2. HỆ THỐNG SẮC KÝ KHÍ
2.6.10 Các thơng số quan trọng của detector
Phân tích định tính trong sắc ký khí chỉ cần peak khơng bị biến dạng nhiều nhằm xác định chính xác đỉnh pic, cịn trong phân tích định lượng thì u cầu đạt cao hơn như độ lặp lại, độ so sánh, độ chính xác. Để đáp ứng được các yêu cầu đĩ, cần
độ trong detector, tỷ lệ giữ khí đốt và khí mang cũng như thế phân cực khi dùng detector FID.
Sự đáp ứng (độ nhạy thích ứng phụ thuộc vào chất) của một detector khơng được phụ thuộc qua về mặt kĩ thuật. Và điều quan trọng hơn cả đối với phân tích định lượng là độ tuyến tính của detector.
Để nhận biết và xác định lượng vết thì sự “nhạy cảm” của detector là quyết định.
Thể tích chết của detector: thể tích của loại detector nhạy cảm với nồng độ
(TCD) trước hết phải được chứa đầy bởi hỗn hợp khí mang và mẫu, tức là trước khi xuất hiện cực đại của pic, được gọi là thể tích chết của detector. Nĩi cách khác, lẽ ra sau khi các cấu tử ra khỏi cột phải được chuyển ngay thành tính hiệu nhưng chúng phải được lắp đầy thể tích của chính bản thân detector rồi mới được phát hiện.
Thể tích chết của detector cần phải được hạn chế đến cực tiểu nên độ lớn của detector được lựa chọn thích hợp với dịng khí mang thơng thường. Chính vì vậy, detector TCD thơng thường khơng được dử dụng cho sắc ký mao quản vì tốc độ dịng quá nhỏ. Gần đây dã chế tạo được detector TCD cực nhỏ thích hợp cho cột mao quản. Ngược lại, thể tích chết của loại detector phụ thuộc vào tốc độ khối (mass flow) thường rất nhỏ nên chúng rất thích hợp để áp dụng cho cột mao quản, ví dụ như FID và ECD.
Thời gian đáp ứng là thời gian cần thiết để cho tín hiệu điện tương ứng với
nồng độ nhất định trong pha khí được thiết lập. Thời gian này đối với detector FID là 0,001s và với detector TCD là 0,1s.
Khỏang tuyến tính: đây là thơng số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng
của bất kì một loại detector nào. Nĩ bao gồm phạm vi kể từ nồng độ lớn nhất (mà vẫn cịn được ghi nhận trung thành với tỷ lệ chuyển hĩa đại lượng khơng điện thành đại lượng điện) cho tới nồng độ nhỏ nhất vẫn cịn phân biệt rõ ràng so với can nhiễu của đường nền.
Khỏang tuyến tính của một detector được coi là lớn, nếu như:
- Can nhiễu đường nền nhỏ và do vậy khả năng phát hiện của detector này lớn.
- Các lượng chất nhỏ nhất cũng như các lượng chất lớn nhất được phát hiện với “khả năng đáp ứng” (tỷ lệ chuyển hĩa đại lương khơng điện thành đại lượng điện) như nhau.
Thơng thường, khỏang tuyến tính của detector TCD là 104, cịn khỏang tuyến tính của detector FID mở rộng tới 107. Do vậy, detector FID đặc biệt thích hgợp với phân tích lượng vết.
Ngồi ba loại detector thơng dụng kể trên, tùy theo nhu cầu cần thiết, cịn cĩ thể sử dụng các loại detector như: detector quang kế ngọn lửa (FPD) dùng để phát hiện
chọn lọc các hợp chất chứa lưu hùynh và photpho, detector ion hĩa ngọn lửa muối kiềm (AFID) chọn lọc các chất chứa nitơ và photpho, detector điện hĩa theo hiệu ứng Hall (HECD).
2.7. Hệ thống ghi nhận và xử lý số liệu
Từ những tín hiệu được ghi nhận từ detector sẽ đi qua hệ thống khuyếch đại, sau đĩ qua hệ thống chuyển đổi tín hiệu, đưa tín hiệu vào máy tính. Ở đĩ ta cĩ thể xử lý số liệu và xuất dữ liệu ra được.
