BÀI TẬP SẮC KÝ - CÓ ĐÁP ÁN CHI TIẾT

bài tập sắc ký có đáp án

BÀI TẬP

Bài 1Một cột dài 360 cm dùng để tách propan và butan bằng phương pháp sắc ký khí Dùng thước người ta

đo được khoảng cách từ lúc bơm mẫu đến đỉnh của pic sắc ký lần lượt là 152,5 mm và 415,5 mm,bề rộng chân các pic lần lượt là 13,5 mm và 33,8 mm Tính số đĩa lý thuyết và chiều cao đĩa lý thuyết ứng với mỗi chất.

Áp dụng phương trình:

2R

t n=16

Bài 2: Trong sắc ký khí tốc độ di chuyển của pha động có thể đo được trực tiếp, nếu đưa vào một

lượng nào đó của chất tan tương tự như metan,nó không được giữ bởi pha tĩnh Trong cột mao quản có

chiều dài 50m; thời gian lưu trữ của metan bằng 71,5s; còn thời gian giữ của n-heptadecan là 12,6

phút Hãy cho biết:

Tốc độ di chuyển của pha động bằng bao nhiêu?

Tốc độ di chuyển của dải n-heptadecan bằng bao nhiêu?

Ta có L = 50 m = 5000 cm.

TR = 71,5 s Vậy tốc độ di chuyển của pha động là:

Đối với n-heptadecan: tR= 12,6 phút = 756 s.

Vậy tốc độ di chuyển của dải là:

2

5000

69,93 / 71,5

Bài 3 Một cột sắc ký mao quản dài 30m, chạy một chất chuẩn ở hai tốc độ pha động khác nhau,

cho các số liệu sau:

Ta có:

Áp dụng phương trình Vandemteer

Vận tốc tối ưu:

Chiều cao đĩa lý thuyết cực tiểu

Số đĩa lý thuyết ở vận tốc tối ưu là

1

2 C=0,02s;B=0,005cm /s

⇒

0,005 B

Bài 4 Pic sắc ký của hợp chất X được phát hiện sau 15 phút sau khi đưa mẫu vào (lúc đó của hợp chất Y

không được giữ bởi vật liệu của cột xuất hiện qua 1,32 phút) Pic của chất X có dạng đường phân bố Gauss với

bề rộng của đáy là 24,2s Độ dài của cột là 40,2cm.

1 Tính số đĩa lý thuyết trong cột.

2 Tính H của cột.

3 Tính T và σ của cột.

4 Tính chỉ số lưu giữ của chất X.

5 Từ phương pháp chuẩn bị đã biết rằng thể tích của chất lỏng được giữ trên bề mặt của chất mang của cột

bằng 9,9ml Thể tích của pha động bằng 12,3ml Hãy tính hệ số phân bố X.

6 Tiêu chuẩn phân chia X và Y là bao nhiêu nếu yếu tố phân chia đối với X và Y bằng 1,011.

10 82 ,

1 22130

2 ,

cm n

L H

H

L

) ( 27 , 0 )

10 82 , 1 (

n H

n = σ ⇒ σ = = − =

) (

101 ,

0 2

, 40

27 , 0 15 R

phut L

t

4 Chỉ số lưu giữ của chất X:

5 Hệ số phân bố X (kX):

6 Tiêu chuẩn phân chia (Rs):

Ta có:

088 ,

0 15

32 ,

9 ,

12 9

, 9 088 ,

0

) 088 ,

0 1 ( 3 ,

12

) 1

S m

m

V R

R

V k

V k V

V R

4 , 0

) 011 ,

1

1 1

( 4

22130 )

1 1

Bài 5. Một hỗn hợp chứa metyl xiclohexan,metyl xiclohexen và toluen được tách bằng phương pháp sắc ký lỏng – khí trên cột nhồi dài 42 cm Sắc ký đồ cung cấp thời gian lưu của chúng lần lượt là 10,1 ; 11,0 ; 13,5 và chiều rộng pic lần lượt là 0,75 ; 0,80 ; 1,05 phút Hãy tính:

Số đĩa lý thuyết đối với mỗi pic, giá trị trung bình,độ lệch chuẩn của n và chiều cao đĩa lý thuyết của cột.

Độ phân giải giữa metyl xiclohexan và metyl xiclohexen, giữa metyl xiclohexen và toluen Cho biết khí được sử dụng là không khí với tR(KK) = 1,2 phút (không khí được xem là cấu tử không bị lưu giữ bởi cột).

