TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

Tiểu luận đề tài:

BỐ CỤC THUYẾT TRÌNH

Lược sử phương pháp sắc kí1

Phân loại 2

Các đại lượng ảnh hưởng 3

Những kĩ thuật sắc kí phổ biến 4

Lược sử phương pháp sắc kí

• Nhà thực vật học người Nga Mikhai Tswett (1872-1919)

• Phát minh ra kĩ thuật sắc kí vào năm 1903 khi ông đang nghiên cứu về chlorophyll.

Định nghĩa Sắc ký: Sắc ký là một phương pháp tách hỗn hợp dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa hai pha động và tĩnh thành các thành phần để phân tích, nhận biết, tinh chế hoặc định lượng hỗn hợp hay các thành phần.

tách

• phân tích

• nhận biết

• tinh chế

• định lượngCác thành phân cấu thànhHỗn hợp

Phương pháp sắc ký dựa vào:

-Sự phân bố khác nhau của các chất giữa hai pha động và tĩnh. -Có nhiều nguyên nhân đưa đến sự phân bố khác nhau của các chất, chính sự lặp đi lặp lại hiện tượng hấp phụ - phản hấp phụ của các chất khi dòng pha động chuyển động qua pha tĩnh là nguyên nhân chủ yếu của việc tách sắc ký.

Hệ quả là các chất có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc ký so với các chất tương tác yếu hơn pha này. Nhờ đặc điểm này mà người ta

có thể tách các chất qua quá trình sắc ký.

Nguyên tắc hoạt động chung

Ví dụ:Sắc Ký Giấy

Trạng thái của pha động

Cơ chế trao đổi của pha tĩnh &

động

Sắc ký

lỏng

Sắc ký khí

Phân Phân loại sắc loại sắc

kýký

DỄ BAY HƠIKHÓ BAY HƠI

Khí - hấp phụ

Khí – lỏng

Sắc kí lỏng

Gia nhiệt mạnh

Ko phân cực

Phân cực Sắc kí khí

Thuận pha Ngược pha Yếu Mạnh

Thuận pha

Ngược pha

Bị ion hóa

Ko bị ion hóa

Sắc kí trao đổi ion

Sắc kí ngược pha

CHẤT NGHIÊN CỨU

Dạng sắc kýPha động

Pha tĩnh

Cách bố trí pha động

Cơ chế trao đổi

KhíKhí – hấp thụ

Khí - lỏngKhíKhí

RắnLỏng

CộtCột

Hấp phụPhân bố

LỏngLỏng – rắnLỏng – lỏngLỏng – nhựa

trao đổiLớp mỏng

GiấyRây phân tử

LỏngLỏngLỏng

LỏngLỏngLỏng

RắnLỏngRắn

RắnLỏngLỏng

CộtCộtCột

Lớp mỏngLớp mỏng

Cột

Hấp phụPhân bố

Trao đổi ion

Hấp phụPhân bố

Theo kích thước phân tử

Các đại lượng ảnh hưởng

HỆ SỐ PHÂN BỐ• Trong phương pháp sắc kí,sự chuyển nồng độ chất phân tích X

giữa pha động và pha tĩnh .Cân bằng của một cấu tử trong hệ sắc kí có thể mô tả bằng phương trình đơn giản sau đây:

Apha động Apha tĩnh

• Hằng số cân bằng (1) còn được gọi là hằng số phân bố được tính như sau:

• CS:nồng độ cấu tử trong pha tĩnh ( chữ S viết tắt của từ tiếng anh Stationary phase có nghĩa là pha tĩnh )

• CM:nồng độ cấu tử trong pha động ( chữ M viết tắt của từ tiếng anh Mobile phase có nghĩa là pha động)

• Hệ số K tùy thuộc vào bản chất của pha động và pha tĩnh và chất hòa tan.

M

S

C

CK

THỜI GIAN LƯU • Thời gian lưu được định nghĩa là thời gian cần thiết để cấc tử đi

từ đầu cột đến cuối cột hay chính là thời gian cấu tử bị lưu giữ trong cột .

• Hiệu số giữa thời gian lưu và thời gian lưu chết được gọi là thời gian lưu đã được hiệu chỉnh (tR’).

(Hệ số chứa hệ số dung lượng )• Hệ số chứa này hay còn gọi là dung lượng là một thông số quan

trọng được sử dụng trong sắc ký , được ký hiệu là K’

• K tùy thuộc vào bản chất chất tan , pha tĩnh và pha động.K’ còn tùy thuộc vào các đặc tính của cột.

• tR và tM là các giá trị nhận được từ sắc ký đồ.

MRR ttt '

M

MR

M

S

MM

SS

t

tt

V

VK

VC

VCK

.

.'

HỆ SỐ LỌC

• Hệ số chọn lọc là một đại lượng đặc trưng cho khả năng tách của các cấu khác nhau trong hỗn hợp chất khảo sát .hệ số chọn lọc của cột đối với cấu tử A và B được định nghĩa như sau:

• Trong đó ;

• KA,KB :Là hệ số phân bố lần lượt của cấu tử A và B (cấu tử B bị lưu giũa mạnh hơn cấu tử A.Từ vấn đề này chúng ta suy ra rằng luôn lớn hơn 1.

• Hệ số chọn lọc phụ thuộc vào bản chất của A,B,pha động và pha tĩnh.