Hình 32. Hệ thống ghi nhận và xử lý số liệu 3. TIẾN TRÌNH PHÂN TÍCH SẮC KÝ KHÍ
Do cĩ nhiều thơng số ảnh hưởng đến quá trình sắc ký nên cĩ thể gây khĩ khăn cho người mới bắt đầu làm phân tích sắc kí khí với một đối tượng cụ thể nào đĩ. Trật tự tiến hành phép phân tích GC cần xem xét theo thứ tự sau:
Xác định mục tiêu phân tích
Chuẩn bị mẫu
Chọn detector
Chọn cột
Chọn phương pháp bơm mẫu
Chương trình hĩa nhiệt độ và áp suất
3.1 Xác định mục tiêu phân tích
- Mục tiêu của phép phân tích là phân tích định tính hay định lượng?
- Cĩ cần hy sinh độ phân giải để rút ngắn thời gian phân tích?
- Cần phân tích định lượng chỉ một cấu tử hoặc nhiều cấu tử trong mẫu và cĩ cần độ chính xác cao khơng?
- Chất phân tích hiện diện trong mẫu ở nồng độ thích hợp hoặc cần cĩ những kỹ thuật đặc biệt (cơ mẫu và một detector rất nhạy) cho phân tích siêu vết.
3.2 Chuẩn bị mẫu: Các mẫu trong thực tế rất phong phú và thường cĩ thành phần
phức tạp:
- Cĩ mẫu cĩ hàm lượng tương tự nhau nhưng cũng cĩ mẫu bên cạnh cấu tử chính
mẫu cịn chứa một số cấu tử với hàm lượng vết.
- Cĩ mẫu cĩ các cấu tử với nhiệt độ sơi khác nhau trong một khoảng rộng.
- Mẫu cĩ thể ở dạng dung dịch nhưng cũng cĩ ở dạng khí hoặc dạng rắn.
- Mẫu chứa nhiều cấu tử phân cực hoặc chứa nhiều cấu tử ít hoặc kém phân cực.
- Làm sạch mẫu
Chìa khĩa để cĩ một quá trình sắc ký thành cơng cho một mẫu phức tạp là cần phải làm “sạch” nĩ trước khi giới thiệu nĩ vào cột.
Các phương pháp như vi chiết pha rắn, chiết lỏng - lỏng, chiết rắn - lỏng, sự giải hấp nhiệt các các cấu tử dễ bay hơi và nhiều phương pháp mới khác giúp cơ lập những cấu tử cần phân tích trong mẫu phức tạp từ những chất cản trở.
Các phương pháp này giúp cơ lập và làm giàu các cấu tử cần phân tích đến mức độ cĩ thể dị tìm được. Nếu ta khơng làm “sạch” mẫu thì sắc ký đồ thu được sẽ chứa một rừng các peak kém phân giải và các cấu tử khơng bay hơi sẽ cịn giữ trong cột và phá hủy các cột đắt tiền.
3.3 Chọn Detector
Vấn đề đặt ra là cần biết mọi thơng tin trong mẫu hay chỉ cần một detector chuyên biệt dị tìm một hoặc một nhĩm các cấu tử đặc biệt nào đĩ trong mẫu.
Detector được sử dụng rộng rải nhất là detector khối phổ nhưng đắt tiền. Detector ion hĩa ngọn lửa cũng là loại được dùng phổ biến nhất nhưng nĩ chỉ đáp ứng tốt cho hợp chất chứa mạch cacbon dài hoặc các hydrocacbon. Loại này khơng nhạy như detector bắt electron hoặc detector huỳnh quang. Detector ion hĩa ngọn lửa địi hỏi mẫu phải chứa lớn hơn 10 ppm chất cần phân tích cho phân tích tiêm mẫu chia dịng.
Detector dẫn nhiệt là cách phổ biến nhất để dị tìm các chất nhưng nĩ khơng đủ nhạy cho những cột mao quản mở cĩ độ phân giải cao. Các detector nhạy cho phân tích siêu vết chỉ đáp ứng với một loại hợp chất nào đĩ thơi. Ví dụ detector bắt electron là loại đặc biệt cho các hợp chất chứa halogen, cacbonyl lien hợp, nitril, và hợp chất nitro.
