Báo cáo phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (hplc)

Sự phát triển của sắc ký đồdiện tích pic và cường độ picnghiên cứu hợp chất trong quá trình quang xúc tác...11 Trang 5 LC: Liquid chromatography.MS: Mass spectrometry .UV-VIS: Ultra vio

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA HÓA HỌC ỨNG DỤNG

ISO 9001-2015

BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)

GVHD: Nguyễn Thiện Thảo SVTH: Thạch Thị Thảo

Trương Huỳnh Thu Tâm Huỳnh Thị Hồng Thắm

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Hệ thống HPLC 5 Hình 2 Sự phát triển của quang phổ UV-vis trong quá trình phân hủy quang (a)

và sự phát triển tương ứng của quá trình phân hủy tỷ lệ X (%) của MB so với

sự quang phân của nó (b) 9 Hình 3 Sắc ký đồ HPLC (a) và phổ MS tương ứng của hỗn hợp phản ứng ở t=0, với phổ cực đại sắc ký đồ thứ nhất (b) và phổ cực đại sắc ký đồ thứ hai (c) 10 Hình 4 Công thức của MB (a) và Azure B (b) 11 Hình 5 Công thức của Azure A (a) và Azure C (b) 12 Hình 6 Công thức giả định củacác phân tử tương ứng với 301 m/z: (a)Heitmann

và cộng sự [26], (b) Gnaser và cộng sự [27]và ở 318 m/z: (c) Castro et al [28], (d)Heitmann và cộng sự [26] 12 Hình 7 Sự phát triển của các khu vực của các pic sắc ký đồ tương ứng với MS đạt cực đại ở 270 m/z (Azure B), 256m/z(Azure A) và 242 m/z (Azure C) 13 Hình 8 Cơ chế phân hủy MB Trong quá trình phân thủy quang 13 Hình 9 Kết quả phân hủy quang của MB bằng HPLC-MS và UV-nhìn thấy bằng cách sử dụng dây nano ZnO làm chất xúc tác quang 14

DANH MỤC BẢNG

BẢNG 1 Sự phát triển của sắc ký đồdiện tích pic và cường độ pic

nghiên cứu hợp chất trong quá trình quang xúc tác 11

DANH MỤC VIẾT TẮT HPLC: High-performance liquid chromatography

LC: Liquid chromatography MS: Mass spectrometry

UV-VIS: Ultra violet - Visible GC: Gas chromatography

m/z: khối lượng phân tử điện tích LOD: giới hạn phát hiện

LOQ: giới hạn định lượng

PDA: photodiode

TLC: sắc ký lớp mỏng

ESI:ion hóa phun điện

MB:Methylene Blue

1 Tổng quan :

Trước HPLC, các nhà khoa học dựa vào phương pháp sắc ký lỏng truyền thống Bởi vì tốc độ dòng chảy của dung môi được xác định bởi trọng lực, các thiết bị sắc ký lỏng không hiệu quả Việc phân tách có thể mất vài giờ hoặc thậm chí vài ngày để hoàn thành Mặc dù sắc ký khí (GC) mạnh hơn sắc

ký lỏng (LC) vào thời điểm đó, nhưng việc tách và phân tích pha khí của các polyme sinh học có trọng lượng phân tử cực cao được cho là không thể thực hiện được Do tính không ổn định nhiệt của các chất hòa tan nên GC không có tác dụng đối với nhiều nhà hóa sinh Kết quả là, nhiều phương pháp khác nhau

đã được đề xuất, cuối cùng dẫn đến việc phát minh ra HPLC

Cal Giddings, Josef Huber và những người khác đã dự đoán vào những năm 1960 rằng LC có thể được vận hành ở chế độ hiệu quả cao bằng cách giảm đáng kể đường kính hạt đóng gói xuống dưới mức LC (và GC) điển hình là 150

m và sử dụng áp suất để tăng khả năng di động vận tốc pha, được xây dựng dựa trên công trình nổi tiếng của Martin và Synge vào năm 1941 Trong suốt những năm 1960 và 1970, những dự đoán này đã được thử nghiệm và hoàn thiện rộng rãi Nghiên cứu ban đầu về việc cải thiện các hạt LC đã bắt đầu và việc phát hiện ra Zipax, một hạt xốp bề ngoài, có vẻ hứa hẹn cho công nghệ HPLC

