1. Mô tả các bộ phận chính của GC
Mẫu được bơm vào trong và theo dòng khí mang (khí mang thường là N2) đưa đến cột sắc ký (pha tĩnh). Mẫu khi qua cột này sẽ được hấp phụ lên trên pha tĩnh đó. Sau đó, các chất lần lượt tách khỏi cột theo dòng khí ra ngoài được ghi nhận bởi đầu dò. Từ các tín hiệu nhận được máy tính sẽ xử lý và biểu hiện kết quả bằng sắc ký đồ. Các chất được xác định nhờ giá trị thời gian lưu trên sắc ký đồ.
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 46 Nhóm 2
Sơ đồ của một máy sắc kí khí
Một sắc kí đồ tiêu biểu tách các este bão hòa bởi sắc kí khí-lỏng
1. Methyl formate 2. Methyl acetate 3. Ethyl formate 4. Ethyl acetate 5. N-propyl formate 6. Iso-propyl acetate
7. N-butyl formate 8. Sec-butyl acetate 9. Iso-butyl acetate 10. N-butyl GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 47 Nhóm 2
acetate
1.1. Hệ thống cung cấp khí mang
Các khí mang phải trơ về mặt hóa học như He, Ar, N2, CO2 và H2 và việc chọn lựa khí mang thường được quyết định bởi loại detector sử dụng.
Hệ thống cung cấp khí mang bao gồm các bộ điều chỉnh áp suất (pressure regulators), các thiết bị đo áp suất (gauges), và thiết bị đo tốc độ dòng.
Hệ thống khí mang còn chứa một hệ thống lọc phân tử để tách nước và các chất nhiễm bẩn khác. Tốc độ dòng được kiểm soát bởi các bộ điều chỉnh áp suất hai giai đoạn được lắp vào các bình chứa khí mang.
Áp suất của khí vào thiết bị nằm trong khoảng từ 10 đến 50 psi để có tốc độ dòng từ khoảng 30 đến 150 ml/ph đối với cột nhồi và khoảng từ 1 đến 25 ml/ph đối với cột mao quản. Nói chung, nếu áp suất đi vào thiết bị không đổi thì tốc độ dòng sẽ không đổi. Để đo tốc độ dòng khí người ta dùng thiết bị đo tốc độ dòng (flowmeter) với bọt xà phòng và đồng hồ bấm giây.
Khí mang
Độ giảm áp suất tỉ lệ với độ nhớt khí mang nên cần chọn khí mang có độ nhớt thấp cho cột mao quản và cột nhồi chặt. Bảng sau dẫn ra một số đặc tính cơ bản của một số khí mang
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 48 Nhóm 2
Khi lựa chọn cần chú đến detector đang sử dụng như sau:
Detector đo độ dẫn cần phải sử dụng khí mang có độ dẫn cao như H2, He. Khí He có ưu điểm không nguy hiểm.
Detector ion hóa ngọn lửa thường sử dụng khí mang N2 do rẻ và không nguy hiểm nhưng trong trường hợp ghép nối với các thiết bị khác, ví dụ ghép nối với khối phổ phải dùng khí mang là heli.
Detector cộng kết ngọn lửa thường dùng khí mang là N2.
Sau đây là đặc điểm của một số khí mang thông dụng:
Khí H2 khi sử dụng làm khí mang cần dùng khí nitơ làm khí bảo vệ thổi qua cột trước. Trong các phòng thí nghiệm người ta đã dùng phổ biến máy sản xuất khí hydro với công suất từ 125 ml/ph đến 225 ml/ph. Khi dùng H2 trong phòng thí nghiệm phải có mày dò chỗ hở H2 và cấm lửa.
Khí He, argon là khí trơ hóa học rất thích hợp cho sắc kí ở nhiệt độ cao.
Khí nitơ do không nguy hiểm, giá rẻ và dễ dàng làm tinh khiết nên N2 được dùng
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 49 Nhóm 2
nhiều cho sắc kí khí. Cần chú ý là độ dẫn nhiệt của N2 rất gần với độ dẫn của nhiều khí và hơi nhiều chất hữu cơ nên có trường hợp peak sắc kí có thể bị ngược.
1.2. Hệ thống tiêm mẫu
Cách thông dụng nhất để đưa mẫu vào cột là sử dụng một bơm tiêm mẫu vi lượng (microsyringe) để tiêm một mẫu lỏng hoặc khí qua một đệm cao su silicon (septum) chịu nhiệt vào một buồng hóa hơi (injector). Buồng này được đốt nóng với nhiệt độ thích hợp và được nối với cột tách.
Đối với các cột tách thông thường, cỡ mẫu thường thay đổi từ một vài đến 20µl. Cột mao quản đòi hỏi lượng mẫu đưa vào nhỏ hơn nên trong trường hợp này hệ thống chia dòng mẫu được thiết kế trong bộ injector được sử dụng để chỉ giao một phần nhỏ lượng mẫu được tiêm đi vào cột, phần còn lại được thải ra ngoài.