A

B

A

B

K

K

K

K

'

'

LÝ THUYẾT ĐĨA MARTIN VÀ SYNGE

• Được áp dụng cho quá trình sắc ký vào năm 1942.theo lý thuyết này ,cột sắc ký được xem như gồm nhiều phần nhỏ gọi là đĩa.trong mỗi đĩa ,cân bằng vật chất được thiết lập nhanh giữa pha động và pha tĩnh.

• Số đĩa được biểu diễn bởi hệ thức sau:

• Trong đó:• N :Số đĩa lý thuyết của cột .• L:chiều dài của lớp chất nhồi trong cột • H:chiều cao của đĩa lý thuyết • W:bề rộng đáy mũi sắc ký • W1/2:bề rộng đáy mũi sắc ký 1/2

2

2/1

2

55,516

w

t

w

t

H

LN RR

ĐỘ PHÂN GIẢI

• Độ phân giải là đại lượng đặc trưng cho quá trình tách của các

• chất ra khỏi nhau , ký hiệu là RS.

• Mối liên hệ giữa RS , K’,N và qua công thức như sau :

• Để tăng RS để tách hai mũi ra khỏi nhau , ta có thể thay đổi :

• Tăng khi đó 2 mũi tách ra xa nhau hơn .

• Giảm w1 , w2 khi đó hai mũi sẽ nhọn hơn , cách này tiết kiệm

• được thời gian phân tích và cho kết quả tốt hơn.

221

12

WW

ttR RRS

NK

KRS

2

2

1

1

4

1

PHƯƠNG TRÌNH VAN DEEMTER

• Phương trình Van Deemter ra đời bổ sung cho ,một số điểm của quá trình sắc ký theo lý thuyết đĩa chưa lột tả được các vấn đề ảnh hưởng bên trong cũng như bên ngoài của quá trình sắc ký.

• Phương trình Van Deemter sẽ mô tả ảnh hưởng của các quá trình này như sau:

• Trong đó :

uCBA Cu

BAHHHH

• HA:Chiều cao riêng phần thể hiện chất lượng của cột nhồi gây ảnh hưởng đến tốc độ chuyển dịch khác nhau của các phần tử trong cột nhồi .

• :Thông số phụ thuộc vào kích thước hạt và mức độ đồng nhất khi nạp cột, dp là đường kính của hạt chất hấp thụ.

• HB:chiều cao riêng phần biểu diễn sự phân tán của cấu tử khảo sát trong pha động.

• :hệ số phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt , DM là hệ số khếch tán trong pha động sẽ nhỏ và tốc độ pha động sẽ lớn .

• HC:chiều cao riêng phần biểu diễn sự hấp thụ và giải hấp thụ của cấu tử trên pha tĩnh và sự phân tán của cấu tử trong hai pha.

PdA 2

MDB 2

Những kĩ thuật sắc ký phổ biến

A.Sắc lý lỏng (Liquid Chromatography-LC)

B.Sắc ký khí (Gas Chromatography- GC)

C.Sắc ký bản mỏng (Thin Layer Chromatography-TLC)

D.Sắc ký giấy ( Paper Chromatography)

E.Sắc ký trao đổi ion (Ion exchange chromatography)

A.Sắc lý lỏng (Liquid Chromatography - LC)

Định nghĩa sơ lược

• Sắc kí lỏng là quá trình tách do ái lực khác nhau của các cấu tử lỏng đối với lưu chất hấp phụ rắn.

• Lực hấp phụ bao gồm lực Van de Walls, lực cảm ứng, lực liên kết hóa học và lực liên kết hydrogen.

• Sắc ký lỏng xác định được rất nhiều loại cấu tử đặc biệt là các chất có khối lượng phân tử lớn. Sắc kí lỏng hấp phụ được trên lí thuyết hấp phụ từ dung dịch.

Khái quát các yếu tố ảnh hưởng

• Pha tĩnh : Pha tĩnh trong sắc kí lỏng thường ở thể rắn,

có nhiều loại pha tĩnh khác nhau, tuỳ theo nhu cầu mà người ta chọn lựa pha tĩnh phân cực hoặc không phân cực .

Pha tĩnh không phân cực:

• Thường sử dụng nền silicagel có gắn thêm mạch cacbon C18. Ngoài ra người ta có thể tăng độ phân cực của pha tĩnh này bằng cách giảm chiều dài của mạch cacbon này, thông thường các mạch sẽ là C4 và C8,…

Pha tĩnh phân cực

-Thường sử dụng sườn là siloxane (SiO2) hay alumina (Al2O3).

- Pha tĩnh này rất háo nước, nước có thể là một chất độc đối với các pha tĩnh loại này.

Khái quát các yếu tố ảnh hưởng

• Pha động Dung môi được chọn chạy sắc ký đạt các yêu cầu sau:

• Có độ tinh khiết cao• Hoà tan tốt đối với cấu tử cần phân tích• Bị hấp phụ tối thiểu trên pha tĩnh• Không phản ứng với chất cần xác định và chất hấp

phụ

- Để tăng khả năng tách, ta rửa giải bằng nhiều dung môi theo thứ tự khả năng giải hấp tăng dần.

- Đối với chất hấp phụ phân cực, dung môi có hằng số điện môi càng lớn sẽ có khả năng giải hấp càng cao đối với chất bị hấp phụ trên đó và ngược lại.

- Đối với các chất hấp phụ không phân cực, dung môi có hằng số điện môi càng cao sẽ giải hấp càng kém.

Mô hình hệ thống máy sắc ký lỏng

1. Bộ phận tiêm mẫu

• Dùng để đưa mẫu từ ngòai

vào cột bằng kim bơm • Loop có tác dụng khi lấy mẫu

đảm bảo lượng mẫu chuẩn và mẫu thật được đưa vào

cột như nhau. Loop cần được tráng bằng

chính dung dịch sắp phân tích.

