Tài liệu về sắc kí khí

Giới thiệu nội dung Sắc ký khí phương pháp phân tích thông dụng hiệu thuộc nhóm phương pháp phân tích công cụ Ngày nay, phương pháp sắc ký khí trở thành công cụ ứng dụng mạnh mẽ nhiều ngành khoa học: hóa sinh, sinh học, y học, dược học, hóa học lâm sàng, nghiên cứu xúc tác, hóa học môi trường Sắc ký khí không coi công cụ hữu hiệu nghiên cứu bản, mà có ứng dụng quan trọng kỹ thuật, thuết bị phân tích tự động ngành công nghiệp hóa chất công nghệ nói chung Gas Chromatography Mass Spectometry (viết tắt GC-MS GCMS, tạm dịch Phương pháp Sắc ký khí kết hợp với Khối phổ) phương pháp mạnh mẽ với độ nhạy cao sử dụng nghiên cứu thành phần chất không khí Bản chất GC-MS, tên gọi nó, kết hợp Sắc ký khí (Gas Chromatography) Khối phổ (Mass Spectometry) Ngưỡng phát phương pháp picogram (0.000000000001 gram) Tuy nhiên, có nhiều chất gây ô nhiễm tồn không khí nồng độ thấp picogram / mét khối Vì vậy, nhu cầu phương pháp có ngưỡng phát picogram cấp bách GC-MS làm gì? Phân tách: GC-MS phân tách hỗn hợp hóa chất phức tạp không khí hay nước Có thể hình dung điều chạy đua Tất vận động viên xuất phái thời điểm người chạy nhanh đích trước Ở đây, tốc độ định tính bay Chất có tính bay cao di chuyển nhanh chất có tính bay thấp Định lượng: GC-MS định lượng chất cách so sánh với mẫu chuẩn, chất biết trước định lượng chuẩn GC-MS Nhận dạng: Nếu mẫu có chất lạ xuất hiện, khối phổ nhận dạng cấu trúc hóa học độc (giống việc cảnh sát lấy dấu vân tay người) Cấu trúc chất sau so sánh với thư viện cấu trúc chất biết Nếu không tìm chất tương ứng thư viện nhà nghiên cứu dựa cấu trúc tìm để phát triển ý tưởng cấu trúc hóa học Nói cách khác, nhà nghiên cứu thu liệu đóng góp vào thư viện cấu trúc nói sau tiến hành thêm biện pháp để xác định xác loại hợp chất GC-MS hoạt động nào? Dưới phần minh họa flash GC-MS website Oregon State University Hãy rê chuột lên tên gọi thành phần để xem phần miêu tả chúng Thiết bị GC-MS cấu tạo từ thành phần Phần sắc ký khí (GC) phân tách hỗn hợp hóa chất thành mạch theo chất tinh khiết Phần khối phổ (MS) xác định định tính định lượng chất 1 Sắc ký khí (GC): A Cửa tiêm mẫu (injection port): microliter dung môi chứa hỗn hợp chất tiêm vào hệ thống cửa Mẫu sau dẫn qua hệ thống khí trơ, thường helium Nhiệt độ cửa tiêm mẫu nâng lên 3000C để mẫu trở thành dạng khí B Vỏ (oven): Phần vỏ hệ thống GC lò nung đặc biệt Nhiệt độ lò dao động từ 400C 3200C C Cột (column): Bên hệ thống GC cuộn ống nhỏ hình trụ có chiều dài 30 mét với mặt tráng loại polymer đặc biệt Các chất hỗn hợp phân tách cách chạy dọc theo cột Khối phổ (MS): Khối phổ dùng để xác định chất hóa học dựa cấu trúc Hãy tưởng tượng đến đồ chơi ghép hình Nếu chẳng may bạn đánh rơi đồ chơi xuống nhà, số mảnh ghép bị văng số khác dính với Xem xét lại mảnh bạn tưởng tượng hình ảnh cần ghép Đây nguyên lý Khối phổ A Nguồn Ion (ion source): Sau qua cột sắc kí khí, hóa chất tiếp tục vào pha khối phổ Các phân tử phải qua luồng electrons chúng bị chia thành mảnh nhỏ tích điện dương Các mảnh gọi ion Điều quan trọng hạt cần trạng thái tích điện qua lọc B Bộ lọc (Filter): Khi ion di chuyển phận khối phổ, dựa khối lượng mà chúng sàng lọc trường điện từ Bộ lọc có khả lựa chọn, tức cho phép hạt có khối lượng nằm giới hạn định qua C Bộ cảm biến (detector): Thiết bị cảm biến có nhiệm vụ đếm số lượng hạt có khối lượng Thông tin sau chuyển đến máy tính Tại phép tính thực xuất kết gọi khối phổ (mass spectrum) Khối phổ biểu đồ phản ánh số lượng ion với khối lượng khác qua lọc Máy tính: Bộ phận chịu trách nhiệm tính toán tín cảm biến cung cấp đưa kết khối phổ Phân tích kết Làm để phân tích kết từ máy tính? Dưới hình khối phổ Trục X khối lượng trục Y số lượng Mỗi hóa chất tạo mô hình nhất, nói cách khác chất có “dấu vân tay” để nhận dạng, dựa mô hình ion Trên hình ta thấy phân tử ban đầu có khối lượng Trên sơ đồ khối phổ hạt lớn gọi ion phân tử (molecular ion) Các hạt nhỏ có khối lượng 1,2,3 gọi ion phân mảnh (fragment ions) Trong trường hợp ví dụ ta thấy phân tử chất có xu hướng bị phá vỡ thành tổ hợp 1-4 2-3 Các nhà nghiên cứu so sánh khối phổ thu thí nghiệm họ với thư viện khối phổ chất xác đinh trước Việc giúp họ định danh chất (nếu phép so sánh tìm kết tương ứng) sở để đăng ký chất (nếu phép so sánh không tìm kết tương ứng) PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ KHÍ - LỎNG : phương pháp sắc kí tách chất trạng thái khí; tách riêng cấu tử hỗn hợp khí, dựa khác độ tan chúng dung môi Thông thường, PPSKKL thực sau: pha tĩnh chất rắn hay lỏng; vd dung môi không bay (dầu silicon, hiđrocacbon có độ sôi cao) tẩm hạt chất rắn trơ (thuỷ tinh, polime ) nạp đầy cột kim loại thạch anh với đường kính, độ dài hình dáng khác Pha động chất khí (thường gọi khí mang, vd heli, acgon, nitơ, cacbonic ) di chuyển qua ống với tốc độ không đổi Sau mẫu phân tích nạp vào đầu cột sắc kí nhiệt độ đủ cao để hoá chất lỏng, khí mang dẫn hỗn hợp định tách qua cột Do có tương tác khác pha tĩnh, cấu tử hỗn hợp di chuyển với tốc độ khác nên tách khỏi PPSKKL ứng dụng để phân tích sản phẩm dầu mỏ, hỗn hợp hiđrocacbon, dung môi, dược phẩm, hương liệu, chất gốc thực vật; phân tích hợp chất vô hoá chúng, vd titan tetraclorua (TiCl 4), antimon (III) clorua (SbCl3), dẫn xuất tetrametyl silic, gecmani, thiếc, chì