Chương 1 : KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

63
Chương 1: KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

description

Chương 1 : KỸ THUẬT PHÂN TÁCH. 1.1 . P hân tích sắc ký. 1.1.1. Nguyên lý cơ bản - Sắc ký là kỹ thuật tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp dựa trên ái lực khác nhau của mỗi cấu tử đối pha tĩnh và pha động + pha tĩnh: có tác dụng giữ cấu tử cần tách (lớp chất cố định) - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Chương 1 : KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Page 1: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Chương 1: KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Page 2: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

1.1. Phân tích sắc ký1.1.1. Nguyên lý cơ bản- Sắc ký là kỹ thuật tách các cấu tử ra khỏi

hỗn hợp dựa trên ái lực khác nhau của mỗi cấu tử đối pha tĩnh và pha động

+ pha tĩnh: có tác dụng giữ cấu tử cần tách (lớp chất cố định)

+ pha động: có tác dụng kéo cấu tử cần tách ra khỏi cột (chất lỏng, khí)

Page 3: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

PPPT sắc ký Được phát minh vào năm 1903 bởi

Tswett (1872-1919) Ưu điểm:+ khả năng phân tách cao, có thể tách

những chất rất giống nhau về mặt hóa học lẫn vật lý

+ là 1 trong những PPPT mạnh nhất

Page 4: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Cột sắc ký

Page 5: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Thứ tự ra khỏi cột Hợp chất có ái lực nhiều với pha động thì có

xu hướng ra khỏi cột trước Hợp chất có ái lực nhiều với pha tĩnh thì bị

giữ lại lâu hơn trong cột và ra sau

Page 6: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký đồ

Page 7: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Phân loại sắc ký

Phân loại dựa trên trạng thái của pha động:

- Sắc ký lỏng: + pha động: chất lỏng+ pha tĩnh: rắn, lỏng- Sắc ký khí+ pha động: chất khí+ pha tĩnh: rắn, lỏng

Page 8: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Phân loại sắc kýTheo cơ chế của quá trình tách: Sắc ký hấp phụ Sắc ký phân bố Sắc ký trao đổi ion Sắc ký rây phân tử

Page 9: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Các đại lượng cơ bản

t M

t R

t’R

W

Page 10: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Thời gian lưu tR , thể tích lưu VR

- Sắc đồ: kết quả của quá trình tách sắc ký. Mỗi peak của sắc đồ ứng với 1 hoặc 1 nhóm cấu tử của hỗn hợp cần tách.

- Thời gian lưu tR: thời gian từ khi tiêm mẫu đến khi ghi nhận được cực đại của mũi sắc ký

- Thời gian lưu chết tM: thời gian 1 chất hoàn toàn không tương tác với pha tĩnh hay cũng là thời gian di chuyển của pha động từ đầu cột đến cuối cột.

Page 11: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Thời gian lưu hiệu chỉnh t’R: là thời gian chất bị lưu giữ trong pha tĩnh

tR = t’R + tM = tM (1+K’)VR = VM (1+K’)

- Thời gian lưu và thể tích lưu hiệu chỉnh của mẫu:

t’R = tR - tMV’R = VR - VM

Thời gian lưu hiệu chỉnh t’R , thể tích lưu hiệu chỉnh V’R

Page 12: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Hệ số phân bố K

CS : nồng độ chung của chất tan trong pha tĩnh

CM : nồng độ của chất tan trong pha động K càng lớn nghĩa là chất bị hấp phụ càng

nhiều, chất chuyển động càng chậm K chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất

tan, pha tĩnh và nhiệt độ mà không phụ thuộc vào kiểu cột tách

'.S S M

M M S

C n VK KC n V

Page 13: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Hệ số chứa (dung lượng) K’

nS, nM : số mol của chất tan trong pha tĩnh, pha động

: tỉ số pha t’R : thời gian lưu hiệu chỉnh tM : thời gian chết- K’ biểu diễn mối tương quan giữa thời gian của chất

tan lưu lại trong pha tĩnh so với trong pha động.- K’ lớn: cột tách tốt nhưng thời gian phân tích kéo dài

và vùng bị giãn rộng

'' S R

M M

n t KKn t

Page 14: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Số đĩa lý thuyết N trong cột sắc ký