2. Cột sắc ký • Cột sắc kí có thể làm bằng vật liệu nhựa hoặc thép, chiều dài

20 cm, đường kính vài mm • Cột thường đặt ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng (để giảm độ

nhớt), tăng áp suất để đẩy dung môi qua cột, do đó giảm thời gian lưu xuống.

Những cấu trúc phân tử silicat hay polymer (thành phần pha tĩnh) ở trong cột dưới kính hiển vi điện tử

3. Đầu dò

• Các tín hiệu thu được từ đầu dò tỷ lệ thuận với hàm lượng chất cần xác định và được chuyền tải tới bộ phận ghi đo.

• Một số dạng đầu dò tiêu biểu sau:

Đầu dò UV

Đầu dò huỳnh quang

Kỹ Thuật Sắc Ký Lỏng Cao Áp (HPLC)

• HPLC là một sắc ký cột đi kèm với một detector nhạy để có thể phát hiện được các chất tách ra trong quá trình chạy sắc ký .

• Với những tiến bộ kỹ thuật về cột, detector đã chuyển sắc ký cột thành phương pháp phân tích có tốc độ nhanh và hiệu suất cao.

• Loại này cần phải có hệ thống bơm cao áp để đẩy pha động với áp suất cao đến khoảng 30Mpa (300 atm) nhằm tạo dòng chảy với lưu lương vài mm/phút. Lượng mẫu phân tích bằng HPLC chỉ cần khoảng 20l.

Mô hình máy HPLC1.Bình đựng dung môi

2.Bộ khử khí

3.Bơm cao áp

4.Bộ phận tiêm mẫu

5.Cột sắc ký

6.Đầu dò

7. Bộ phận ghi tín hiệu và in kết quả

Bình đựng dung môi:

• Tất cả các dung môi dùng cho HPLC đều phải là dung môi tinh khiết và có ghi rõ trên nhãn là dùng cho HPLC hay dung môi tinh khiết phân tích

• Tất cả các hóa chất dùng để pha mẫu và pha hệ đệm phải được sử dụng là hóa chất tinh khiết phân tích. Nhằm mục đích tránh hỏng cột sắc ký hay nhiễu đường nền, tạo ra các Peak tạp trong quá trình phân tích.

Bộ khử khí Degasse: Mục đích nhằm loại trừ các bọt nhỏ còn sót lại

trong dung môi pha động. Nếu như trong quá trình phân tích mà dung môi

pha động còn sót các bọt khí thì một số hiện tượng sau đây sẽ xảy ra:

- Tỷ lệ pha động của các đường dung môi lấy không đúng sẽ làm cho thời gian lưu của Peak thay đổi.

- Trong trường hợp bọt quá nhiều bộ khử khí không thể loại trừ hết được thì có thể bơm sẽ không hút được dung môi khi đó áp suất không lên và máy sắc ký sẽ ngừng hoạt động. Trong bất cứ trường hợp nào nêu trên cũng cho kết quả phân tích sai.

Bơm Cao áp:

• Mục đích để bơm pha động vào cột thực hiện quá trình chia tách sắc ký

• Máy sắc ký lỏng của chúng ta hiện nay thường có áp suất tối đa 412 Bar. Tốc độ dòng 0.1-9.999 ml/phút.

• Tốc độ bơm là hằng định theo thông số đã được cài đặt. Hiện tại bơm có 2 Pistone để thay phiên nhau đẩy dung môi liên tục.

Bộ phận tiêm mẫu (injection):

• Để đưa mẫu vào cột phân tích theo phương pháp không ngừng dòng chảy. Với dung tích của loop là 5 - 100l.

• Có 02 cách lấy mẫu vào trong cột:

* Tiêm mẫu thủ công (tiêm bằng tay)

* Tiêm mẫu tự động (Autosample).

Cột sắc ký:

• Cột chứa pha tĩnh được coi là trái tim của hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao.

- Cột pha tĩnh thông thường làm bằng thép không gỉ, chiều dài cột khoảng 10 -30cm, đường kính trong 1-10mm, hạt chất nhồi cỡ = 5-10 m (ngoài ra còn có một số trường hợp đặc biệt về kích thước và kích cỡ hạt....).

- Với chất nhồi cột cỡ = 1.8 - 5m có thể dùng cột ngắn (3-10 cm) và nhỏ (đường kính trong 1-4.6 mm) loại cột này có hiệu năng tách cao.

• Các loại cột thông dụng:

LOẠI CỘT ĐƯỜNG KÍNH TRONG

CHIỀU DÀI

TỐC ĐỘ CHẢY

-Cột quy ước

-Cột phân tíchNhanh

-Cột có đường kính nhỏ

4.0-4.6mm

4.0-4.6mm

10.-2.0mm

15-30cm

4-13cm

15-100cm

1-2 ml/phút

2-4 ml/phút

0.03-1 ml/phút

Đầu dò:

• Là bộ phận phát hiện các chất khi chúng ra khỏi cột và cho các tín hiệu ghi trên săc ký đồ để có thể định tính và định lượng

• Tùy theo tính chất của các chất cần phân tích mà người ta sử dụng loại Detector thích hợp và phải thoả mãn điều kiện trong một vùng nồng độ nhất định của chất phân tích.