Nhiều tiến bộ về phần cứng và thiết bị đã xảy ra trong suốt những năm 1970 Các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách xây dựng một hệ thống HPLC thô sử dụng máy bơm và vòi phun Máy bơm khuếch đại khí rất xuất sắc vì chúng hoạt động ở áp suất không đổi và không yêu cầu vòng đệm không rò rỉ hoặc van kiểm tra để có dòng chảy ổn định và định lượng chính xác Tại Dupont IPD (Bộ phận Polyme Công nghiệp), các mốc quan trọng về phần cứng đã đạt được, chẳng hạn như việc sử dụng thiết bị gradient thể tích có khoảng dừng thấp và thay thế bộ bơm vách ngăn bằng van bơm vòng

Mặc dù những tiến bộ về thiết bị là rất quan trọng, nhưng lịch sử của HPLC chủ yếu là về cải tiến công nghệ hạt Đã có một xu hướng liên tục hướng tới các kích thước hạt nhỏ hơn kể từ khi các hạt lớp xốp ra đời để cải thiện hiệu quả Tuy nhiên, việc giảm kích thước hạt gây ra các vấn đề mới Sự sụt giảm áp

suất rất lớn cần thiết để đẩy chất lưu động qua cột, cũng như khó khăn trong việc tạo ra một lớp vật liệu cực mỏng đồng nhất, là những nhược điểm thực tế [Khi kích thước hạt được hạ xuống đủ mức, một vòng phát triển thiết bị khác thường được yêu cầu để thích ứng với áp suất tăng lên.[1]

2 Giới thiệu phương pháp sắc khí lỏng hiệu năng cao HPLC.

HPLC (high-Performance Liquid Chromatography), trước đây gọi là sắc

ký lỏng cao áp, là một kỹ thuật hóa học phân tích để tách, xác định và định lượng từng thành phần trong hỗn hợp Bơm được sử dụng để di chuyển dung môi lỏng có áp suất chứa hỗn hợp mẫu qua cột chứa đầy vật liệu hấp phụ rắn Mỗi thành phần trong mẫu tương tác với vật liệu hấp phụ theo một cách hơi khác, dẫn đến tốc độ dòng chảy khác nhau và sự tách các thành phần khi chúng chảy ra khỏi cột HPLC đã được sử dụng để sản xuất, hợp pháp (ví dụ: xác định các loại thuốc tăng cường hiệu suất trong nước tiểu), nghiên cứu (ví dụ: tách các thành phần của mẫu sinh học phức tạp hoặc của các chất tổng hợp có thể so sánh với nhau) và dược phẩm (ví dụ: phát hiện vitamin D nồng độ trong huyết thanh) ứng dụng.dòng pha động mang nó vào cột Các máy bơm cung cấp lưu lượng và thành phần mong muốn của pha động qua cột Máy dò tạo ra tín hiệu

tỷ lệ thuận với lượng thành phần mẫu xuất hiện từ cột, do đó cho phép phân tích định lượng các thành phần mẫu Một bộ vi xử lý kỹ thuật số và phần mềm người dùng điều khiển thiết bị HPLC và cung cấp phân tích dữ liệu Trong một

số thiết bị HPLC, máy bơm cơ học có thể trộn các dung môi khác nhau theo tỷ

lệ thay đổi theo thời gian, dẫn đến độ dốc thành phần trong pha động UV/Vis, mảng photodiode (PDA) và máy dò dựa trên khối phổ đều được sử dụng phổ biến Nhiệt độ tại đó quá trình phân tách được thực hiện có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng hầu hết các lò cột của thiết bị HPLC