Biết: : độ lệch chuẩn của peak - Trong TH lý tưởng, peak có dạng

hình Gauss, ta có độ rộng của peak:

+tại điểm uốn: Wi = 2 +tại một nửa chiều cao: Wh = 2,355+ tại đáy peak: Wb = 4 - Ta có các công thức sau:

2RtN

2

h

2

b

5,545W

16W

R

R

tN

tN

Page 15: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Số đĩa lý thuyết N trong cột sắc ký- N càng lớn nghĩa là số lượng các cân bằng tăng

thì hiệu quả phân chia trên cột sắc ký tăng lên, bề rộng đáy càng nhỏ, peak càng nhọn, định lượng chúng càng chính xác.

- Sắc ký lỏng: N < 20.000- Sắc ký khí: N > vài trăm ngàn? Sắc ký khí tách tốt hơn sắc ký lỏng ?- Chiều cao tương đương với đĩa lý thuyết:

H = L / NL: chiều dài cột sắc ký

Page 16: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Độ chọn lọc - Độ chọn lọc : dùng để đánh giá 2 chất

có tách được hay không

: phụ thuộc vào pha tĩnh, pha động và bản chất của chất tan

- Pha tĩnh phải có cùng bản chất với chất tan để giữ chúng lại

2 2

1 1

' 1'

K KK K

Page 17: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Hệ số phân giải Rs

Hệ số phân giải Rs: dùng để đánh giá 2 peak liên tiếp có thể tách được hay không (tốt nhất Rs = 1,5)

2 1

1 2b b

1W W

2

R Rs

t tR

Page 18: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Khả năng tách các chất Biểu thức liên hệ giữa 4 đại lượng

trên:2

2

'N 14 1 '

sKRK

Page 19: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Ứng dụng của PP sắc ký Định tínhCấu tử được tính theo giá trị tR. So sánh

tR của mẫu và tR của cấu tử chuẩn trong cùng đk đo trên máy.

Định lượng: bằng cách so sánh với dd chuẩn:

- Chiều cao h của mũi (hẹp và đối xứng)- Diện tích mũi S

Page 20: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Các ứng dụng của sắc ký

Phân tích dựa vào chiều cao peak

Phân tích dựa vào diện tích peak

Xây dựng đường chuẩn (calibration with standards)

Phương pháp chuẩn nội (internal-standard)

Page 21: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Máy sắc ký

GC – máy sắc ký khí HPLC – máy sắc ký lỏng sắc ký trao đổi ion

Page 22: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Sắc ký khí Gas-Liquid Chromatography (GLC)

hoặc là Gas Chromatography (GC)

Bốc hơi mẫu

Tách các cấu tử trong cột nhờ vào sự phân bố trong pha động và pha tĩnh

Pha động: pha khí (N2, He, Ar…)

Pha tĩnh: pha rắn hoặc pha lỏng phủ lên pha rắn được giữ ở trong cột Phương pháp công cụ để phân tách và xác định các

hợp chất hóa học

Page 23: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Mẫu (sample) phân tích được:

- Đưa vào bộ phận nạp mẫu (heated injector)

- Di chuyển qua một cột phân tách (seperating column) nhờ một dòng khí mang trơ (inert carrier gas)

- Phát hiện và ghi lại

dưới dạng các peaks

khi các cấu tử đi ra

khỏi cột

Page 24: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

T=0

T=10’

T=20’

InjectorInjector DetectorDetector

MostMost Interaction with Stationary Phase Interaction with Stationary Phase LeastLeast

Flow of Mobile PhaseFlow of Mobile Phase

T=0

T=10’

T=20’

InjectorInjector DetectorDetector

MostMost Interaction with Stationary Phase Interaction with Stationary Phase LeastLeast

