2. HỆ THỐNG SẮC KÝ KHÍ
3.6 Chương trình hĩa nhiệt độ và áp suất
3.6.1 Những thuận lợi của chương trình hĩa nhiệt độ cột
Cột sắc ký hoạt động ở nhiệt độ khơng đổi cĩ một số điểm bất lợi:
Nếu nhiệt độ được chọn quá thấp, những peak hịa tan đầu tiên sẽ cĩ khoảng cách rất gần nhau, trong khi đĩ các cấu tử bị lưu giữ mạnh sẽ cĩ các pic bị dỗng rộng và nằm thấp. Ngồi ra nếu nhiệt độ cột hơi thấp thì thời gian phân tích sẽ tăng theo cấp số nhân.
Khi phân tích hỗn hợp gồm các cấu tử cĩ nhiệt độ sơi khác nhau nằm trong một khoảng hẹp thì việc chọn nhiệt độ cho cột ở chế độ khơng đổi khơng thực sự khĩ khăn. Tuy nhiên, đối với những mẫu phức tạp nhiều cấu tử cĩ khoảng nhiệt độ sơi rộng thì khơng thể dùng chế độ nhiệt độ cột khơng đổi.
Nếu chọn nhiệt độ thích hợp cho các cấu tử cĩ điểm sơi thấp thì các cấu tử cĩ điểm sơi cao sẽ bị lưu giữ lâu trong cột tách dẫn đến pic của chúng bị dỗng rộng. Ngược lại nếu thực hiện việc tách ở nhiệt độ cao thì các cấu tử cĩ điểm sơi cao sẽ rửa giải nhanh và cĩ độ phân giải tốt, nhưng các cấu tử cĩ điểm sơi thấp thì bị tách chậm và cĩ độ phân giải kém, thậm chí nhiều pic bị chập lên nhau.
Những cấu tử lưu giữ mạnh cĩ thể được nhanh chĩng rửa giải nếu chọn nhiệt độ cao hơn và cũng cải thiện khả năng dị tìm chúng. Tuy nhiên, nếu làm như vậy thì các cấu tử cùng bị rửa giải tăng lên dẫn đến các pic cũng sít gần nhau và sẽ làm mất độ phân giải cho các peak ở đầu sắc ký đồ. Trở ngại này cĩ thể được giải quyết trong GC bằng chương trình hĩa nhiệt độ, ở đây nhiệt độ của cột trong lị được tăng dần tại một tốc độ tuyến tính suốt q trình phân tích.
Chương trình hĩa nhiệt độ cĩ một vài ưu điểm:
Nĩ làm giảm thời gian tiến hành phân tích và cải thiện khả năng dị tìm của các cấu tử (peak sẽ nhọn hơn và cĩ các dải cách đều nhau trong cả sắc ký đồ).Trong trường hợp các mẫu khơng biết thành phần hoặc mẫu phức tạp, những cấu tử cĩ nhiệt độ sơi cao nếu ở điều kiện đẳng nhiệt cĩ thể khơng rửa giải được hoặc khơng thể dị tìm, thì cĩ thể thể hiện một thời gian lưu giữ thích hợp hơn.
Chương trình hĩa nhiệt độ cũng cĩ thể giúp rửa sạch một cột bị nhiễm bẩn các cấu tử cĩ nhiệt độ sơi cao trong những lần tiêm trước. Chương trình hĩa nhiệt độ thường thiết lập nhiệt độ cho cột tách tương ứng với nhiệt độ của cấu tử cĩ nhiệt độ sơi thấp nhất, thích hợp là dưới 90oC. Sau đĩ nhiệt độ được nâng lên theo tốc độ chọn trước cho đến nhiệt độ cuối cùng tương ứng với nhiệt độ của cấu tử cĩ điểm sơi cao nhất. Khi nhiệt độ của cột tăng lên thì các cấu tử sẽ lần lượt tách khỏi cột vào thời điểm nhiệt độ của cột đạt đến nhiệt độ sơi của từng cấu tử.
Cĩ ba kiểu chương trình hĩa nhiệt độ được sử dụng trong sắc ký khí: kiểu đường đạn (ballistic), kiểu tuyến tính và kiểu đa tuyến tính.
Chương trình kiểu đạn đạo diễn ra khi một lị (oven) được duy trì tại một nhiệt độ đà nhanh chĩng thay đổi đến một nhiệt độ cao hơn (đường A), và thỉnh thoảng được sử dụng cho việc điều kiện hĩa cột sắc ký khí rắn sau khi nĩ được sử dụng trong một thời gian dài. Tuy nhiên, một cột sắc ký được duy trì ở tại nhiệt độ cao sau đĩ nhanh chĩng nâng nhiệt độ lên cao thì lớp phim pha tĩnh cĩ thể bị phá hủy do bị sốc
Chương trình hĩa nhiệt độ được sử dụng rộng rải nhất là kiểu tuyến tính (đường B). Bắt đầu từ nhiệt độ thấp và được duy trì đẳng nhiệt trong một khoảng thời gian nào đĩ, sau đĩ nhiệt độ trong lị chứa cột được tăng với một tốc độ tuyến tính đến một nhiệt độ cuối cùng được chọn sẵn. Nhiệt độ cuối cùng này cũng được duy trì trong một khoảng thời gian cụ thể nào đĩ. Nhiệt độ ban đầu và tốc độ tăng tuyến tính sau đĩ được xác định từ một phép phân tích thăm dị trước đĩ với ghi chú những nhiệt độ rửa giải. Sự chọn lựa những điều kiện ban đầu thích hợp sẽ cho phép việc tách những chất cĩ nhiệt độ sơi thấp, trong khi đĩ nhiệt độ cuối cùng được chọn nên đủ lớn để rửa giải được nhiều hơn những cấu tử bị lưu giữ mạnh (lưu ý giới hạn nhiệt độ cao nhất của pha tĩnh).
Kiểu đa tuyến tính được thực hiện trong một vài trường hợp để dị tìm hoặc tăng cường độ phân giải trong một phép tách, nhưng được sử dụng thơng dụng hơn trong việc kết hợp với tiêm mẫu trên cột.
Trong chương trình hĩa nhiệt độ, nhiệt độ của một cột được tăng suốt quá trình tách để tăng áp suất hơi của chất hịa tan và nhờ đĩ giảm thời gian lưu của những cấu tử bị rửa giải chậm. Một ví dụ được trình bày trong hình 6. Tại nhiệt độ hằng định 150 oC, các hợp chất dễ bay hơi hơn xuất hiện gần nhau và các hợp chất ít bay hơi cĩ thể thậm chí khơngbị rửa giải từ cột. Nếu nhiệt độ được cho tăng từ 50 oC đến 250 oC với tốc độ tăng 8oC/phút, tất cả các cấu tử được rửa giải và các peak xuất hiện khá đều. Cần tránh tăng nhiệt độ lên quá cao để ngăn sự phân hủy nhiệt của chất phân tích và pha tĩnh.
Hiện nay, các máy sắc ký phần lớn đều được trang bị các bộ điện tử kiểm sốt áp suất cĩ thể chương trình hĩa của các khí mang đi vào cột. Sự tăng áp suất vào cột làm tăng tốc độ pha động và nhờ vậy làm giảm thời gian lưu.
(a) tách đẳng nhiệt của các ankan tương tự ở 150oC. Cột 3% Apiezon-L on 100– 120 mesh VarAport 30. Khí mang helium ở 10 ml min–1.
(b) Mẫu và cột như (a) nhưng nhiệt độ tách được chương trình hĩa cho thấy độ phân giải cao hơn và thời gian ngắn hơn.