Hãy tính chiều dài cột để độ phân giải giữa các cấu tử đạt yêu cầu tối thiểu là 1,5.

8

Ký hiệu A : metyl xiclohexan

B: metyl xiclohexen C: toluen.

a.Áp dụng phương trình Vandeemter

Chiều cao đĩa lý thuyết của cột

Độ lệch chuẩn

RA A

A

RB B

B

RC C

C tb

2 Độ phân giải giữa metyl xiclohexan và metyl xiclohexen,giữa metyl xiclohexen và toluen

3.Chiều dài cột để độ phân giải giữa các cấu tử đạt yêu cầu tối thiểu là 1,5.

Vì Rs,A-B = 2,70>1,5 nên chỉ cần tính chiều dài để độ phân giải giữa A-B đạt yêu cầu 1,5.

Gọi n1,n2 là số đĩa lý thuyết của cột cũ và cột mới,ta có:

Chiều dài cột để độ phân giải tăng lên 1,5:

R s,A-B

A B

R s,B-C

B C

2Δt 2.(11,0-10,1)

W +W 0,75+0,80 2Δt 2.(13,5-11,0)

s s

n

R = n ⇔ = n ⇒ =

Bài 6 Trong sắc ký khí, tốc độ di chuyển của pha động có thể đo được trực tiếp, nếu đưa vào một

lượng nào đó của chất tan tương tự như metan, nó không được giữ bởi pha tĩnh Trong cột mao quản

có chiều dài 50m; thời gian lưu trữ của metan bằng 71,5s; thời gian giữ của n-heptadecan là 12,6 phút Hãy cho biết:

Tốc độ di chuyển của pha động bằng bao nhiêu?

Tốc độ di chuyển của dải n-heptadecan bằng bao nhiêu?

a Ta có L = 50 m = 5000 cm.

TR = 71,5 s Vậy tốc độ di chuyển của pha động là:

Đối với n-heptadecan: tR= 12,6 phút = 756 s.

Vậy tốc độ di chuyển của dải là:

Bài 7 Trên sắc ký đồ người ta thu được 3 pic ở 0,84 phút và 10,60 phút và 11,08 phút tương ứng với các hợp chất A,B và C Hợp chất A không lưu giữ bởi pha tĩnh lỏng Các pic của các hợp chất

B và C có dạng đường Gauss có chiều rộng tương ứng 0,56 và 0,59 phút Độ cao sắc ký bằng 28,3cm .

1 Tính số đĩa lý thuyết (n) của cột sắc ký và chiều cao đĩa lý thuyết (H) của pic B,C.

2 Tính giá trị trung bình T và σ của cột.

3 Tính chỉ số lưu giữ của chất B,C.

4 Thể tích của chất lỏng được giữ trên bề mặt của chất mang của cột bằng 12,3ml Thể tích của pha động bằng 17,6ml Hãy tính hệ số phân bố B,C.

Vậy số đĩa lý thuyết của cột tương đương 5688 đĩa lý thuyết.

+ Chiều cao đĩa lý thuyết:

σ.t 10,6.0,375

T = = =0,141(phut)

L 28,3

RCC

σ.t 11,08.0,375

3 Chỉ số lưu giữ của chất B,C:

m B

RB

t R

t

0,84

0, 076 11,08

m C

RC

t R

Bài 8 Một hệ thống sắc ký lỏng hoạt động với các thông số sau đây:

Chiều dài của phần cột được nhồi pha tĩnh: 25,2 cm.

Tốc độ dòng: 0,312 ml/phút.

Thể tích pha động (Vm): 1,40 ml.

Thể tích pha tĩnh (Vs): 0,168 ml.

Sau khi cho qua cột một hỗn hợp chứa 4 cấu tử A,B,C và D thu được một sắc ký đồ cung cấp các dữ kiện sau:

Cấu tử Thời gian lưu giữ,phút Chiều rộng chân pic,phút

Không lưu giữ bởi cột 1,2

Hãy tính:

Số đĩa lý thuyết đối với mỗi pic,giá trị trung bình,độ lệch chuẩn của n và chiều cao đĩa lý thuyết của cột.

Hệ số chứa và hệ số phân bố của từng cấu tử.

Độ phân giải RS, độ chọn lọc α đối với 2 cấu tử C,D.