Flow of Mobile PhaseFlow of Mobile Phase

Page 25: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Nguồn cung cấp khí mang (Carrier Supply)F = 25 – 150 ml.min-1: Cột nhồi (Packed column)F = 1 – 25 ml.min-1: Cột mao quản (Open-tubular or Capillary column)

- N2: chi phí thấp, an toàn

- H2: chi phí thấp, nguy cơ cháy nổ

- He: thông thường, đắt

- Ar: Bình chứa áp suất cao (pressurized tank)

- Dụng cụ điều chỉnh áp suất (pressure regulator)

- Điều khiển lưu lượng dòng khí (Flow controller)

Two stages pressure regulator

Page 26: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Nguồn cung cấp khí mang (Carrier Supply)

Thiết bị tách N2 từ không khí nén (Pure Nitrogen Generator)

- Thẩm thấu chọn lọc N2

- 0.5 ppm O2, > 0.5 ppm H2O, > 2.0 ppb halocarbons hoặc CxHy.

- Lưu kương tối đa 1 l/min. Áp suất 3,5 – 7 atm.

Thiết bị cung cấp khí H2 từ nước cất (Hydrogen Generators)

- Phương pháp điện phân (Electrolysis)

- Chất điện ly: polymer rắn (solid polymer electrolyte)

- H2 99.999%

- Khả năng lưu trữ H2: 4 litre

- Áp suất: 1,4 – 7 atm.

- Lưu lượng: 0 to 125 ml.min-1 và có thể đạt đến 1200 ml.min-1.

Page 27: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Hệ thống nạp mẫu (Sample Injection system)

Các yêu cầu:

- Lượng mẫu thích hợp

- Tốc độ nạp mẫu phải nhanh và mẫu nạp khi vào cột ở trạng thái khí

Giảm sự giãn peak (band broadenning) và tăng độ phân giải của cột

Microsyringe chuẩn (calibrated)

Septum: màng bằng cao su silicone

Gia nhiệt cho vùng nạp mẫu: T > 50°C của cấu tử có nhiệt độ sôi cao nhất

Thể tích nạp mẫu: 20 l đối với cột nhồi (packed column)

0,2 l hoặc nhỏ hơm đối với mao quản (open-tubular or capillary column)

Page 28: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Ổn nhiệt cột săc ký (Column Thermostating)

Mục đích: Bảo đảm tính lặp lại của thời gian lưu

Lò ổn nhiệt (thermostating oven)Topti.= f(Tsôi), Topti Tsôi với RT= 2 – 30 phút

Lò ổn nhiệt

Cột sắc ký

Nhiệt độ chương trình hóa (Temperature Programming)

Isothermal: mẫu đơn giản

Mẫu phức tạp: Tách các cấu tử của mẫu dựa vào sự thay đổi của T sôi

Page 29: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

So sánh sắc ký đồ ở hai chế độ: Isothermal và chương trình hóa nhiệt độ

Chương trình hóa nhiệt độ

Hệ số khả năng

Độ phân giải

Page 30: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Các vùng có gia nhiệt của hệ sắc ký khí (GC)

Page 31: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Kỹ thuật sắc ký

Một trong các thành phần cơ bản nhất: Detector (bộ dò tín hiệu). Chia 4 loại:

• Detetor ion hóa mẫu FID (ion hóa ngọn lửa)• Detetor dựa vào tính chất vật lý TCD (dẫn nhiệt).• Detetor quang học FPD• Detetor điện hóa ECD (công kết điện tử) Tín hiệu của Detetor phụ thuộc đặc tính của chúng. Detector nhạy cảm nồng độ tín hiệu nhận được phụ

thuốc tốc độ dòng khí đi qua: TCD, ECD, FPD.