Việc lựa chọn phương pháp phát hiện là rất quan trọng trong HPLC vì chỉ có thể phân tích các hợp chất nếu chúng được phát hiện Sử dụng máy dò không phù hợp cho các hợp chất quan tâm, thông tin sắc ký của hợp chất này sẽ

bị mất Để chọn chế độ phát hiện thích hợp nhất, cần xem xét bốn tham số quan trọng; bản chất hóa học của chất phân tích, khả năng gây nhiễu, LOD và LOQ

cần thiết, phạm vi tuyến tính, tính khả dụng và hoặc chi phí của máy dò Dưới đây là một số kỹ thuật phát hiện phổ biến nhất cho sắc ký lỏng được trình bày Nên sử dụng máy dò huỳnh quang, điện hóa hoặc khối lượng để phân tích vết Đối với HPLC chuẩn bị, chỉ số khúc xạ được ưu tiên hơn vì nó có thể xử lý nồng độ cao mà không làm quá tải máy dò

Hấp thụ tia cực tím/nhìn thấy được (UV/Vis) :

Máy dò UV được sử dụng phổ biến nhất trong HPLC Máy dò này là một kỹ thuật phát hiện mạnh mẽ, rẻ tiền và linh hoạt vì hầu hết các hợp chất đều hấp thụ ánh sáng, đặc biệt là ở bước sóng UV thấp Có thể sử dụng bộ dò mảng đi-ốt (DAD) và cho phép giám sát lại

Phép đo khối phổ được coi là một kỹ thuật phát hiện thường quy đã được thiết lập Máy dò MS có thể được kết hợp với các kỹ thuật tách khác nhau như sắc

ký lỏng (LC), sắc ký lớp mỏng (TLC) hoặc sắc ký khí (GC), trong đó cho đến nay, việc tạo gạch nối với LC là thiết lập thường xuyên nhất Trái ngược với các máy dò đơn giản hơn, chẳng hạn như UV, RI, FL, v.v., MS tạo dữ liệu về khối lượng phân tử và các thông số cấu trúc chi tiết và do đó cung cấp khả năng phân biệt giữa các đỉnh đồng rửa giải trong chế độ giám sát ion đã chọn Loại thứ hai làm giảm yêu cầu về độ phân giải và lưu giữ sắc ký trước khi phát hiện, nhưng tốt hơn hết là giữ lại và phân giải hoàn toàn các pic để ngăn chặn hiệu ứng ức chế ion hoặc tăng cường ion Máy phân tích khối lượng có thể là loại tứ cực, vùng từ tính, thời gian bay, bẫy ion hoặc loại cộng hưởng ion cyclotron Máy phân tích khối lượng bốn cực bao gồm bốn thanh song song có dòng điện một chiều (DC) cố định và điện thế tần số vô tuyến (RF) xen kẽ áp dụng cho chúng Hệ thống HPLC xử lý các chất phân tích hòa tan dưới áp suất xung quanh (760 Torr) và đưa mẫu đến MS, nơi việc phát hiện các mẫu khí, ion hóa được thực hiện trong điều kiện chân không cao (10-5-10-6 Torr ) Việc chuyển dung dịch phân tích từ LC sang MS được thực hiện thông qua một giao diện

Giao diện chuyển đổi từng bước mẫu thành sol khí, ion hóa mẫu và loại

bỏ dung môi Các ion sau đó được tập trung và truyền dọc theo giữa các tứ cực Chuyển động của chúng sẽ phụ thuộc vào điện trường sao cho chỉ những ion có

tỷ lệ khối lượng trên điện tích cụ thể (m/z) mới có đường đi ổn định đến máy

dò RF được thay đổi để tập trung các ion có m/z khác nhau vào máy dò và do

đó tạo ra khối phổ Tùy thuộc vào tính chất vật lý và khối lượng phân tử của các phân tử, các loại giao diện khác nhau được sử dụng, chúng khác nhau tùy theo cách chúng ion hóa các phân tử và áp suất tác dụng trong quá trình này Hiện tại, tất cả các kỹ thuật ion hóa phổ biến đều hoạt động dưới áp suất xung quanh; tức là ion hóa phun điện (ESI), ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (APCI), ion hóa/giải hấp thụ bằng laser có hỗ trợ ma trận (MALDI) và ion hóa quang áp suất khí quyển (APPI) Cho đến nay, ESI và APCI được sử dụng rộng rãi nhất trong gạch nối LC-MS Các kỹ thuật bí truyền hơn, ion hóa điện tử (EI)

và ion hóa hóa học (CI) hoạt động trong điều kiện chân không cao với ưu điểm

là phù hợp với quá trình gạch nối GC-MS

Máy quang phổ khối bốn cực thường có hai cấu hình khi được sử dụng với sắc ký lỏng, hoặc là một hệ thống bốn cực đơn giản hoặc được đặt song song Nguyên tắc thứ hai, máy quang phổ khối ba tứ cực, cho phép thực hiện các nghiên cứu về sự phân mảnh ion (phép đo khối phổ song song hoặc