A=k.CTrong đó:• A là tín hiệu đo được• C Nồng độ chất phân tích • k là hằng số thực nghiệm của Detector đã chọn

Đầu dò:

• Là bộ phận phát hiện các chất khi chúng ra khỏi cột và cho các tín hiệu ghi trên săc ký đồ để có thể định tính và định lượng

• Tùy theo tính chất của các chất cần phân tích mà người ta sử dụng loại Detector thích hợp và phải thoả mãn điều kiện trong một vùng nồng độ nhất định của chất phân tích.

A=k.CTrong đó:• A là tín hiệu đo được• C Nồng độ chất phân tích • k là hằng số thực nghiệm của Detector đã chọn

Tín hiệu này có thể là:

- Độ hấp thụ quang

- Cường độ phát xạ

- Cường độ điện thế

- Độ dẫn điện

- Độ dẫn nhiệt

- Chiết suất.

Trên cơ sở đó ta chế tạo các lọai Detector sau:

+ Detector quang phổ tử ngoại 200 - 380 nm để phát hiện UV.+ Detector quang phổ tử ngoại khả kiến ( UV - VIS): 190 - 900 nm

để phát hiện các chất hấp thụ quang. Đây là loại thông dụng nhất.

+ Detector huỳnh quang để phát hiện các chất hữu cơ phát huỳnh quang tự nhiên cũng như các dẫn chất có huỳnh quang. Là loại Detector có độ chọn lọc cao nhất.

+ Loại hiện đại đại hơn có Detector Diod Array, ELSD (Detector tán xạ bay hơi) các Detector này có khả năng quét chồng phổ để định tính các chất theo độ hấp thu cực đại của các chất.

+ Detector điện hóa: Đo dòng, cực phổ, độ dẫn, điện lượng...).+ Detector chiết suất vi sai: Detector khúc xạ (thông

thường dùng cho đo các chất đường).+ Detector đo độ dẫn nhiệt, hiệu ứng nhiệt…

Bộ phận ghi tín hiệu và in kết quả:

• Để ghi tín hiệu phát hiện do Detector truyền sang. • Trong các máy thế hệ cũ thì sử dụng máy ghi đơn giản có thể

vẽ sắc ký đồ, thời gian lưu, diện tích của Peak, chiều cao...

• Các máy thế hệ mới đều dùng phần mềm chạy trên máy tính nó có thể lưu tất cả các thông số, phổ đồ và các thông số của Peak như tính đối xứng, hệ số phân giải ....trong quá trình phân tích đồng thời xử lý, tính toán các thông số theo yêu cầu của người sử dụng như: Nồng độ, RSD,...

• Sau khi đã phân tích xong các mẫu ta sẽ in kết quả do phần mềm tính toán ra giấy để hoàn chỉnh hồ sơ.

B.Sắc ký khí

(Gas Chromatography- GC)

1. Khái quát về phương pháp sắc ký khí

Năm 1952, máy sắc ký khí đầu tiên được ra đời dưới sự chủ trì của giáo sư Keulemann và các cộng tác viên. Từ đó, kỹ thuật sắc ký khí ngày càng được hoàn chỉnh và phát triển rất nhanh. Ngày nay, Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, phương pháp sắc ký khí được hiện đại hóa rất nhiều và ngày càng đáp ứng tốt nhu cầu của xã hội hiện đại

Trong sắc ký khí, mẫu được tách do sự phân bố giữa pha tĩnh và pha động nhờ cơ chế hấp phụ, phân bố hoặc kết hợp

cả hai cơ chế này

• Khi pha tĩnh là một chất hấp phụ rắn thì kỹ thuật phân tích đươch gọi là sắc ký khí – rắn.

• Khi pha lỏng được gắn lên bề mặt cua chất mang trơ hoặc được phủ dưới dạng một lớp phim mỏng kên thành cột mao quản thì kỹ thuật này được gọi là sắc ký khí – lỏng

PHA TĨNH

a)Carboran modified polysiloxane

b) Silarylen polymer

2.Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

+ Máy sắc ký khí Hiệu: HP 6890 Plus Series GC – Hewlett Packard – Mỹ.

Thiết bị chuyên dùng để phân tích chất độc hữu cơ, thuốc trừ sâu, giới hạn phát hiện máy 10-12 - 10-13 (phụ thuộc vào detector). Hệ thống được điều khiển bằng máy tính. Khả năng phân tích hiện tại: Các hợp

chất nhóm cơ clo, cơ photpho, cơ lưu huỳnh

Cột tách sắc ký khí

- Ống thủy tinh, thép, đồng hoặc các chất dẻo đặc biệt.- Dài từ vài chục centimeter đến vài chục meter- Có dạng thẳng, chữ U( nếu cột ngắn) hoặc hình xoắn.- Bên trong có nhồi các chất hấp phụ rắn(sk khí-hấp phụ)

hoặc chất có phủ màng lỏng(sk khí-lỏng). Nói chung, cột tách sắc ký cần đạt các yêu cầu sau:• Đảm bảo trao đổi chất tốt giữa pha động và pha tĩnh,

nhờ việc tối ưu háo các thông số của phương trình Van Deemter.

• Độ thấm cao, tức là đọ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ mang khí nhất định.

• Phải có khoảng nhiệt độ sử dụng lớn, làm việc được ở nhiệt độ cao.