Page 32: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Đầu dò (Detectors)

Một số yêu cầu:

Tín hệu thu đươc tuyến tính hoặc gần tuyến tính với lượng mẫu

Thời gian trả lời nhanh

Phát hiện đa dạng (universal detection)

Tín hiệu ra không phụ thuộc và nhiệt độ

Làm việc ổn định từ nhiệt độ thường đến 400°C (đối với GC)

Thermal Conductivity Detector (TCD) Flame Ionization Detector (FID) Electron Capture Detector (ECD) Nitrogen-Phosphorous Detector (NPD) Flame Photometric Detector (FPD): FID tweaked for S compounds Photoionization Detector (PID)

Page 33: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Detector dẫn nhiệt (TCD)• Detector TCD dựa vào tính chất độ điện dẫn.• Nguyên tắc: đo liên tục độ dẫn nhiệt của khí mang

(tinh khiết hoặc chứa cấu tử tách) giữa buồng đo và buồng so sánh có lắp các dây điện trở Vonfram hoặc Platin.

• Được ứng dụng rộng rãi có thể xđ hầu hết các chất tách từ cột sắc ký.

• Nhạy cảm nồng độ, giới hạn phát hiện 10-9g/ml.• Độ dẫn điện của He, H2 lớn hơn 6 – 10 lần so với

các hợp chất hữu cơ.

Page 34: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Thermal Conductivity Detector (TCD)

Sơ đồ nguyên lý

Measures heat loss from a hot filament – nearly universal Filament heated to const T When only carrier gas flows heat loss to metal block is constant, filament T remains constant When an analyte species flows past the filament generally thermal conductivity goes down, T of filament will rise. (resistance of the filament will rise).

Page 35: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Thermal Conductivity Detector (TCD)

Page 36: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Detector ion hóa ngọn lửa FID• Nguyên tắc: dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn

lửa H2 đặt trong một điện trường khi có chất hữu cơ chuyển qua.

• Các chất hữu cơ bị oxy hóa nhờ oxy không khí tạo các ion trái dấu tương ứng, chúng chuyển về các bản điện cực nằm 2 phía ngọn lửa.

CH* + O* CHO+e-

- Số lượng các ion phụ thuộc H2/không khí- Detector nhạy cảm khối lượng, không nhạy với khí vô cơ

N2, N2O, NO, CO2, CS2, COS- Độ nhạy là 10-12g/s, thích hợp phân tích các hydrocacbon

Page 37: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Flame Ionization Detector (FID)

Sensitive towards organics

Analyte is burned in H2/air, which produces CH and CHO+ radicals CHO+ radicals are reduced at a cathode which produces a current proportional to the radical quantity 10-12 A Specific for organic carbon, insensitive to inorganics, CO2, SO2 etc. Generally DL 100x less than TCD about pg/s (flow rate dependent) Response to specific organic depends on the number of organic carbons.

Page 38: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Detector công kết điện tử ECD• Detetor nhạy cảm nồng độ• Xác định các hợp chất chứa nhóm chức hoặc đa

liên kết • Dựa trên khả năng công kết các điện tử tự do

trong pha khí của dòng khí mang được ion hóa bằng tia phát ra từ nguồn phóng xạ (63Ni) tạo ra nguồn e- và các ion phân tử khí mang M+

M + M+ + e-

Độ nhạy: khá rộng 1 – 106

Thường sử dụng phân tích thuốc trừ sâu, diệt cỏ có chứa vòng benzen clo hóa

Page 39: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Electron Capture Detector (ECD)

Sensitive to electron withdrawing groups especially towards organics containing –F, -Cl, -Br, -I also, -CN, NO2

Nickel-63 source emits energetic electrons collides with N2 (introduced as make-up gas or can be used as carrier gas) producing more electrons:

Ni-63 e-, e- + N2 2e- + N2+

The result is a constant current that is detected by the electron collector (anode). As an analyte flows through past the Ni-63 source, electron capture is possible by electron-withdrawing species: A + e- A-

Current decreases as a result of e- capture by analyte. This is one of the few instances in which a signal is produced by a decrease in detectable phenomenon. Very low DL for detected species 10-15g/ml for many halogenated substances

Page 40: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Electron Capture Detector (ECD)

Radioactive Ni-63 source Easily contaminated with O2, H2O, sample overloading. High maintenance device. Highly variable response to halogenated substances Sometimes complementary information from FID helps.