MS/MS)

3 Thiết bị đo phổ( cấu tạo, nguyên tắc hoạt động,ứng dụng).

3.1 Sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC

Cấu tạo:

Hình 1 Hệ thống HPLC

Trong đó:

1 Bình chứa dung môi pha động

2 Bộ phận khử khí

3 Bơm cao áp

4 Bộ phận tiệm mẫu ( bằng tay hay Autosample)

5 Cột sắc khí (pha tĩnh) (để ngoài môi trường hay trong bộ điều nhiệt)

6 Derector (nhận tín hiệu)

7 Hệ thống máy tính gắn phần mềm nhận,tín hiệu và xử lý dữ liệu và điều khiển hệ thống HPLC

8 In dữ liệu

3.2 Nguyên tắc của quá trình sắc ký trong cột:

Pha tĩnh là một yếu tố quan trọng quyết định bản chất của quá trình sắc ký và loại sắc ký

Nếu pha tĩnh là chất hấp thụ thì ta có sắc ký hấp thụ pha thuận hoặc pha

đảo.Nếu pha tĩnh là chất trao đổi ion thì ta có sắc ký trao đổi ion.Nếu pha tĩnh

là chất lỏng thì ta có sắc ký phân bố sắc ký chiết.Nếu pha tĩnh là Gel thì ta có sắc ký gel hay rây phân tử

Cùng với pha tĩnh để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột,chúng ta cần có một pha động.Như vậy nếu chúng ta nạp mẫu phân tích gồm hỗn hợp chất phân tích

A,B,C Vào cột phân tích, kết quả các chất A,B,C Sẽ được tách ra,khỏi nhau sau khi đi qua cột.Quyết định hiệu quả của sự tách sắc ký ở đây là tổng hợp các tương tác

Tổng của 03 tương tác này sẽ quyết định chất nào đươcj rửa giải ra khỏi cột trước tiên khi lưu giữ trên cột là nhỏ nhất(F1).và ngược lại

Đối với mỗi chất,sự lưu giữ được qui định bởi 3 lực F1,F2,F3 Trong đó F1 và F2 giữ vai trò quyết định.còn F3 là yếu tố ảnh hưởng không lớn

Ở đây F1 là lực giữ chất phân tích trên cột.F2 là lực kéo của pha động đối với chất phân tích ra khỏi cột

Như vậy các chất khác nhau thì F1 và F2 là khác nhau, kết quả là các chất khác nhau sẽ di chuyển trong cột với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau khi ra khỏi cột.(như hình dưới đây)

3.3 Dectector

Nhiệm vụ: phát hiện và đo nồng độ các chất phân tích theo tính chất hóa lý bằng cách chuyển các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện.Yêu cầu:đáp ưng nhanh và lặp lại,độ nhạy cao,phát hiện chất phân tích ở nồng độ thấp,vận hành

ổn định,dễ sử dụng,khoảng tuyến tính rộng,ít thay đồ theo nhiệt độ và tốc độ dòng

3.3.1 Dectector UV-VIS

Đây là loại được sử dụng phổ biến trong sắc ký lỏng dựa trên sự hấp thụ bức xạ UV-VIS( bước sóng 190-800) của các các chất cần phân tích

3 cấu hình củadetector hấp thụ UV-VIS

Detector đo ở bước sóng cố định,detector đo ở bước sóng thay đổi,detector mảng diod UV-DAD

3.3.2 Khối phổ

Phân tích chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên chuyển động của các ion nguyên tử hay ion phân tử trong một điện trường nhất định.là một kỹ thuật cao,áp dụng cho phân tích được hầu hết các loại chất,chất bền nhiệt hay không bền nhiệt.độ nhạy cao,có thể phát hiện được chất có LOD<1pg