• Trong thực tế, có nhiều dạng cột tách dùng cho các mục đích nghiên cứu khác nhau

Kiểu cột táchĐặc trưng

Cột mao quản phim mỏng

WCOT

Cột mao quản lớp mỏngSCCT

Cột mao quản nhồi Cột nhồi thông thường

Đường kính trong

0,25-0,50mm 0,50mm 1mm 2-4mm

Chiều dài 10-100m 10-100m 1-6m 1-4mm

Hiệu quả cột tách

1000-3000Đĩa/m

600-1200Đĩa/m

1000-3000Đĩa/m

500-1000Đĩa/m

Tốc độ dòng (tối ưu)

20-30cm/sHyđrô, hêli10-15cm/s

Nitơ, argon

20-30cm/sHyđrô, hêli10-15cm/s

Nitơ, argon

8-15cm/sHyđrô, hêli

3-10cm/sNitơ, argon

4-6cm/sHyđrô, hêli

2-5cm/sNitơ, argon

Tốc độ thể tích dòng (tối ưu)

1-5ml/phútHyđrô, hêli

0,5-4ml/phútNitơ, argon

2-8ml/phútHyđrô, hêli1-4ml/phútNitơ, argon

2-6ml/phútHyđrô, hêli1-3ml/phútNitơ, argon

20-60ml/phútHyđrô, hêli

15-50ml/phútNitơ, argon

Lượng mẫu 10-100ng 10ng-1g 10ng-10g 10ng-1mg

Áp suất đòi hỏi Thấp Thấp Rất cao Cao

Khí bổ trợ cho detecer

Đòi hỏi thông thường

Đòi hỏi thông thường

Đòi hỏi thông thường Đòi hỏi thông thường

Tốc độ phân tích Nhanh Nhanh Trung bình Chậm

Trơ hóa học Tốt Kém nhất

Tính thấm Cao Cao Thấp Thấp

Detector

Detector có nhiệm vụ chuyển hóa một đại lượng không điện thành đại lượng điện. Ngày nay đã có gần 30 loại detectơ khác nhau :

Detectơ Giới hạn phát hiện g/s

Khoảng tuyến tính Độ nhạy A.s/g

Áp dụng cho

Dẫn nhiệt (TCD) 2,5.10-6 1:105 2000-9000 Tất cả các chất không làm hỏng dây nung

Kiểu dây 2,5.10-6 1:105 2000-9000Đối với benzen

Sắc ký quá trình

Kiểu nhiệt điện trở 2,5.10-6 1:2,5:104 1500 đối với không khí

Phân tích khí

Bán dẫn 1,2.10-7 1:104 1500 đối với heptan

Phân tích khí khoảng nhiệt độ giới hạn

Ion hóa ngọn lửa (FID)

5.10-12 1:107 2.10-2 đối với cacbon

Detectơ vạn năng cho tất cả các chất có nhóm CH2

Cộng kết điện tử (ECD)

2.10-14 1:103 40 đối với lindan Đối với các chất có ái lực điện tử cao như các thuốc trừ sâu, diệt cỏ, hợp chất chứa nitơ, hợp chất dị nguyên.

Quang kế ngọn lửa (FPD)

10-8 đối với paration

1:102 và thấp hơn Phát xạ tối ưu cho lưu huỳnh ở 394mm và phốt pho ở 526mm

Detectơ ion hóa hêli

5.10-13 1:104 300 Phân tích lượng vết khí vô cơ, độ nhạy phụ thuộc vào độ tinh khiết của hem

Detectơ ion hóa argon:-Dạng thường-Dạng miniot-Dạng triot

4.10-4

3.10-12

2.10-14

1:103

1:105

1:106

1,5115

Bao gồm tất cả các chất có năng lượng ion hóa nhỏ hơn 11,6 eV

Trong đó, nguyên lí hoạt đông của 3 loại ditectơ phổ biến nhất là

• detectơ dẫn nhiệt (TCD)

• detectơ ion hóa ngon lửa (FID) • detectơ cộng kết điện tử (ECD).

Bộ phận tiêm mẫu

CHẤT HẤP PHỤ

1

2

3

Chất hấp phụ có điện tích trên bề mặt. Vd:nhóm hydroxyl của phân tử Silicagel.

Chất hấp phụ có các liên kết hoặc các nhóm chức có mật độ electron tập trung. Vd: polime

Đối với sắc kí khí – hấp phụ có 3 loại chất rắn hấp phụ

Chất hấp phụ ko đặc hiệu: trên bề mặt ko có nhóm chức. Vd: Than.

Đối với sắc ký khí – lỏng:

1

2

3

Người ta cho hỗn hợp khí qua cột nạp đầy một chất mang rắn, trên bề mặt chất này có một màng chất lỏng.

Ở đây các cấu tử pha khí sẽ tương tác với màng lỏng. Tuy nhiên không loại trừ trường hợp các cấu tử khí có thể tương tác 1 phần với chất rắn.

Hiệu quả tách của sk khí- lỏng phụ thuộc chủ yếu vào việc chọn pha lỏng

Phương trình Van Deemter

2

2 2

822

( )p

i fG

i F

k dDh d u

l k Du

Phương trinh Van Deemter thu gọn có thể được diễn đạt như sau:

Bh A Cu

u

ỨNG DỤNG

• Ngày nay, phương pháp sắc ký khí đã trở thành một công cụ được ứng dụng rất mạnh mẽ trong nhiều ngành khoa học: hóa sinh, sinh học, y học, dược học, hóa học lâm sàng, nghiên cứu xúc tác, hóa học môi trường

• Dùng để tách và phân tích các hỗn hợp khí khá phổ biến và có hiệu quả.

• Áp dụng để xác định thành phần các thành phẩm trong nghên cứu hóa lí và 1 số phạm vi khác.

• Thường dùng phân tích các sản phẩm dầu mỏ, khí mỏ, không khí, khí công nghệp hóa, khí thải…

• Phân tích các hợp chất thơm, dung môi, phenol, thuốc, hydrocacbon.