Chiều dài cột nếu muốn đạt được độ phân giải 1,5 đối với 2 cấu tử C,D.

2 2RA

A

A

RB B

B

RC C

C

RD D

2 Hệ số chứa và hệ số phân bố của từng cấu tử.

25, 2

0,017 1500

m

R m B

m

R m C

m

R m D

3 Độ phân giải RS, độ chọn lọc α đối với 2 cấu tử C,D.

DC

4.Chiều dài cột để độ phân giải giữa các cấu tử đạt yêu cầu tối thiểu là 1,5 đối với 2 cấu tử C,D;k’

và α không thay đổi khi n và L tăng.

Gọi n1,n2 là số đĩa lý thuyết của cột cũ và cột mới,ta có:

Chiều dài cột để độ phân giải tăng lên 1,5:

s s

n

Bài 9 Một hỗn hợp chứa metyl xiclohexan, metyl xiclohexen và toluen được tách bằng phương pháp

sắc ký lỏng – khí trên cột nhồi dài 42 cm Sắc ký đồ cung cấp thời gian lưu của chúng lần lượt là 10,1 ; 11,0 ; 13,5 và chiều rộng pic lần lượt là 0,75 ; 0,80 ; 1,05 phút Hãy tính:

a.Số đĩa lý thuyết đối với mỗi pic, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn của n và chiều cao đĩa lý thuyết của cột.

b Độ phân giải giữa metyl xiclohexan và metyl xiclohexen,giữa metyl xiclohexen và toluen Cho biết khí được sử dụng là không khí với tR(KK) = 1,2 phút (không khí được xem là cấu tử không bị lưu giữ bởi cột).

22

a A : metyl xiclohexan; B: metyl xiclohexen; C: toluen.

2 Độ phân giải giữa metyl xiclohexan và metyl xiclohexen, giữa metyl xiclohexen

và toluen

24

IV.2.4 Bài tập định lượng sắc kí khí

Bài 1: Trong sắc kí khí tốc độ di chuyển của pha động có thể đo được trực tiếp, nếu đưa vào một lượng nào đó của

chất tan tương tự như metan, nó không được giữ bởi pha tĩnh Trong cột mao quản có chiều dài 50m; thời gian lưu trữ của metan bằng 71,5s; còn thời gian giữ của n-heptadecan là 12,6 phút Hãy cho biết:

a Tốc độ di chuyển của pha động bằng bao nhiêu?

b Tốc độ di chuyển của dãi n- heptadecan bằng bao nhiêu?

Giải

a Ta có: L = 50 m = 5000 cm TR = 71,5sVậy tốc độ di chuyển của pha động là:

b Đối với n-heptadecan : tR = 12,6 phút = 756 s

R

L 5000 F= = =69,93 cm/s

t 71,5

Bài 2: Một cột dài 360 cm dùng để tách propan và butan bằng phương pháp sắc kí Dùng thước người ta đo được

khoảng cách từ lúc bơm mẫu đến đỉnh của pic sắc kí lần lượt là 152,5 mm và 415,5 mm; bề rộng chân các pic lần lượt

là 13,5 mm và 33,8 mm Tính số đĩa lí thuyết và chiều cao đĩa lí thuyết ứng với mỗi chất

Giải

Sử dụng phương trình:

n(propan) = 2042 n(butan) = 2416Chiều cao đĩa lí thuyết ta được:

tính đượ ố đĩc s a lí thuy t ế

H(propan) = 0,176 cm H (butan) = 0,149 cm

2 R

n

Bài 3: Một phép sắc kí khí sử dụng cột dài 36 m, chạy chất chuẩn ở 3 thí nghiệm với tốc độ pha động khác nhau

cho các pic có thời gian lưu và độ rộng pic như sau:

Xác định vận tốc tối ưu, số đĩa lí thuyết cho cột vận hành ở vận tốc tối ưu đó

Theo phương trình Van – Deemter, muốn xác định được vận tốc tối ưu, Hmin và số đĩa lí thuyết ta cần xác định các hệ

số A, B, C Muốn vậy ta xác định số đĩa lí thuyết và chiều cao đĩa lí thuyết cho từng thí nghiệm:

Thay các s li u vào phố ệ ương trình trên ta có h phệ ương trình sau:

Giải hệ gồm 3 phương trình (1), (2) và (3) ta được:

10 B 0,92 = A + + 20C (2)

20 B 1,00 = A + + 30C (3)

30

Vận tốc tối ưu, Hmin và số đĩa lí thuyết được tính là:

Bài 4: Một cột sắc kí mao quản dài 30cm, chạy một chất chuẩn ở hai tốc độ pha động khác nhau, cho các

0,5 B 0,025 = + C

1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Đình Luyện, Ngô Văn Tứ (2011), Phương pháp phân tích lý hóa, NXB Đại học Huế.