Nếu chỉ cần biết những thơng tin định tính để nhận diện các chất rửa giải, các detector khối phổ và hồng ngoại là những chọn lựa tốt. Detector hồng ngoại giống detector đo độ dẫn nhiệt thường khơng đủ nhạy cho những cột mao quản mở.
3.4 Chọn cột
Những chọn lựa chính là pha tĩnh, đường kính cột và chiều dài cột.
Chọn pha tĩnh theo nguyên tắc các chất cĩ cấu tạo càng giống nhau thì tương tác tốt với nhau. Các pha tĩnh khơng phân cực được sử dụng nhiều. Pha tĩnh cĩ độ phân cực trung bình được sử dụng hầu hết những phép tách mà pha tĩnh khơng phân cực khơng thể.
Đối với những hợp chất phân cực cao thì một cột phân cực mạnh là cần thiết. Các đồng phân quang học và những hợp chất cĩ cấu trúc hình học gần giống nhau địi hỏi những pha tĩnh đặc biệt cho phép tách này.
Giữa đường kính cột và bề dày của lớp phim cĩ mối quan hệ trong việc ảnh hưởng đến độ phân giải. Độ phân giải cao nhất cĩ thể đạt được bởi những cột hẹp nhất với pha tĩnh mỏng nhất.Sự kết hợp này làm giảm thiểu độ trở kháng đối với sự chuyển khối (số hạn C trong phương trình Van Deemter) trong cả hai pha tĩnh và pha động nhờ vậy làm giảm chiều cao đĩa lý thuyết.
Các cột hẹp và lớp phim mỏng đặc biệt thích hợp cho việc tách các hỗn hợp của các chất cĩ nhiệt độ sơi cao nên bị lưu giữ quá mạnh trên các cột cĩ lớp phim mỏng. Các thời gian lưu ngắn cung cấp những phép phân tích nhanh. Tuy nhiên, các cột hẹp cĩ lớp phim mỏng cĩ dung lượng mẫu rất thấp, địi hỏi những detector cĩ độ nhạy cao (detecter ion hĩa ngọn lửa cĩ thể khơng tương thích), khơng lưu giữ tốt những hợp chất dễ bay hơi và cĩ thể chịu những ảnh hưởng do những vị trí hoạt động trên bề mặt cĩ thể bị lộ ra.
Các cột cở hẹp cĩ lớp phim dày cung cấp một thỏa hiệp tốt giữa độ phân giải và dung lượng mẫu.Chúng cĩ thể được sử dụng với nhiều detector (nhưng thường khơng phải các detector đo độ dẫn điện hoặc hồng ngoại) và với những hợp chất dễ bay hơi. Các thời gian lưu giữ dài hơn so với cột cĩ lớp phim mỏng.
Các cột cở rộng và cĩ lớp phim dày được địi hỏi cho việc sử dụng các detector đo độ dẫn điện và hồng ngoại. Chúng cĩ dung lượng mẫu cao và cĩ thể xử lý các hợp chất dễ bay hơi nhưng cho độ phân giải thấp và thời gian lưu giữ lâu.
Nếu một cột chuyên biệt đáp ứng với hầu hết những yêu cầu đặt ra nhưng khơng cung cấp đủ độ phân giải thì cột dài hơn cùng loại cĩ thể được sử dụng. Chiều dài gấp đơi của cột làm tăng gấp đơi số đĩa lý thuyết và theo phương trình tính độ phân giải thì làm tăng độ phân giải lên √2 lần. Điều này khơng phải là cách tốt nhất để tăng độ phân giải bởi vì nĩ làm tăng gấp đơi thời gian lưu.
Việc sử dụng một cột hẹp hơn hoặc lớp pha tĩnh mỏng hơn sẽ làm tăng độ phân giải mà khơng kéo dài thời gian lưu giữ. Việc thay đổi pha tĩnh làm thay đổi hồn tồn sự lưu giữ tương đối của những hợp chất khác nhau (α trong phương trình…) và cĩ thể phân giải các cấu tử đang quan tâm.