• Phân tích thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và các hợp chất polyclobiphenyl

• …

Kiểm định chất lượng thuốc BVTV trên máy sắc ký khí 

So Sánh Kỹ Thuật Sắc Ký Lỏng Cao Áp (HPLC) và Sắc Ký Khí (GC)

• Độ bay hơi

+ HPLC: Không yêu cầu bay hơi, mẫu phải tan được trong pha động

+ GC: Mẫu phải bay hơi được • Độ phân cực

+ HPLC: Tách được cả 2 loại hợp chất phân cực và không phân cực

+ GC: Mẫu phân cực và không phân cực

• Độ bền nhiệt

+ HPLC: Phép phân tích được thực hiện tại nhiệt độ thấp (nhiệt độ phòng hay thấp hơn)

+ GC: Mẫu buộc phải tồn tại ở nhiệt độ cao (nhiệt độ tách của cột và buồng tiêm mẫu)

• Khối lượng phân tử

+ HPLC: Không có giới hạn trên về mặt lý thuyết, trên thực tế độ hoà tan là giới hạn

+ GC: Đặc trưng < 500 amu

• Chuẩn bị mẫu + HPLC: Mẫu buộc phải lọc, mẫu nên có dung

môi hoà tan như pha động + GC: Dung môi phải bay hơi và có nhiệt độ sôi

thấp hơn các chất phân tích• Lượng mẫu + HPLC: Lượng mẫu phụ thuộc vào đường kính

(trong) của cột + GC: Thường từ 1 –5 l

• Cơ chế tách

+ HPLC: Thực hiện ở cả 2 pha động và tĩnh

+ GC: Chỉ có pha động là mang mẫu• Detecter – Đầu dò

+ HPLC: Thông dụng nhất là UV-VIS

+ GC: Thông dụng là FID, dùng cho phân tích các chất hữu cơ

SẮC KÝ LỚP MỎNGSẮC KÝ LỚP MỎNG (T(Thin layer chromatographyhin layer chromatography))

Phương pháp sắc ký lớp mỏng đã được 2 nhà bác học Nga Izmailov và Shraiber mô tả từ năm 1938 nhưng mãi đến 1958 - 1959 sau khi các công trình của E.Stahl được công bố thì nó mới được ứng dụng rộng rãi và ngày càng được cải tiến .

Bố cục

Định nghĩa1

2

Hệ sắc ký lớp mỏng3

Ứng dụng của sắc ký lớp mỏng 4

Nguyên tắc hoạt động

Định nghĩa

TLC là một kỹ thuật sắc ký, trong đó pha tĩnh là chất hấp phụ được trải thành lớp mỏng, mịn và đồng nhất, được cố định trên phiến kính hoặc phiến kim loại, nhựa; pha động là một hệ gồm một dung môi đơn thuần hay hỗn hợp nhiều dung môi phối hợp với nhau theo tỷ lệ quy định và được hút lên bản sắc ký bởi mao dẫn , tách dung dịch thí nghiệm dựa trên tính phân cực của các thành phần trong dung dịch

Nguyên tắc hoạt động

-Sắc ký được tiến hành khi cho pha động di chuyển qua pha tĩnh trên đó đã đặt các chất cần tách

- Giọt dung dịch mẫu được nhỏ trên đường xuất , còn rìa bản được nhúng vào dung môi thích hợp .

- Dưới tác dụng của lực mao quản , dung môi sẽ chuyển động dọc theo lớp hấp phụ và chuyển vận các cấu tử chủa hỗn hợp với các vận tốc khác nhau đưa đến việc tách các cấu tử

- Sự khếch tán các cấu tử trong lớp hấp phụ vừa theo chiều dọc vừa theo chiều ngang vì vậy có thể xem quá trình sắc ký thực hiện theo 2 chiều

Nguyên tắc hoạt động

Nguyên tắc hoạt động

Nguyên tắc hoạt động

Sắc phổ quan sát trong ánh sáng thường và đèn UV

Nguyên tắc hoạt động

Sắc phổ của 10 tinh dầu được nhuộn bởi thuốc thử vanillin

Sự tách biệt của mực đen bởi sắc ký lớp mỏng

Hệ sắc ký lớp mỏng

Bản mỏng

Pha tĩnh

Pha động

Hệ sắc ký lớp mỏng

1

2

3

Bản mỏng : chế bằng thủy tinh , polimer , nhôm

Pha tĩnh : làm bằng các chất hấp phụ như : silicagel , nhôm oxit , xenlulose , tinh bột ...

Pha động : thường kết hợp nhiều dung môi để tăng khả năng tách các cấu thử ra khỏi nhau

Ứng dụng của sắc ký lớp mỏng

• Gần đây, kỹ thuật sắc ký lớp mỏng hiệu năng cao (High Performance Thin Layer Chromatography - HPTLC ) ra đời đã đánh dấu bước phát triển mới của TLC

• TLC là kỹ thuật đơn giản dễ sử dụng, trang bị rẻ tiền, có thể áp dụng đối với nhiều loại mẫu khác nhau, thời gian phân tích nhanh, độ nhạy cao, đặc biệt với kỹ thuật HPTLC

•Vì vậy, cho đến nay mặc dù nhiều kỹ thuật sắc ký hiện đại khác đã được áp dụng nhưng TLC vẫn là một kỹ thuật phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong phân tích kiểm nghiệm thuốc để định tính, thử tinh khiết, bán định lượng, hoặc kết nối với máy Scanner để định lượng

Máy phân tích sắc ký lớp mỏng tự động

D.Sắc ký giấy ( Paper Chromatography)

Bố cục

Định nghĩa 1

Nguyên lý của sắc ký giấy 2

Thí nghiệm về sắc ký giấy

3

Ứng dụng của sắc ký giấy

4

Định nghĩa• Sắc ký giấy về bản chất là

loại sắc ký phân bố lỏng - lỏng . Pha động là chất lỏng , thường là hỗn hợp của hai hay nhiều dung môi khác nhau . Pha tĩnh lỏng được tẩm vào chất mang là loại giấy đặc biệt gọi là giấy sắc ký . Cũng vì vậy mà phương pháp này mang tên sắc ký giấy .