[2] Phạm Luận (2014), Phương pháp phân tích sắc kí và chiết tách, NXB Bách Khoa Hà Nội.

[3] Hồ Viết Quý (2000), Phân tích lý hóa, NXB Giáo dục, Hà Nội.

[4] Hồ Viết Quý (2005), Cơ sở hóa học phân tích hiện đại, tập II – Các phương pháp phâm tích lí hóa,

NXB Đại học Sư phạm

[5] Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Các phương pháp phân tích công cụ, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.

Kỹ thuật ghép nối GC-MS này được phát triển rất nhanh và cho đến nay đã trở nên rất phổ biến với nhiều ưu điểm đặc trưng

đó là:

+Sử dụng các hợp chất đồng vị đánh dấu làm chất đồng hành để làm tăng độ chính xác của phép phân tích

+Xác định thành phần nguyên tố của hợp chất nếu sử dụng thiết bị có độ phân giải cao

+ Có thể phân tách được các peak sắc ký có thời gian lưu trùng nhau trên cơ sở sự khác nhau về phổ khối của

chúng…

=> GC-MS là phương pháp có độ nhạy cao và độ chính xác cao nên được sử dụng trong nghiên cứu: môi trường, dược

liệu, thực phẩm…

I Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)

Sắc ký khí (GC): Phân tách hỗn hợp hóa chất thành một mạch theo từng chất tinh khiết

Khối phổ (MS):Xác định định tính và định lượng.

1 Cấu tạo:

-Dung môi chứa hỗn hợp các chất phân tích sẽ được tiêm vào hệ thống tại cửa tiêm mẫu

Mẫu được hóa hơi, sau đó mẫu được dẫn qua hệ thống bởi khí trơ( thường là khí He).

+Phần vỏ ngoài của hệ thống GC chính là một lò nung đặc biệt, nhiệt độ của lò này dao động từ 400C đến 3200C

+ Trên trong hệ thống GC có cột sắc ký dài ( thường là 30m) được tráng bằng 1 loại polymer đặc biệt bên trong

+ Các chất trong hỗn hợp được phân tách bằng cách chạy dọc theo cột này với thời gian tách ra khỏi cột là khác nhau( thời gian lưu)

2 Nguyên lý hoạt động của GC-MS

Sau khi qua cột, các chất tiếp tục đi vào máy khối phổ để xử lý, chuyển tín hiệu đến máy tính và xuất ra kết quả => phổ khối.

So sánh kết quả phổ khối thu được trong thí nghiệm với thư viện phổ của các chất đã được xác định trước

+Nếu tìm thấy được các chất tương ứng trong thư viện thì có thể định danh được chất đó

+ Nếu phép so sánh không tìm được kết quả tương ứng thì có thêm được dữ kiện mới và đóng góp vào thư viện cấu

trúc sau khi tiến hành thêm các biện pháp để xác định chính xác các loại hợp chất mới này