The badSơ đồ nguyên lý

Page 41: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Thu thập và xử lý số liệu (Data Acquisition and Processing )

Nguyên lý A/D Converter

Page 42: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký khí(Gas-Liquid Chromatography)

Một số ứng dụng của GC (GLC)

Áp dụng đối với các mẫu bốc hơi và ổn định nhiệt đến vài trăm °C

Có khả năng phát hiện và phân tích rất nhiều chất và hỗn hợp

Được ứng dụng rộng rãi để tách và xác định các cấu tử trong các mẫu từ nhiều chủng loại khác nhau

Một vài ví dụ:

☺ Ketones: polydiméthyl siloxane

☺ Alkaloïdes: 5% phenyl polydimethyl siloxane

☺ Steroïds: 50% phenyl polydimethyl siloxane

☺ Chlorinated Aromatics: 50% Trifluoropropyl polydimethyl siloxane

☺ Alcohols: Polyethylenglycol

☺ Esters: 50% Cyanopropyl polydimethyl siloxane

Sắc ký khí kết hợp khối phổ

Page 43: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Phân loại HPLC dựa bản chất tương tác

Sắc ký phân bố (partition chromatography)

Sắc ký hấp phụ hoặc lỏng-rắn (adsorption or liquid-solid chromatography)

Sắc ký trao đổi ion (ion exchange chromatography)

Sắc ký loại trừ kích thước (size exclusion chromatography)

SO3-

SO3-

Na+

COO-

H3N+

Na+

COOHH3N

+

pH2

pH4.5

Ion-exchange Resin

VD: nguyên lý sắc ký trao đổi ion (acide amine)

Sắc ký loại trừ kích thước

Page 44: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Đặc điểm của HPLCPha tĩnh được nhồi trong cột

Pha động ở trạng thái lỏng: Các dung môi, hỗn hợp dung môi hoặc nước

Phân loại HPLC dựa vào vật liệu nhồi

Pha thông thường (Normal phase): vật liệu nhồi là silica đơn giản

Trao đổi ion: silica biến tính (mdified silica)

Pha đảo (reverse-phase): silica biến tính Phần lớn các HPLC là pha đảo Chất phân tích được giữ trên pha tĩnh phân cực nhỏ hơn cho đến khi bị rữa trôi bởi pha động phân cực đủ lớn Thao tác đơn giản Hiệu quả cao Cột làm việc ổn địnhCó thể phân tích cho cả hai loại cấu tử có đặc tính tương tự hoặc khác xa nhau

Page 45: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Mặc dầu có nhiều lý thuyết nghiên cứu về việc sử dụng pha đảo nhưng phần lớn các chương trình HPLC pha đảo đều thu được từ phương pháp thử và sai (by trial and error).

Page 46: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Gốc R là C8 (n-octyl), C12 (n-octyl) hoặc C18 (n-octyldecyl). Pha động là H2O + dung môi hòa tan (acetonitrile, methanol, ethanol, isopropanol). Các cấu tử phân cực sẽ bị rửa ra nhanh nhất, tăng độ phân cực của pha động sẽ làm tăng thời gian chạy mẫu

Pha tĩnh-Pha đảo(Stationary Phases for Reversed-Phase LC)

Pha tĩnh bình thường của LC(Stationary Phases for Normal LC)

Pha động tương đối không phân cực: Hexane, Isopropyl eter, toluene… Các cấu tử không phân cực sẽ bị rửa ra nhanh nhất, tăng độ phân cực của pha động sẽ giảm thời gian chạy mẫu

Page 47: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Ảnh hưởng của bản chất pha tĩnh đến chất lượng tách

Pha đảo

Page 48: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Sơ đồ nguyên lý của HPLC

Page 49: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Các yêu cầu đối với dung môi

Áp suất bơm: vài trăm atm (6000psi), lưu lượng 0,1 – 10 ml.min-1 với E<0,5%

Vật liệu bơm bền ăn mòn đối với nhiều loại dung môi khác nhau

Chế độ bơm piston

Cỡ hạt trong cột sắc ký: 3 - 10m

Một hoặc nhiều bình chứa dung môi (500 ml)

