C, hoặc phủ một lớp mỏng
oxyt nhôm hoặc silica gel tùy thuộc vào mục đích sử
dụng để liên kết với pha tỉnh
 Những liên kết cộng hóa trị Si-O-Si-C cho phép các hợp
chất hóa học giử trên bền mặt silica
 Cột thường được hoạt hóa bằng những dung môi phù hộp
để đảm bảo chất dùng
CỘT

Cột 530 µm
Bản chất giống cột capillary nhưng đường kính trong là 530µm và chiều dài cột từ 5 đến 50m

ĐẶC ĐIỂM
 Loại cột này được làm từ những ống silica có
đường kính trong là 530m.
 Cột được quy ước gọi là Megabore,
Macrobore hay Ultra.Tỷ lệ dòng pha động sử
dụng cho những loại cột này có thể đến
15ml/phút, thấp hơn so với cột nhồi
 Tính phân giãi của những cột này thấp hơn so với
cột capillary.
 Ưu điểm của cột 530 so với cột nhồi là không có
hiện tượng chảy máu cột (pha tĩnh mất dần theo
thời gian)

PHA TĨNH RẮN
 Các polyme xốp là pha tĩnh rắn dùng cho cột nhồi
phổ biến nhất được chọn trong phân tích các chất
khí, các chất hữu cơ ít carbon, các acid, amin.
 Polyme xốp thường dùng như :
 Chromosorb (101 - 108)
 Porapak (N, P, Q, R, S, T)... có cấu trúc là các polyme của
divinylbenzen, styren, dimetylacrylat...
 Molecular sieve: là silicate nhôm và muối kim
loại kiềm, có kích thước rất nhỏ. Hai loại thường
dùng cho sắc ký khí có kích thước lỗ 5A và 13A

PHA TĨNH LỎNG
 Các hydrocarbon:
 Các ether, ester:
Các muối hữu cơ dạng lỏng
Các poly(siloxane)

Các hydrocarbon:
 Octadecane ( C18H38)
 Hexadecane (C16H34)
 Squalane (C30H62)
 Apolane-87 (C87H176)

Cột capillary
• Là loại cột ống mở, được làm từ những tinh
thể silicat tinh kiết nhất, thu từ quá trình nung
SiCl4 trong oxy

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC
DETECTOR TRONG SẮC KÝ KHÍ

Sắc ký khí

More Related Content

What's hot

Similar to Sắc ký khí

More from Nhat Tam Nhat Tam

Sắc ký khí