3 Điều kiện tiến hành sắc kí khí kết hợp với khối phổ GC-MS

+ Các mẫu chất trong phân tích MS phải nằm ở dạng hơi do đó hỗn

hợp khí mang và mẫu chất từ GC có thể đưa vào buồng ion hóa của

MS nhưng phải giảm tốc độ khí mang từ cột đi ra khoảng < 2ml/min

+ Do thế ion hóa của He là 24,58 eV, nên để tăng độ nhạy của máy

thông qua việc tăng thế ion hóa của buồng ion hóa lên 70eV, người ta

phải tách He ra khỏi dòng khí trước khi vào buồng ion hóa

4 Định lượng

GC-MS có thể định lượng một chất bằng cách so sánh với mẫu

+ Cấu tạo của GC-MS gồm 2 phần là thiết bị GC và MS được ghép với

nhau thông qua bộ kết nối (interface) Nhằm mục đích loại bớt He, N2

để giảm áp suất dòng khí mang và phân tử mẫu chất đi vào buồng ion

hóa, phần GC dùng cột mao quản và phần MS sử dụng buồng ion hóa

EI hay CI với bộ tách tứ cực và detector khối phổ

Sắc đồ của sắc ký khí

Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ

Máy sắc ký khí ghép khối phổ

Màn hình phần mềm cài đặt và hiển thị chương trình GC-MS

1 Trong dược học: phân tích thành phần của dược phẩm

3.Ứng dụng khác

• Phân tích và xác định thành phần các hợp chất thiên nhiên khác

• Phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật động thực vật

• Phân tích dư lượng kháng sinh trong sản phẩm thịt, thủy sản

• xác định chất lượng dầu thực vật

• Xác định hàm lượng tinh dầu

• phân tích xăng dầu và dung môi

Bài 1: Trong sắc kí khí tốc độ di chuyển của pha động có thể đo được trực tiếp, nếu đưa vào một lượng nào đó của chất tan tương tự như metan, nó không được giữ bởi pha tĩnh Trong cột mao quản có chiều dài 50m; thời gian lưu trữ của metan bằng 71,5s; còn thời gian giữ của n-heptadecan là 12,6 phút Hãy cho biết:

a. Tốc độ di chuyển của pha động bằng bao nhiêu?

b Tốc độ di chuyển của dãi n- heptadecan bằng bao nhiêu?

Giải

III BÀI TẬP

a. Ta có: L = 50 m = 5000 cm TR = 71,5s

Vậy tốc độ di chuyển của pha động là:

b Đối với n-heptadecan :

Bài 2: Một cột dài 360 cm dùng để tách propan và butan bằng phương pháp sắc kí Dùng thước người ta đo được khoảng cách từ lúc bơm mẫu đến đỉnh của pic sắc kí lần lượt là 152,5 mm và 415,5 mm; bề rộng chân các pic lần lượt là 13,5 mm và 33,8 mm

Tính số đĩa lí thuyết và chiều cao đĩa lí thuyết ứng với mỗi chất

Giải

Bài 3: Một phép sắc kí khí sử dụng cột dài 36 m, chạy chất chuẩn ở 3 thí nghiệm với tốc độ pha động khác nhau cho các pic có thời gian lưu và độ rộng pic như sau:

Theo phương trình Van – Deemter, muốn xác định được vận tốc tối ưu, Hmin và số đĩa lí thuyết ta cần xác định các hệ số

A, B, C Muốn vậy ta xác định số đĩa lí thuyết và chiều cao đĩa lí thuyết cho từng thí nghiệm:

Giải hệ gồm 3 phương trình (1), (2) và (3) ta được:

20 B

Bài 4: Thời gian cần để đi qua bởi pha di động chuyển qua cột bằng 25 phút Giá trị R đối với chất tan có thời gian

giữ là 261 phút phải bằng bao nhiêu ? Chất tan có bao nhiêu thời gian sẽ ở trong các pha di chuyển và pha tĩnh trước khi ra khỏi cột ?

R

9,6 261 100

M

Bài 5: Người ta thử nghiệm cột sắc ký khí - lỏng có chiều dài 2m ở bao tốc độ khác nhau của dòng, mặt khác, để làm

pha di động người ta đã dùng hêli Kết quả thử nghiệm tìm thấy rằng cột có các đặc trưng sau :

Mêtan(pha di động) n-octađecan

18.2 giây 2020 giây 223 giây 8.0 giây 888 giây 99 giây 5.0 giây 558 giây 68 giây

1. Hãy xác định tốc độ di chuyển của pha động đối với mỗi dòng

2. Hãy xác định số đĩa lý thuyết và giá trị H đối với mỗi dòng

3. Bằng cách giải đồng thời các phương trình cần thiết hãy tìm các giá trị của các hằng số trong phương trình sau :

1 Tốc độ di chuyển của pha di động:

2 100

0,1554 1287

2 100

0,1859 1067

× =

A B

=

=

BÀI TẬP

Bài 1: Một hệ thống sắc ký lỏng hoạt động với các thông số sau:

- Chiều dài của phần cột được nhồi pha tĩnh (L): 25,2 cm

Hãy tính:

1 Số đĩa lý thuyết đối với mỗi pic, số đĩa lý thuyết trung bình của cột, độ lệch chuẩn của số đĩa lý thuyết và chiều cao đĩa lý thuyết của cột

2 Hệ số dung tích và hệ số phân bố của từng cấu tử

Thời gian lưu giữ tR (phút) Chiều rộng chân pic W (phút)