• Phương pháp sắc ký giấy có nhiều nét giống sắc ký lớp mỏng .

Nguyên lý của sắc ký giấy

1

2

3

Tác động của mao dẫn – sự chuyển dịch của chất lỏng trong những lỗ hổng vật liệu xốp gây ra bởi lực bám, lực liên kết, và sức căng bề mặt . Chất lỏng có thễ di chuyển lên trên giấy sắc ký bởi vì các lực thu hút của nó mạnh hơn trọng lực .

Tính tan – mức độ mà chất tan có thể tan trong một dung môi . Các chất tan tan trong các dung môi nhất định . Điều này dẫn đến các chất tan khác nhau sẽ bị tách ra khi ta kết hợp nhiều dung môi với nhau .

Việc tách các chất dựa vào tính tan của nó trong pha động và ái lực khác nhau của chúng với pha động và pha tĩnh .

Nguyên lý của sắc ký giấy

Thí nghiệm về sắc ký giấyDụng cụ

6 becher6 bao bì hoặc nắp đậy Nước cấtIsopropanolXylanh chia độ6 miếng giấy lọcBút sharpie màu khác nhauBút chìThước kẻKéoBăng keo

Thí nghiệm về sắc ký giấyChuẩn bị dung môi isopropanol

Chuẩn bị 15ml của dung môi isopropanol vào các becher đã dán nhãn thích hợp

- 0%, 5%, 10%, 20%, 50%, and 100%

Thí nghiệm về sắc ký giấyChuẩn bị giấy sắc ký

- Cắt 6 mảnh giấy sắc ký- Vạch 1 đường bằng bút chì dài 1 cm ở phía trên cạnh dưới của mảnh giấy. - Dán nhãn mỗi mảnh với dung dịch tương ứng - Chấm 1 chấm từ mỗi loại viết ở đường xuất phát

Thí nghiệm về sắc ký giấySự xuất hiện sắc phổ

- Đặt mảnh giấy vào trong cốc- Chắc chắn dd ko vượt quá đường xuất phát. - Đậy kín cốc- Để mảnh giấy thấm từ từ dung dịch cho đến khi cách đỉnh mảnh giấy 2 cm - Lấy mảnh giấy ra và làm khô

Thí nghiệm về sắc ký giấy

Quan sát sắc phổ

Nồng độ Isopropanol

0% 20% 50% 70% 100%

Màu đen

Nồng độ Isopropanol0% 20% 50% 70% 100%

• 1. Tách màu – tím và đen

• 2. Ko tan ở nồng độ. isopropanol thấp

• 3. Tan hạn chế ở nồng độ isopropanol trên 20%

Màu xanh dương

Nồng độ Isopropanol

0% 20% 50% 70% 100%

1. Tách màu – xanh dương

2. Tan ít ở nồng độ thấp

3. Tan hoàn toàn ở nồng độ cao

Màu xanh lục

Nồng độ Isopropanol

0% 20% 50% 70% 100%

1. Tách màu – xanh dương và vàng

2. Màu xanh dương - tan ở nồng độ >20%

3. Màu vàng - tan ở nồng độ >0%

Màu đỏ1. Tách màu – đỏ và vàng

2. Màu vàng – tan ở nồng độ thấp và ít tan ở nồng độ cao

Nồng độ Isopropanol

0% 20% 50% 70% 100%

3. Màu đỏ - tan nhẹ ở nồng độ thấp và tan nhiều hơn ở nồng độ >20%

Những thí nghiêm khác

Tất cả màu thực phẩm ở trong nước uống Kool-Aid đều hoà tan . Ở nồng độ thấp hơn của isopropnol , nước nho tách thành màu xanh dương và đỏ . Nước cam tách thành màu vàng và đỏ . Nước dâu chỉ thể hiện màu đỏ . Nước chanh chỉ thể hiện vàng

Màu thực phẩm

Những thí nghiêm khác

Sắc tố hồng và đỏ của hoa hoà tan được và tách ở nồng độ thấp và vừa của isopropanol . Sắc tố cam của hoa và xanh lục của lá ko tan được và tách ở nồng độ vừa của isopropanol . Sắc tố vàng của hoa ko tan được và tách ở nồng độ cao của isopropanol

Sắc tố của thực vật

Ứng dụng của sắc ký giấy

Ngày nay phương pháp sắc ký giấy được sử dụng khá rộng rãi để phân tích các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ , đặc biệt để tách và phân tích các hỗn hợp có tính chất hoá học giống nhau

D.Sắc ký trao đổi ion (Ion exchange chromatography)

SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION1. Định nghĩa:

Sắc ký trao đổi ion dựa trên hiện tượng trao đổi thuận nghịch giữa các ion linh động của pha tĩnh rắn với các ion trong dung dịch phân tích, khi cho dung dịch phân tích đi qua cột nạp đầy pha tĩnh. Pha tĩnh trong trường hợp này được gọi là chất trao đổi ion (ionit).

