Nguyên lý hoạt động của một số detector trong sắc ký khí………....1 1.1 Dectector dẫn nhiệt thermal conductivity dectector………..3 1.2 Detector ion hóa ngọn lửa flame-ionization detector………4
Trang 1BỘ CÔNG NGHIỆP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT
SỐ DETECTOR TRONG SẮC KÝ LỎNG
VÀ KHÍ
Giảng viên: ThS LÊ NHẤT TÂM
Trang 2Tháng 10/2006
Mục lục
Giới thiệu về phương pháp sắc ký……… 1
1 Nguyên lý hoạt động của một số detector trong sắc ký khí……… 1
1.1 Dectector dẫn nhiệt (thermal conductivity dectector)……… 3
1.2 Detector ion hóa ngọn lửa (flame-ionization detector)………4
1.3 Detector cộng kết điện tử (electron capture dtector):……… 6
1.4 Detector phát xạ nguyên tử (atomic-emission detector):……… 9
1.5 Detector quang kế ngọn lửa (flame photometric GC detector)………9
1.6 Detector quang hóa ion (photoionization detector):……… 11
1.8 Chemiluminescence Spectroscopy:……… 12
2 Nguyên lý hoạt động của một sô detector trong sắc ký lỏng:……… 13
2.1 Nguyên lý hoạt động của một sô detector trong sắc ký lỏng:……… 13
2.2 The refractive index detector : đầu dò chiết suất RI……… 14
2.3 Máy dò huỳnh quang ……….15
2.4 Máy dò UV:………16
Trang 33 Các thông số quan trọng của detector:……… 17
Trang 4GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ VÀ ĐẦU DÒ DETECTOR
Sắc ký là phương pháp tách, phân li, phân tích, các chất dựa vào sự phân
bố khác nhau giữa pha động và pha tĩnh
Khi tiếp xúc với pha tĩnh các cấu tử của hỗn hợp sẽ phân bố giữa pha động và pha tĩnh tương ứng với tính chất của chúng (tính bị hấp phụ, tính tan ) Trong các hệ thống sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyển động dọc theo hệ sắc ký Các chất khác nhau sẽ có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh Trong quá trình pha động chuyển động dọc theo hệ sắc ký các chất có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc ký so với các chất có
ái lực yếu hơn so với pha này
Trong phương pháp phân tích sắc ký phải qua nhiều quy trình phân tích
Trong đó thì detector là một trong những bộ phận quan trọng
Detector có nhiệm vụ chuyển hóa một đại lượng không điện (trong trường hợp này là nồng độ của các chất được tách khỏi cột sắc ký) thành đại lượng điện và
có chức năng phát hiện và đo độ lớn của các cấu tử khi ra khỏi cột sắc ký Vì vậy detector quyết định một phần độ chính xác cũng như độ nhạy của phương pháp
Nguyên tắc hoạt động của các detector là dựa vào tính chất vật lí của các cấu tử như: tính chất hấp thụ và phát xạ ánh sáng, tính phân cực, tính khúc xạ, tính dẫn điện, dẫn nhiệt, khối lượng riêng…
1 Nguyên lý hoạt động của một số detector trong sắc ký khí:
Lò cột Detector
Trang 5Detector Giới hạn phát
hiện
Khỏang tuyến tính
Độ nhạy A.s/g Áp dụng cho
Dẫn
nhiệt(TCD)
2,5.10-6 1:105 2000-9000 Tất cả các
chất không làm hỏng dây nung
Kiểu dây 2,5.10-6 1:105 2000-9000 đối
với benzen
Sắc ký quá trình Kiểu nhiệt
điện trở
2.10-6 1:2,5:104 15000 đối với
không khí
Phân tích khí
Bán dẫn 1,2.10-7 1:104 15000 đối với
heptan
Phân tích khí Khỏang nhiệt
độ giới hạn Ion hóa ngọn
lửa (FID)
5.10-12 1:107 2.10-2 đối với
cacbon
Detector vạn năng cho tất
cả các chất có
Trang 6nhóm CH2 Cộng kết điện
tử (ECD)
2.10-14 1:103 40 đối với
lindan
Đối với các chất có ái lực điện tử cao như các thuốc trừ sâu, diệt
cỏ, hợp chất chứa nitơ, hợp chất dị
nguyên Quang kế
ngọn lửa
(FPD)
10-8 đối với parathion
1:102 và thấp hơn
Phát xạ tối ưu cho lưu hùynh
ở 394mm và photpho ở 526mm Detector ion
hóa heli
lượng vết khí
vô cơ, độ nhạy phụ thuộc vào độ tinh khiết của hem
Detectorion
hóa argon:
- Dạng thường
- Dạng miniot
- Dạng triot
4.10-11 3.10-12 2.10-14
1:103 1:105 1:106
1,5 1 15
Bao gồm tất
cả các chất có năng lượng ion hóa nhỏ hơn 11,6eV
1.1 Dectector dẫn nhiệt (thermal conductivity dectector):
Trang 7Dựa trên nguyên tắc cầu Wheatstone, đôi khi còn được gọi là Katharometer Các điện trở của cầu bằng kim loại trơ, có độ dẫn nhiệt tốt, như: vàng, bạch kim, tungsteng Cấu tử mẩu ra khỏi cột, đi vào một nhánh của cột Khi có sự hiện diện của mẫu làm thay đổi nhiệt độ Nhiệt độ của nó phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của chất khí bao quanh nó Khi các phân tử hữu cơ thay thế chất khí mang thì tính đãn nhiệt của nó thay đổi do nhiệt độ trong các cấu tử tăng lên