1.3. Cột sắc ký
Trong thực tế có nhiều dạng cột tách khác nhau nhằm thỏa mãn các mục đích nghiên cứu. Nói chung, cột tách sắc kí cần thỏa mãn các yêu cầu sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đảm bảo trao đổi chất tốt giữa pha động và pha tĩnh nhờ việc tối ưu hóa các thông số của phương trình Van Deemter.
Độ thấm cao tức có độ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ khí mang nhất định.
Khả năng tải trọng cao của cột.
Có khoảng nhiệt độ sử dụng rộng và chịu được nhiệt độ cao.
2. Ưu điểm của cột nhồi và cột mao quản
a. Cột nhồi
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 50 Nhóm 2
Ưu điểm
Cột thường được làm bằng thép không rỉ, nicken, thủy tinh với đường kính khoảng từ 3 đến 6 mm và chiều dài khoảng từ 1 đến 5m.
Cột nhồi chứa các hạt chất mang rắn được phủ một lớp pha tĩnh lỏng hoặc bản thân hạt rắn là pha tĩnh. Chất mang rắn thường là diatomite đã được silan hóa để giảm liên kết hydro với các chất phân cực
Kích thước hạt đồng nhất sẽ làm giảm chiều cao cột và tăng độ phân giả. Cỡ hạt nhỏ sẽ làm giảm thời gian cân bằng hòa tan nhờ vậy làm cải thiện hiệu quả của cột. Tuy nhiên, nếu kích thước hạt càng nhỏ thì càng ít không gian trống giữa các hạt và áp suất để ép pha động qua cột phải càng cao.
Kích thước hạt được biểu diễn theo micromet, tức là cở lưới mà hạt có thể đi qua hoặc bị giữ lại trên sang. Ví dụ các hạt cở 80/100 mesh đi qua được cở sàng 80 mesh (170µm) nhưng không đi qua được cở 100 mesh (150 µm).Yêu cầu của chất mang rắn là không tham gia vào sự tách và có khả năng giữ được pha tĩnh ( không ít hơn 10 %). Một số loại chất mang rắn:
o Có hai điều quan trọng cần chú ý khi chọn một chất mang là: cấu trúc và đặc tính bề mặt.
o Cấu trúc góp phần vào hiệu quả của chất mang, trong khi các đặc trưng bề mặt chi phối sự tham gia của chất mang vào kết quả của việc tách.
o Các chất mang phải là các chất trơ về mặt hóa học với tất cả các loại mẫu.
Có hai vấn đề chung của các chất mang:
Thứ nhất, tương tác bề mặt chất mang (hấp phụ hoặc xúc tác) chính là nguyên nhân gây ra những pic có đuôi hoặc biến dạng. Chính những nhóm -OH hay GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 51 Nhóm 2
oxit trên bề mặt chất mang là nguyên nhân của những tương tác đó. Có thể che các nhóm này bằng một lượng nhỏ pha lỏng phân cực. Nhưng cách tốt nhất hiện nay là silan hóa với các thuốc thử DMCS (dimethyl dichorosilan) hoặc HMDS (hexamethyl disilazane).
Thứ hai, kích thước hạt càng nhỏ thì số hạng A trong phương trình Van Deemter càng nhỏ, nhưng sự chệnh lệch áp suất trong cột sẽ tang vượt khỏi giới hạn làm việc thực tế. Hiệu suất cột chỉ có thể cải thiện nếu dùng các hạt có kích thước như nhau.
b. Cột mao quản
Ưu điểm
Đa số các phép phân tích trong sắc kí khí sử dụng các cột mao quản dài từ 15 đến 100m và đường kính trong rất nhỏ từ 0.10 đến 0.53 mm. Các cột này được chế tạo từ thủy tinh oxit tinh khiết nấu chảy có mức độ liên kết ngang cao hơn nhiều so với thủy tinh thường nên bền và chịu được nhiệt độ cao đến 350oC. Lực căng cao của ống thủy tinh cho phép chế tạo các cột có thành mỏng và dễ uốn.
Các cột mao quản mở có lớp phim mỏng tráng trên thành ống cung cấp độ phân giải cao hơn, thời gian phân tích ngắn hơn và độ nhạy cao hơn cột nhồi nhưng chúng có dung lượng thấp hơn cho các mẫu. Cột mao quản mở hẹp cung cấp độ phân giải cao hơn cột mao quản mở rộng hơn nhưng chúng đòi hỏi áp suất cao hơn để hoạt động và có dung lượng cho mẫu nhỏ hơn.
Nhược điểm
Lớp phim mỏng lỏng pha tĩnh dày khoảng từ 0.1 đến 5 µm trên bề mặt bên trong. Nếu GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 52 Nhóm 2
giảm độ dày của lớp phim này sẽ làm tăng độ phân giải, giảm thời gian lưu và giảm dung lượng cho mẫu.
Cột mao quản được làm bằng polyamide và fused silica
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 53 Nhóm 2
Minh họa cấu trúc bên trong của các cột nhồi và cột mao quản
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 54 Nhóm 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 55 Nhóm 2
GVHD SVTH Huỳnh Thị Hồng Hoa 56 Nhóm 2