Loại bỏ hoàn toàn khí hòa tan và cặn trong dung môi giảm độ rộng của peak (band spreading) và ảnh hưởng đến chất lượng detector

Đuổi khí hòa tan trong dung môi bằng khí trơ (sparger)

Lựa chọn chế độ tách rửa (elution) cho dung môi

Trang bị các loại valves tỷ lệ (proportionating valves) cho phép đưa dung môi từ hai bình chứa với các lưu lượng thay đổi liên tục

Page 50: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Hiệu quả tách bằng phương pháp gradient elution

Sử dụng một dung môi đơn giản có thành phần không đổi: isocratic Sử dụng hai hay nhiều hơn các hệ dung môi có độ phân cực (polarity) khác nhau nhiều: gradient elution Tỷ lệ các loại dung môi được chương trình hóa liên tục hoặc theo từng bậc Gradient elution: tăng chất lượng của quá trình tách (improve seperation efficiency)

Quá trình tách rửa (Elution)

Page 51: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Polar Solvents

Water > Methanol > Acetonitrile > Ethanol > Oxydipropionitrile

Non-polar Solvents

N-Decane > N-Hexane > N-Pentane > Cyclohexane

Độ phân cực của một số dung môi sử dụng trong HPLC

Lựa chọn pha động và pha tĩnh

Chủ yếu dựa vào sự phân cực của cấu tử phân tích, pha động, pha tĩnh

Quy tắc chung: độ phân cực (polarity) của cấu tử cần phân tích và pha tĩnh là tương đương còn pha động có độ phân cực sai biệt

Khi độ phân cực của cấu tử và pha tĩnh quá giống nhau: thương tác mạnh giữa cấu tử cần phân tích và pha tĩnh thời gian phân tích kéo dài

Page 52: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Tính chất một số loại dung môi sử dụng trong HPLC

Page 53: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Hệ thống nạp mẫu (Sample Injection Systems)

Sử dụng valve 6 cổng

Nạp mẫu qua vòng lấy mẫu (sampling loops) Sắc ký lỏng hiện đại

Có thể thay thể sampling loops từ 5 l đến 500 l

Sai số của lượng mẫu nạp dưới 1%

Page 54: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Cột sắc ký HPLC

Thông thường:

L = 10 – 30 cm và có thể nối tiếp 2 cột hoăc nhiều hơn

ID = 4 – 10 mm, kích thước hạt nhồi: 3, 5 và 10m

40.000 – 60.000 đĩa/m cột

Cột tốc độ cao và hiệu quả hơn

L = 3 - 7 cm và có thể nối tiếp 2 cột hoăc nhiều hơn

ID = 1 – 4,6 mm, kích thước hạt nhồi: 3 hoặc 5 m

100.000 đĩa/m cột

Cột bảo vệ (Guard Column)Được lắp đặt trước cột phân tách để kéo dài tuổi thọ của cột Thành phần = thành phần của cột phân tách nhưng cỡ hạt lớn hơn để giảm tổn thất áp suất

Page 55: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Ổn định nhiệt độ của cột (Column Thermostats)

Phần lớn ứng dụng cua HPLC được thực hiện ở nhiệt độ phòng

Tuy vậy chất lượng của sắc ký đồ sẽ tốt hơn nếu duy trì nhiệt độ của cột không thay đổi (sai số < 0,05°C)

Thiết bị HPLC hiện đại được trang bị thêm lò gia nhiệt cho cột (Column heater) ổn định nhiệt độ ở gần 150°C với sai số < 0,05°C

Trang bị hệ thống phun nước làm lạnh (water jackets fed) từ bể ổn nhiệt để khống chế chính xác nhiệt độ

Page 56: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Đầu dò (Detector) dùng cho HPLC

Không nhạy và có khả năng phân tích đa dạng như detector của GC

Thường gặp nhất là Detector UV-VisLOC: Limit Of Detection

Mass LOD = concentration (mol/L) x inj. vol. (L) x FW (g/mol)

Page 57: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

UV-Vis and Fluorescence Detector Electrochemical Detector

Amperometric detection = fixed potential and measure the current response.

