36
Sắc ký khí là phương pháp sắc ký mà pha động thường là khí và pha rắn là chất rắn hấp phụ.
Sắc ký khí thường dùng để xác định các chất dễ bay hơi (𝑡𝑠𝑜 < 350℃).
Pha tĩnh
Pha tĩnh của phương pháp sắc ký khí thường là các chất bền nhiệt, không bốc hơi hay phân hủy ở nhiệt độ khảo sát. Thông thường pha tĩnh trong sắc ký khí thường là sườn Dimathyl polysiloxan, để thay đổi độ phân cực người ta thay bằng nhóm metyl (-CH3) bằng các nhóm phenyl, rượu, amin, xeton…
Phân loại pha tĩnh:
- Pha tĩnh không phân cực: squalan, mỡ apiezon, dimetyl polysiloxan. - Pha tĩnh phân cực kỵ nước: thay thế bới các nhóm este, nitrit, amin… - Pha tĩnh phân cực háo nước: thay các nhóm metyl bằng nhóm rượu, amin.
Pha động
Pha động hay còn gọi là khí mang, khí mang phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Trơ đối với cấu tử khảo sát.
- Có tỷ khối nhỏ, độ nhớt thấp để tăng tốc độ khí mang. - Có độ tinh khiết cao, thông thường > 99,99%.
- Khí mang nào cho cực tiểu càng trải rộng càng tốt.
- Những loại khí mang thường dùng: He, H2, N2,… Trong đó, He là khí mang tốt nhất, H2 dễ gây cháy nổ, N2 rẻ tiền nhưng tách không tốt.
Khí mang
Khí mang thường được sử dụng trong bình nén, chịu áp cao, bình có van đo áp suất bên trong và bên ngoài bình, điều chỉnh lưu lượng khí.
Người ta phân biệt các bình khí dựa vào màu sắc của vỏ bình: - Bình khí H2 có màu đỏ.
- Bình khí N2 có màu xanh. - Bình khí He có màu nâu.
Các khí mang này phải đảm bảo có độ tinh khiết cao, khí trước khi vào cột phải được bẫy ẩm.
Cột sắc ký khí
Trong sắc ký khí thường sử dụng 2 loại cột là cột nhồi và cột mao quản: -Cột nhồi dài từ 2 ÷ 3m, đường kính từ 2 ÷ 3mm, cột thường làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc Teflon, trong cột nhồi những hạt rắn, hình cầu diện tích riêng của hạt > 1m2 /gam. Cột có thể ở dạng thẳng, hình chữ U hoặc dạng xoắn. Cột nhồi có hiệu quả tách thấp, thường được dùng cho các mẫu có thành phần đơn giản, cột nhồi không thể phân tích ở hàm lượng vết.
-Cột mao quản có chiều dài từ 10 ÷ 100m, đường kính từ 0,2 ÷ 0,3mm, trên thành trong của cột được phủ một lớp pha tĩnh rất mỏng từ 0,03 ÷ 0,1mm. Cột mao quản thường được làm từ những tinh thể silicat có độ tinh khiết cao. Trong cột mao
37
quản, trờ lực dòng khí bị giảm đáng kể so với cột nhồi nên có khả năng tăng chiều dài cột và hiệu quả tách cũng tăng theo.
Chính vì vậy nên cột mao quản được sử dụng để phân tích hỗn hợp nhiều chất khác nhau.
Detector (Đầu dò)
Đây là bộ phận vô cùng quan trọng trong phương pháp sắc ký khí. Có các loại detector phổ biến hiện nay như:
- Detector ion hóa ngọn lửa (FID). - Detector dẫn nhiệt (TCD).
- Detector bắt giữ điện tử (ECD).
Buồng ổn nhiệt
Có khả năng gia nhiệt và hạ nhiệt rất nhanh. Buồng nhiệt chứa cột vì vậy phải có nhiệt độ hoạt động thấp hơn nhiệt độ giới hạn.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của sắc ký khí
Sơ đồ hệ thống sắc ký khí cơ bản được mô tả trong Hình 2.9. Trong luận văn này được thực hiện sắc ký trên máy sắc ký khí Thermo Focus (Italia) của phòng thí nghiệm D8, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Máy sắc ký sử dụng cột mao quản, detector TCD, FID, khí mang He.
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý của sắc ký khí
Bảng 2.3. là chương trình phân tích của máy sắc ký khí được áp dụng trong bản luận văn.
Bảng 2.3. Chương trình phân tích của máy sắc ký khí (để xác định nguyên liệu và sản phẩm của phản ứng chuyển hóa metan)
Chương trình nhiệt độ
Nhiệt độ đầu 40℃
Thời gian giữu nhiệt độ đầu 1 phút Tốc độ gia nhiệt 30℃/phút
38
Thời gian giữ nhiệt độ cuối 7,17 phút
Detector
Chủng loại TCD, FID
Nhiệt độ 170℃
Lưu lượng N2 35ml/phút
Lưu lượng He 20ml/phút
Bảng 2.4. thể hiện thời gian lưu của các chất tham gia và sản phẩm mà các detector TCD và FID có thể phát hiện thấy.
Bảng 2.4. Thời gian lưu của các chất trên detector TCD và FID
Sản phẩm Thời gian lưu (phút)
Detector FID Detector TCD
CO2 - 1.75
Methane 1,30 1,30
C2H4 2,02 2,29
C2H6 - 2,10
Hình 2.9. Sắc ký đồ đặc trưng của sản phẩm chính C2H4 và sản phẩm phụ trên detector FID với mẫu SrTiO3 ở 800℃
Hình 2.9. và Hình2.10. thể hiện kết quả tín hiệu sắc kí đồ thu được của các khí có trong phản ứng.
39
Hình 2.10. Sắc ký đồ của CH4, COx trên detector TCD với mẫu SrTiO3 ở 800℃