5.1. Thời gian lưu.
Thời gian lưu phụ thuộc vào cột, nhiệt độ cột và vận tốc tuyến tính khí mang. Do trong GC luôn có những thay đổi nhỏ nên thời gian lưu có khuynh hướng trôi giạt theo thời gian từ lần chạy này đến lần chạy khác. Cần chú ý là khi cột càng cũ thì thời gian lưu của một hợp chất tương ứng trên cột đó ngày càng ngắn lại theo thời gian sử dụng. Các hợp chất vào cột chỉ khi chúng trong pha động (khí mang). Do đó tại một nhiệt độ cột và vận tốc tuyến tính khí mang cố định, mỗi hợp chất tốn cùng thời gian trong pha động. Thời gian trong pha động được xác định bằng cách tiêm một hợp chất không bị lưu lại vào hệ thống sắc ký khí và đo thời gian lưu của nó. Thời gian lưu này được gọi là thời gian chết của cột và biểu thị là tM hoặc to. Bởi vì mỗi hợp chất tiêu tốn cùng thời gian trong pha động, sự khác nhau trong thời gian lưu là do bởi sự khác nhau thời gian tiêu tốn trong pha tĩnh.
- Thời gian lưu tuyệt đối tR: Thời gian tính từ lúc bơm mẫu đến khi chất ra ngoài (xuất hiện đỉnh peak của chất).
- Thời gian chết tM: thời gian của một chất hoàn toàn không tương tác với cột tách (không bị lưu giữ) đi qua cột ( như các chất: methanol, agron...) thường được sử dụng tùy đầu dò. Còn gọi là thời gian lưu giữ trong pha động.
- Thời gian lưu thực tR’: thời gian chất được lưu giữ trong pha tĩnh: t’
Hình 18: Thời gian lưu của chất phân tích
Nếu lấy thời gian lưu của một hợp chất (mũi) trừ thời gian chết của cột (tM) ta sẽ có được thời gian tiêu tốn thật sự của một hợp chất trong pha tĩnh, giá trị này được gọi là thời gian lưu hiệu chỉnh (tR) hay thời gian lưu của chất tan. Chất tan nằm trong pha tĩnh càng lâu thì nó càng có thể dễ được tách ra khỏi các cấu tử có cùng độ bay hơi hơn. Trong sắc ký khí, hệ số lưu có thể được thay đổi bằng cách thay đổi pha tĩnh hoặc nhiệt độ của cột.
5.2. Độ chọn lọc (α).
Hệ số chọn lọc (α) cho 2 cấu tử cho biết mức độ chúng sẽ tách như thế nào trên một cột nào đó.
Hình 19 - Hệ số chọn lọc Phương trình: α = (tR)B - tM / (tR)A - tM
Trong đó: (tR)B : thời gian lưu của cấu tử B được lưu giữ mạnh hơn (tR)A : thời gian lưu của cấu tử A được lưu giữ kém hơn
tM : thời gian chết
• Khi α = 1, về mặt lý thuyết hai cấu tử không thể tách rời nhau được trên cột được thử Khi α > 1, về mặt lý thuyết hai cấu tử có thể tách nhau hoàn toàn nhưng điều này còn phụ thuộc vào độ phân giải hoặc độ hoàn hảo của cột.
5.3. Độ phân giải cột (R)
Độ phân giải (R) của cột là thước đo định lượng về khả năng của cột tách hai cấu tử ra khỏi nhau trong một hỗn hợp.
Hình 20 - Độ phân giải của cột. Phương trình: R = 2 ×[(tR)B – (tR)A] / WA+ WB
Trong đó: (tR)B: thời gian lưu của cấu tử B được lưu giữ mạnh hơn (tR)A: thời gian lưu của cấu tử A được lưu giữ kém hơn
WA: bề rộng mũi của cấu tử A tại đường nền (bề rộng đáy của A) WB: bề rộng mũi của cấu tử B tại đường nền (bề rộng đáy của B) • Nếu R< 1, các mũi trùng trập lên nhau.