2. Thành phần:

Cationit (nhựa trao đổi ion): cationit chứa các nhóm chức hoạt động là các anion R-, ion linh động là Mn+. Anion R- có thể là các nhóm sunfonate, phosphate, carbonxylate…

Anionit: có R+X- với nhóm hoạt động R+ thường là nhóm amin. Do có nhóm amin gắn trên mạng lưới cao phân tử nên anionit mang tính bazơ, tính bazơ của anionit mạnh hay yếu phụ thuộc vào tính bazơ của nhóm amin. Anionit phổ biến nhất là amin bậc 4.

3. Phân loại ionit:

- Ionit là các chất có khả năng trao đổi ion với dung dịch mà chúng tiếp xúc.

- Ion rắn chia làm hai nhóm:

a. Ionit vô cơ thiên nhiên và nhân tạo.

• Ion vô cơ thiên nhiên: gồm zeolit, đất sét, gluconit.•Ion vô cơ nhân tạo gồm: Alumosilicat tổng hợp có khả năng trao đổi ion.

+ Công thức:

mMe2O3.nAl203.pSiO2.qH2O

Me: kim loại hóa trị 1

m, n, p, q : các hệ số có thể thay thế

+ Các alumosilicat vô cơ tổng hợp có khả năng trao đổi ion, có độ bền cơ học và độ bền hóa học cao hơn Alumosilicat tự nhiên.

b. Ionit hữu cơ thiên nhiên và nhân tạo:

• Ionit hữu cơ thiên nhiên bao gồm những chất hữu cơ như xenlulozo,….chúng có độ bền cơ học thấp, khả năng trao đổi ion thấp.

• Ionit hữu cơ nhân tạo: gọi là polyme chúng có nhiều nhóm phân cực và có khả năng trao đổi chất một cách thuận nghịch và đẩy các ion linh động của môi trường với các ion cùng dấu của dung dịch chất điện ly.

• Ion môi trường hữu cơ tự nhiên bao gồm:

, Cationit gồm nhóm -COOH , SO3H, -PO3H, -OH, -HPO2H-, -HPO2H2, -AsO3H-, -AsO3H2

Anionit: -CH2N(CH3)3+, Cl-, (Cl- ion

đối), -CH2NH(CH3)2+ và –

CH2NH2(CH3)+

4. Tổng hợp Cationit:

Tổng hợp bằng phương pháp trùng ngưng hay trùng hợp. Trùng ngưng là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng phenol hay dẫn xuất với tolmaldehyt. Sau đó được Sulfunce hòa bằng axit Sunfunce.

5. Tổng hợp Anionit:

Tổng hợp bằng phương pháp trùng ngưng.

Nguyên tắc, phương pháp tương tự như trong sắc ký phân bố.

Sắc ký trao đổi ion trên cột được tiến hành theo 3 phương pháp sau đây:

a. Phương pháp rửa giải: Nạp nhựa conit lên cột sắc ký, bão hòa conit bằng chất điện ly mà sau đó sẽ dùng để rửa giải. Tiếp theo đưa lên phần trên của cột conit một lượng xác định dung dịch cần phân tích có conit trong dung dịch phân tích sẽ được trao đổi với conit trên nhựa hay sẽ bị hấp phụ trên bề mặt của conit, sau đó dùng dung dịch điện ly đã dùng để bão hòa cột dội liên tục qua cột sắc ký. Ion để bão hòa phải được hấp phụ kém hơn các ion trong dung dịch phân tích.

Đưa dung dịch phân tích lên cột ta sẽ có thứ tự từ trên xuống M4,M3,M2 và M1.

Dùng ion M5 có ái lực mạnh nhất dội lên cột, M5 sẽ đẩy M4, M4 sẽ đẩy M3, M3 đẩy.M2, M2 đẩy M1 trong khi chuyển từ trên xuống dưới, nếu nồng độ đương lượng của M5 là Co và thể tích dùng rửa là V thì ta thu được phần dung dịch ở ban đầu là M1, M2, M3, M4 và cuối cùng là M5, tất cả với nồng độ C0.

b. Phương pháp tiến lưu:Bão hòa cột bằng dung dịch của dung dịch

ion M1 có ái lực đối với nhựa kém hơn tất cả các ion khác trong dung dịch cần phải phân tích.

c. Phương pháp thế đẩy:Nguyên tắc của phương pháp này giống phương pháp rửa giải nhưng để rửa cột, ta dùng dung dịch của cấu tử có khả năng bị hấp phụ bởi conit mạnh nhất. Khi rửa nó sẽ đẩy tất cả các ion khác ra khỏi cột. Để tách bằng phương pháp này, đầu tiên bão hòa cột bằng ion M1 có ái lực kém đối với nhựa, kém hơn các ion M2 < M3 < M4.

1. Đuổi ion cản trở trong quá trình phân tích.

2. Cô đặc dung dịch loãng.3. Sử dụng phản ứng ion để chuyển chất phân tích sang trạng thái thích hợp cho phân tích định lượng.

6. Trong kỹ thuật:

4. Tách các ion có điện tích ngược dấu.

5. Khử ion và khử muối của nước.

- Tinh chế thuốc thử hóa học.- Điều chế hóa chất.

Ứng dụng

Chân thành cảm ơn Thầy & các bạn đã lắng nghe và góp ý xây dựng.

MERRY CHRISTMAS !!!

Chúc Thầy và các bạn có được mùa Giáng sinh

an lành!!!