Hóa phân tích sắc ký khí

Sắc Ký Khí (Gas Chromatography) PGS.TS Nguyễn Đức Tuấn Bộ mơn Hóa phân tích – Kiểm nghiệm Khoa Dƣợc – Đại học Y Dƣợc TPHCM 2-2014 Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Sắc ký khí Mục tiêu: Trình bày - Phân loại khái niệm phương pháp sắc ký khí (SKK) - Nguyên lý cấu tạo máy SKK - Ứng dụng SKK định tính định lượng Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Sắc ký khí Nội dung - Lịch sử phát triển SKK - Đại cương khái niệm - Nguyên lý cấu tạo máy SKK - Thực hành SKK - Ứng dụng SKK định tính định lượng - SKK phương pháp sắc ký khác Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Lịch sử phát triển SKK  1777: Scheele, Fontana – Hấp thụ khí than hoạt  1905: Ramsey – Tách neon khỏi heli than hoạt  1936: Euken Knick – Hấp phụ giải hấp nhiệt độ  1941: G Hess – Sử dụng khí mang rửa giải cột hấp phụ  1941: Martin Synge – Lý thuyết sắc ký phân bố (khí – lỏng)  1943: Tuner (1946: Claesson) – Khả phân tích đồng đẳng cột hấp phụ Martin (1910 – 2002)  1946 - 1949: Cremer, Prior Keulemans – Máy SKK Rijks – Phát triển SKK mao quản  1952: Martin James (Nobel hóa học)  Sắc ký phân bố khí – lỏng (cột nhồi)  Bài báo SKK  1957: Golay – Cột mao quản  1980: thương mại hóa Nguyễn Đức Tuấn Synge (1914 – 1994) Đại học Y Dược TPHCM Lịch sử phát triển SKK Erika Cremer (1900 – 1996) Máy sắc ký khí Fritz Prior (1921 – 1996) Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Lịch sử phát triển SKK Sự phát triển SKK  Thiết bị  Cột, pha tĩnh  Đầu dò …  Điều khiển  Cơ  Cơ điện  Điện tử  Lưu trữ Kết quả: Thao tác dễ dàng hơn, mẫu phân tích hơn, độ phân giải cao hơn, độ xác cao hơn, định tính định lượng dễ dàng Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Lịch sử phát triển SKK Ngày  SKK trở thành phương pháp sắc ký quan trọng để  Tách  Hổ trợ xác định cấu trúc (FT-IR, MS)  Nghiên cứu thơng số hóa lý: hệ số hoạt độ, entapi, nhiệt hóa hơi, hệ số khuếch tán phân tử, động học xúc tác …  Kỹ thuật SKK có tốc độ phát triển chậm so với kỹ thuật HPLC  SKK sử dụng cột nhồi bị thay SKK sử dụng cột mao quản  Thiết bị SKK ghép nối với thiết bị xác định cấu trúc FT-IR, MS Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Đại cƣơng khái niệm  Sắc ký khí phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất bay dựa “phân bố” cấu tử bay pha tĩnh chất rắn (sắc ký hấp phụ) hay chất lỏng (sắc ký phân bố) pha động chất khí cột mở  Mẫu phân tích: chất bay nhiệt độ tiến hành sắc ký, hòa tan dung mơi hữu (MeOH, ether …) hay thể (kỹ thuật headspace)  Pha động (khí mang) chất khí di chuyển liên tục (sắc ký rửa giải) qua pha tĩnh không bay hơi, theo phương định  Pha động không tương tác với chất phân tích, có nhiệm vụ di chuyển chất phân tích qua cột Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Đại cƣơng khái niệm  Cơ chế q trình tách  Phân bố (chủ yếu nay)  Hấp phụ (ít dùng) Khả bay (nhiệt độ sơi) mẫu thử đóng vai trò quan trọng Các chất tách “ái lực” khác với pha tĩnh Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Đại cƣơng khái niệm  Cơ chế tách SKK Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định tính tinh dầu phong lữ  So sánh thời gian lưu chất cần định tính với chuẩn Chuẩn Thử Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định danh chất dựa theo số lƣu (RI, Retention Index): số Kovats  Hệ thống kinh nghiệm để xác định chất hữu phương pháp sắc ký pha tĩnh phân cực  Theo Kovats, số lưu chất xác định cách so sánh thời gian lưu với thời gian lưu hai n-alkan, n-alkan rửa giải trước n-alkan rửa giải sau chất nghiên cứu  Chỉ số lưu Kovats (IK) chất X pha tĩnh y nhiệt độ T tính theo cơng thức t’R,X: thời gian lưu tương đối X Z Z+1: số carbon hai n-alkan kế  Điều kiện áp dụng: t’R,Z < t’R,X < t’R, Z+1  Cứ nguyên tử carbon số lưu tăng 100  Nếu hai n-alkan khác biệt số carbon lớn nhân thêm với bội số tương ứng 100 Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định danh chất dựa theo số lƣu (RI, Retention Index): số Kovats Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định danh chất theo