• Nếu R ≥ 1, các mũi tách ra khỏi nhau.
Thực tế phải có R ≥ 1,5 để hai mũi tách hoàn toàn.
Ngoài ra, độ phân giải thường được biểu diễn ở dạng phần trăm. Hai mũi tách hoàn toàn khí % độ phân giải bằng 100. Khi %R nhỏ hơn 100 thì 2 mũi trùng chập lên nhau.
5.4. Định lượng hiệu năng cột
Trong hình 18, 19 và 20, các mũi đã được phóng đại để minh họa cấu tử đi ra khỏi cột như là một dải chất. Điều này xuất hiện là do mỗi phân tử của cấu tử có một đường phân tán duy nhất qua pha khí và pha lỏng. Do đó các phân tử giải hấp ra khỏi cột tại những thời gian lưu hơi khác nhau. Hiệu ứng này không chỉ bị ảnh hưởng bởi tương tác hóa học của cấu tử và pha tĩnh mà còn phụ thuộc nhiều vào kích cỡ của cột như chiều dài cột, đường kính trong và cỡ hạt hoặc bề dày lớp phim pha tĩnh. Hiệu ứng bành rộng mũi tăng tỷ lệ với thời gian cấu tử nằm trong cột, điều này giải thích tại sao trong một sắc ký đồ các mũi giải hấp sau bị bành rộng hơn và thấp hơn những mũi ra khỏi cột trước. Từ nhận xét trên ta thấy rõ khả năng của cột để tách các cấu tử có cùng giải hấp ra liên quan đến mũi hoặc cấu tử bành rộng khi nó qua
cột như thế nào (đây chính là hiệu năng của cột). Các nhà phân tích dùng mô hình đĩa trong sắc ký để đo hiệu năng của cột; số đĩa lý thuyết càng lớn thì hiệu năng của cột càng cao .
Hình 21 - Biểu diễn cột như một dãy đĩa lý thuyết
Điều này so sánh quá trình sắc ký với sự chưng cất và định lượng hiệu năng của cột theo số đĩa lý thuyết. Bằng cách so sánh này, chúng ta có thể dễ dàng hiểu kỹ thuật sắc ký khí hơn nhiều so với các kỹ thuật sắc ký khác. Hình 21 minh họa cột như một dãy đĩa lý thuyết. Ví dụ dưới các điều kiện thiết lập trước, các cấu tử hydrocabon của dầu giải hấp ra khỏi cột sắc ký theo thứ tự điểm sôi (nhiệt độ sôi) của chúng - các cấu tử ra khỏi cột sắc ký khi nhiệt độ của cột được gia tăng tương tự như quá trình trong cột chưng cất.
5.4.1 Số đĩa lý thuyết n:
Hình 22 - Minh họa phép đo hiệu năng cột n= 16(tR/wb)2 = 5,545(tR/wh)2
trong đó tR:thời gian lưu tuyệt đối
Hình 23: chiều rộng chân pic và chiều rộng nữa pic
Trong thực tế, tùy vào mục đích cần phân tích mà ta dùng các cột có chiều dài (L) khác nhau do đó người ta thường biểu diễn hiệu năng của cột như là số đĩa lý thuyết trên một mét.
Hiệu quả tách được biểu thị theo số đĩa lý thuyết/ 1m chiều dài cột (n/L) Được biểu diễn qua chiều cao đĩa lý thuyết (Hetp) h= L/n (mm)
Chú ý: Giá trị HETP sẽ cực tiểu khi hiệu năng của cột đạt được tốt nhất. Giá trị n và HETP sẽ thay đổi theo thời gian khi cột cũ đi và kém hiệu năng (điều này giải thích tại sao thời gian lưu của một hợp chất trên cùng một cột sắc ký có khuynh hướng giảm dần theo thời gian cột được sử dụng). Nhà phân tích có thể dùng các tham số này như là thước đo định lượng để xác định khi nào cột không còn “phù hợp với mục đích” nữa và cần phải thay.