= 200-400nm = 200-400nm sử dụng 254 nm254 nm

Page 58: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

B. Sắc ký lỏng hiệu quả cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC)

Các phương pháp nâng cao độ phân giải trong HPLC

Tăng chiều dài của cột (Increase column length)

Giảm đường kính của cột (Decrease column diameter)

Giảm lưu lượng pha động (Decrease flow-rate)

Pha tĩnh (vật liệu nhồi cột) đồng nhất (Uniform stationary phase (packing))

Giảm thể tích bơm mẫu (Decrease sample size)

Lựa chọn pha tĩnh sạch hơn (Select proper stationary phase)

Lựa chon pha động tinh khiết hơn (Select proper mobile phase)

Sử dụng áp suất ổn định hơn (Use proper pressure)

Thành phần của pha động thay đổi hợp lý (Use gradient elution)

Page 59: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

So sánh HPLC và GC (Comparison of HPLC and GLC)

Các đặc điểm chung: Hiệu quả, độ chọn lọc cao, ứng dụng rộng rãi

Thể tich mẫu nhỏ

Có thể không phá hủy mẫu (nondestructive of sample)

Định lượng dễ dàngƯu điểm của HPLC

Áp dụng được với các mẫu không bay hơi và không bền nhiệt

Áp dụng được cho các ion vô cơ

Ưu điểm của GC

Thiết bị đơn giản và rẻ

Nhanh chóng

Dễ dàng kết nối với phổ khối

Page 60: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Áp dụngSố liệu ban đầu: (tR)A=16.4 phút, (tR)B=17.63 phút, (tR)M=1.3 phút, chiều dài cột: L=30 cm

Độ rộng của peak tại đường nền: WA=1.11 phút và WB=1.21 phút

Tính toán: Rs, N, H, Chiều dài của cột để bảo đảm Rs=1.5 và (tR)B tương ứng.

Rs= 2(17.63 – 16.4)/(1.11+1.21) = 1.06

Giải:

N = 16(16.4/1.11)2 = 3493 và N = 16(17.63/1.21)2 = 3397

N = (3493+3397)/2= 3445

H = L/N = 30/3445 = 8.710- 3 cm

Do k’B và không thay đổi khi tăng chiều cao của cột, ta có:

cmHNL

NNN

NRR

s

s

60107.8109.6

109.634455.1

06.1

33

32

22

1

2

1

phutt

tRR

tt

RRs

s

R

R 355.1

06.163.1722

2

222

21

2

1

'

'

11

4 B

Bs k

kNR

2'

2'22 11

16

B

BsBR

k

kuHR

t

Page 61: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Bài tập1) Cho 2 chất có thời gian lưu tR1=1,43,

tR2= 4,5 và bề rộng đáy Wb1=0,1, Wb2 = 0,3. Tính số đĩa lý thuyết ứng với

mỗi chất2) Mội cặp peak có độ chọn lọc = 1,1

và hệ số phân giải Rs=1, hệ số chứa K’2=0,5. Tính số đĩa lý thuyết N?

Page 62: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Bài tập3) Một hỗn hợp gồm 2 chất có hệ số

chứa K’1= 2,58 và K’2=2,64. Tính hệ số chọn lọc ?

Page 63: Chương  1 :  KỸ THUẬT PHÂN TÁCH

Bài tập3) Một hệ thống sắc ký lỏng hoạt động với các thông

số sau:Chiều dài phần cột được nhồi pha tĩnh: 25,2 cm,Tốc

độ dòng: 0,312ml/ph, Thể tích pha động: VM=1,4ml, Thể tích pha tĩnh: Vs=0,168ml

Sau khi cho qua cột chứa 2 cấu tử AB ta được sắc ký đồ với dữ liệu sau: tM = 1,2ph; thời gian lưu của A và B là 12,5 và 13,8ph, chiều rộng chân peak A và B là 1,34 và 1,44ph.

Hãy tính: N, H, K, K’, Rs,