4 Một số ví dụ phân tích phổ minh họa.

Sự kết hợp giữa đầu dò UV-Vis và Ms (HPLC-MS and UV–Visible Coupled Analysis of Methylene Blue Photodegradation by Hydrothermally Grown ZnO Nanowires)

Mục tiêu

Quang xúc tác là một phương pháp hiệu quả và đầy hứa hẹn để làm sạch nước Nhiều nghiên cứu đã được dành riêng để chứng minh hiệu quả của nó đối với một số hợp chất nguy hiểm, có nguồn gốc từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, dệt may và dược phẩm Tuy nhiên, ngay cả khi quá trình phân hủy của các sản phẩm như vậy đã được nghiên cứu rộng rãi, thì việc thu thập thông tin

về quá trình phân hủy quang học của chúng vẫn là một thách thức, dẫn đến những lo ngại về tính vô hại của nước được xử lý Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng dây nano ZnO (ZnO NWs), chất xúc tác quang rất hiệu quả, nhờ tỷ lệ bề mặt/thể tích lớn, tính ổn định hóa học và nhiệt cũng như vùng cấm rộng của chúng ; để phân hủy quang dung dịch thuốc nhuộm hữu cơ xanh metylen (MB) thường được sử dụng dưới bức xạ UV, đồng thời sau đó là phép

đo phổ UV-nhìn thấy được và Sắc ký lỏng hiệu năng cao kết hợp với Phép đo khối phổ (HPLC-MS) Việc kết hợp hai phương pháp này đã cho chúng tôi thông tin thời gian thực về hiệu quả phân hủy quang và cơ chế phân hủy Phân tích HPLC-MS cho phép chúng tôi tự tin xác định ba chất trung gian phản ứng của quá trình phân hủy MB: Azure A, B và C, cũng như phát hiện ra ba hợp chất khác, với công thức không chắc chắn, dẫn đến giả thuyết được trình bày về

sự khởi đầu của con đường phân hủy MB Trong khi phân tích UV-có thể nhìn thấy cho thấy sự xuống cấp hoàn toàn của MB sau 2 giờ phân hủy quang, phân

tích HPLC-MS chỉ ra rằng một số MB vẫn còn trong dung dịch Định lượng của nó được tính toán là 14 µg/L, vô hại với con người nhờ phương pháp hiệu chuẩn tiêu chuẩn bên ngoài Do đó, những kết quả đó là bằng chứng về hiệu quả tuyệt vời của các mẫu của chúng tôi trong việc xử lý nước, cũng như một cái nhìn sâu sắc rất thú vị về cơ chế phân hủy MB.[2]

Diễn giải phổ UV-Vis

Phân tích quang phổ UV-Visible: Quang phổ UV-Visible có thể được sử dụng

để phân tích những thay đổi trong phổ hấp thụ của MB trong quá trình phân hủy quang Phổ hấp thụ cho thấy độ hấp thụ hoặc độ truyền qua của ánh sáng như là một hàm của bước sóng Bằng cách so sánh phổ hấp thụ của dung dịch

MB trước và sau khi phân hủy quang, người ta có thể xác định những thay đổi trong quá trình chuyển đổi điện tử và tính chất hóa học của các phân tử MB Ví

dụ, phân tích quang phổ UV-Vis của dung dịch MB bị phân hủy quang học có thể cho thấy sự giảm cường độ của cực đại hấp thụ ở 664 nm, đây là cực đại đặc trưng của MB, cho thấy sự phân hủy của các phân tử MB

Hình 2 Sự phát triển của quang phổ UV-vis trong quá trình phân hủy quang (a) và sự phát triển tương ứng của quá trình phân hủy tỷ lệ X (%) của MB so với sự quang phân của nó (b).

( xem Hình1(a)).Bước sóng hấp thụ cực đại(650,644,604nm) tương ứng Azure A,Azure B,Azure C là rất bằng MB (644nm)

Trong đó A0 là độ hấp thụ MB tạibước sóng hấp thụ cực đại (664 nm)của hỗn hợp phản ứng trước khi bắt đầuphân hủy quang và A(t) là MB độ