sẽ dẫn đến sự thay đổi trong điện trở Dựa trên sự thay đổi điện trở của cầu, gây sự mất cân bằng trong mạch, tạo một tín hiệu dưới dạng mũi sắc ký Khi mẫu ra khỏi cột tín hiệu biến mất
Detector TCD có thể thiết kế theo một số kiểu khác nhau Trong đó có ba kiểu thường gặp là: tế bào dòng chảy, tế bào bán khuếch tán và tế bào khuếch tán
A-kiểu tế bào dòng chảy
B-kiểu tế bào bán khuếch tán
C-kiểu tế bào khuếch tán
Mẫu
Mẫ u
Khuyếch đại
Nguồn
cung
cấp
Trang 8Loại A ít nhạy hơn cả, thời gian đáp ứng lâu, chỉ thích hợp cho sắc ký điều chế Loại B, với thể tích tối thiểu 100µl được sử dụng phổ biến cho sắc ký cột nhồi Còn loại C với giới hạn phát hiện 10-100µl có thể sử dụng cho sắc ký mao quản cột hở
Độ nhạy của detector TCD phụ thuộc vào hai yếu tố sau:
- Khả năng dẫn nhiệt của khí mang (các khí mang có độ dẫn nhiệt tốt như hydro, heli thường được ưu tiên sử dụng)
- Độ nhạy tỷ lệ với dòng nuôi cầu Cần lưu ý rằng dòng điện này điều chỉnh tùy thuộc vào loại và lưu lượng khí mang, nhiệt độ detector và nhiệt độ cột tách
Với detector này, diện tích của các pic không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng thể tích mà còn phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa độ dẫn nhiệt của cấu tử và của khí mang Điều này lý giải tại sao phải dùng hệ số hiệu chỉnh trong phân tích định lượng
Đặc điểm:
Đơn giản, dùng được các mẫu hữu cơ và vô cơ, không phân hủy mẫu
Thời gian cho tín hiệu lớn và kém nhạy
1.2 Detector ion hóa ngọn lửa (flame-ionization detector):
Cách điện
Trang 9Detector FID là một trong những detector có độ nhạy cao Nguyên tắc làm việc của nó dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa của hydro đặt trong một điện trường khi có chất hữu cơ cần tách chuyển qua Nhờ nhiệt độ cao của ngọn lửa hydro, các chất hữu cơ từ cột tách đi vào detector bị bẻ gãy mạch, bị ion hóa nhờ có oxy của không khí để tạo thành các ion trái dấu tương ứng Cơ chế tạo thành ion trong trường hợp benzen như sau:
C6H6 6CH
6CH + 3O2 6CHO+ + 6e
Các ion tạo thành được chuyển về các bản điện cực trái dấu nằm ở hai phía của ngọn lửa (thế hiệu giữa hai bản điện cực này khỏang 250-300V)
Dòng ion đưộc giảm áp trên một điện trở có chỉ số rất cao (108-1012Ω) và độ giảm hiệu điện thế này được khuếch đại và ghi lại trên máy tự ghi Số lượng của ion tạo thành (chính là độ nhạy của detector) phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Cấu trúc hình học của detector
- Tỷ lệ thành phần của hydro/không khí
- Nhiệt độ của ngọn lửa
- Cấu trúc của các phần tử mẫu cần xác định
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của detector ion hóa ngọn lửa (FID)
Trang 10Các hợp chất hữu cơ được đốt cháy bằng ngọn lửa hydro/không khí tạo thành các ion Khí mang từ cột sẽ được được trộn trước với hydro và đốt cháy bằng ngọn lửa ở buồng đốt Một điện cực hình trụ đựợc đặt cách vài mm phía trên ngọn lửa để thu thập các ion sinh ra Dòng ion này sẽ được đo bằng cách đặt một điện thế giữa đầu phun của ngọn kửa và điện hình trụ để hạn chế đến mức tối đa sự tái kết hợp của các ion, phải đặt điện thế chọn lọc vào vùng bảo hòa (vùng mà khi tăng điện thế sẽ không làm tăng dòng ion) các tính hiệu tạo thành sẽ được khuếch đại bằng bộ khếch đại điện tử rồi qua bộ sử lý và ghi tính hiệu
Đặc điểm:
Không bị ảnh hưởng bởi vận tốc khí mang
Thời gian chi tín hiệu nhỏ hơn 0,1giây và có độ nhạy gấp 1000 detector TCD Giới hạn phát hiện dưới 10-12g/s
Tuy nhiên cũng có những điểm bất lợi là phải dùng thêm hệ thống khí đốt, ngoài khí mang không được dùng khi mẫu có các khí như: SO2, CO2,
H2O,NOx Ngoài ra cấu tử mẫu bị phân hủy trong ngọn lửa nên không thể dùng trong trường hợp muốn cho cấu tử qua tiếp một thiết bị phân tích khác (thí dụ máy hồng ngoại)
Chỉ đáp ứng với các hợp chất hữu cơ, không có đáp ứng đối với các khí bền
và nước
Độ ổn định cao ít bị ảnh hưởng tới sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ dòng Khỏang động học từ 106-107
Nhiệt độ làm việc tới 4000C
Phân hủy chất đòi hỏi 3 khí: khí mang, hydro, oxi
1.3 Detector cộng kết điện tử (electron capture dtector):