số lƣu (RI, Retention Index): số Kovats  Ví dụ: tính số Kovats cho hợp chất có thời gian lưu tương đối 1,75 phút Biết thời gian lưu tương đối n-pentan n-heptan 1,25 2,50 phút  t’R,n-pentan = 1,25 < t’R,X = 1,75 < t’R,n-heptan = 2,50 Z =  Áp dụng công thức  X có số carbon nguyên tử biểu kiến 5,97 X có thời gian lưu gần thời gian lưu n-hexan (In-hexan = 600)  Định nghĩa khác số Kovats: tích 100 với số carbon biểu kiến  Ƣu điểm số Kovats  Độc lập với điều kiện cột thiết bị, phụ thuộc tuyến tính với nhiệt độ (2 – đơn vị thay đổi 10oC)  Đặc trưng cho chất ứng với pha tĩnh nhiệt độ định  Độ xác cao (chênh lệch 0,05 – đơn vị)  Chỉ số Kovats đƣợc xác định thành lập bảng tra cứu Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định danh chất  Đặc tính phổ học  Phổ MS Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định danh chất  Đặc tính phổ học  Phổ MS Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định danh chất  Đặc tính phổ học  Thƣ viện phổ MS Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định tính  Định tính điểm (vân tay) Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định lƣợng  Dựa vào diện tích pic chiều cao pic  Lưu ý  Độ phân giải, hệ số đối xứng  Đầu dò: tính chọn lọc, giới hạn định lượng, độ nhạy BC Hệ số đối xứng (0,8 < AF < 1,5): AF  AC 2(t R ) B  (t R ) A  Độ phân giải (Rs ≥ 1,5): Rs  WA  WB Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký khí định lƣợng  Định lượng so sánh với chuẩn  Phương pháp chuẩn ngoại  Phương pháp chuẩn nội  Định lượng khơng có chuẩn  Phương pháp chuẩn hóa diện tích pic (qui 100% diện tích pic)  Hàm lượng phần trăm cấu tử mẫu thử  Xác định độ tinh khiết sắc ký cấu tử Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Ứng dụng sắc ký  Phƣơng pháp nội chuẩn  Phƣơng pháp chuẩn hóa diện tích pic Thuốc bảo vệ thực vật lân hữu Nguyeãn Đức Tuấn Các dẫn chất nitro benzen Methyl parathion Ciodrin Parathion Dyfonat Diazinon EPN Ronnel Trithion (nội chuẩn) Đại học Y Dược TPHCM Sắc ký khí phƣơng pháp sắc ký khác So sánh thiết bị sắc ký khí sắc ký lỏng hiệu cao HPLC GC Khả phân tích Định tính, định lượng Cột sắc ký Cột nhồi, ngắn Cột mao quản, dài Điều kiện sắc ký quan trọng Pha động, phối hợp dung môi Nhiệt độ cột Bộ phận bơm mẫu Vòng bơm mẫu Cổng bơm nung nóng Di chuyển pha động Dung mơi áp suất cao Khí áp suất thấp Đầu dò UV, MS FID, TCD, MS Thơng số sắc ký liên quan đến kết Nguyễn Đức Tuấn Thời gian lưu, diện tích pic Đại học Y Dược TPHCM Sắc ký khí phƣơng pháp sắc ký khác Ƣu nhƣợc điểm sắc ký khí so với sắc ký lỏng hiệu cao  Độ phân giải cao  Cột dài, số đĩa lý thuyết lớn  Tách hỗn hợp phức tạp  Độ nhạy cao  Lượng mẫu nhỏ (microlit), chi phí thấp  Giới hạn phát thấp (ppm – ppb)  Tiếp cận giới hạn ppt – fg  Hạn chế mẫu phân tích  Chỉ áp dụng cho mẫu bay hơi, phân cực  Không thực với chất bền nhiệt (250oC)  Phải tạo dẫn chất bay hơi: ether hóa, ester hóa  Khó thực sắc ký điều chế  Lượng mẫu nhỏ (khả hòa tan pha động) Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Sắc ký khí phƣơng pháp sắc ký khác Sắc ký lỏng siêu tới hạn (SFC, Supercritical Fluid Chromatography)  Khởi đầu vào năm 1990  Khắc phục số nhược điểm GC HPLC Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Sắc ký khí phƣơng pháp sắc ký khác Sắc ký hội tu siêu hiệu (UPCC, Ultra Performance Convergence Chromatography)  Khởi đầu vào năm 2012  Phát triển từ SFC Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM ... lý cấu tạo máy sắc ký khí Máy sắc ký khí Shimadzu 14B Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Nguyên lý cấu tạo máy sắc ký khí GC-MS Agilent 6890 Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM Khí mang ... trơ 200oC  Máy sinh khí hydro  Cơng suất 125 – 225 ml/phút  Khi máy đạt áp suất định đưa khí vào cột sắc ký  Trong phòng sắc ký phải có máy dò độ hở hydro cấm lửa  Khí heli  Khí trơ hóa... Nguyên lý cấu tạo máy sắc ký khí  Hệ thống khí: khí mang, khí nén, hydro  Bộ phận điều áp  Bộ lọc khí  Bộ chỉnh dòng  Cổng bơm mẫu, buồng bơm mẫu  Buồng cột  Cột sắc ký  Đầu dò  Hệ thống