Nguyên Lý Hoạt Động Máy Sắc Ký Phân Tích Hợp Chất

Có thể bạn quan tâm

MỤC LỤC

Nguyên lý hoạt động của sắc ký khí phân tích hợp chất
- Sắc ký khí và cơ chế hoạt động?
- Các nhân tố ảnh hưởng đến việc tách các thành phần?
- Những loại đầu dò nào được sử dụng
- Nguyên lý hoạt động của máy sắc ký khí
- Ứng dụng của máy sắc ký trong phân tích
- Quy trình các bước hiệu chuẩn máy sắc ký khí
- Các hệ thống sắc ký tại Beta Technology
- CÔNG TY TNHH BETA TECHNOLOGY

Nguyên lý hoạt động của sắc ký khí phân tích hợp chất

Sắc ký là một kỹ thuật phân tích tại các phòng thí nghiệm dùng để phân tích hợp chất cũng như định lượng các hợp chất trong hỗn hợp. Hơn thế nữa phương pháp sắc ký còn là một kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi tại các phòng thí nghiệm môi trường, kiểm soát chất lượng, pháp y,…

may-sac-ky

Sắc ký khí và cơ chế hoạt động?

Cũng như các phương pháp sắc ký khác, với kỹ thuật này gồm 2 pha là pha tĩnh và pha động.

Pha động (khí mang): một loại khí có thể chẳng hạn heli, argon hoặc nitơ.
Pha tĩnh: một cột đóng gói hoặc được phủ với pha tĩnh lỏng bằng polymer có điểm sôi cao. Phương pháp sắc ký khí này phân tích sử dụng đầu cột ở lớp pha tĩnh được tráng lên thành một ống có đường kính nhỏ trực tiếp (tức 0,25 m phim trong một ống 0,32 mm).

Tại pha tĩnh các hợp chất sẽ được tách dự trên thế mạnh của việc tác động giữa các hợp chất (theo nguyên tắc “like-dissolves-like”). Còn các hợp chất tương tác với pha tĩnh, sẽ cần thời gian dài hơn để duy chuyển qua đầu cột ( thời gian lưu giữ lâu hơn).

Các nhân tố ảnh hưởng đến việc tách các thành phần?

Điểm sôi

Phân cực là yếu tố thường liên quan đến điểm sôi của một hợp chất. Thời gian lưu càng ngắn thường sẽ bắt nguồn từ việc hợp chất sẽ dành nhiều thời gian hơn trong pha khí. Cũng là nguyên nhân tại sao các dung môi sẽ có nhiệt độ sôi thấp như diethyl ether, diclometan để hòa tan mẫu.

Phân cực của các thành phần so với sự phân cực của pha tĩnh trên cột

Khi sự phân cực từ pha tĩnh với hợp chất giống nhau, việc thời gian lưu tăng từ việc các hợp chất tương tác mạnh mẽ với các pha tĩnh. Dẫn đến hợp chất phân cực sẽ lưu giữ lâu trên các phân cực pha tĩnh, đồng thời gian lưu giữ ngắn hơn trên các cột không phân cực bằng cách sử dụng một nhiệt độ. Giai đoạn cố định Chiral được dựa trên các dẫn xuất axit amin, cyclodextrins và Silanes chiral có khả năng đồng phân đối tách bởi vì một enantiomer tác động mạnh hơn so với pha tĩnh.

Với điều kiện nhiệt độ quá cao từ cột thì kết quả thời gian lưu sẽ ngắn lại. Tuy nhiên, để cho việc tách diễn ra tốt nhất các thành phần cần để có thể tương tác với pha tĩnh. Nếu các hợp chất không tương tác với pha tĩnh, thời gian lưu giữ sẽ giảm đi. Đồng thời, chất lượng cũng sẽ bị ảnh hưởng. Sự phân ly tốt nhất thường được quan sát cho gradient nhiệt độ, bởi vì sự khác biệt trong phân cực và ở điểm sôi được sử dụng.

Tốc độ khí mang

Tốc độ dòng khí cao sẽ dẫn đến việc giảm thời gian lưu giữ, việc tách kém sẽ được quan sát thấy. Giống như trên, các thành phần có rất ít thời gian để tương tác với pha tĩnh và chỉ bị đẩy qua cột.

Chiều dài cột

Thời gian lưu sẽ dẫn đến tăng tỉ lệ thuận với chiều dài cột cùng với một đỉnh cao mở rộng tương đối lớn sẽ được quan sát cũng vì tăng khuếch tán dọc bên trong các cột.

Điều cần lưu ý là các phân tử khí không chỉ theo một hướng mà còn theo cả phương ngang và ngược lại. mở rộng này là tỷ lệ nghịch với tốc độ dòng chảy. Mở rộng cũng được quan sát bởi vì tỷ lệ hữu hạn của khối lượng chuyển nhượng giữa các giai đoạn và bởi vì các phân tử đang dùng con đường khác.

Thể tích mẫu

Tối ưu nhất là các điểm đỉnh trong sắc ký đồ hiển thị một hình dạng đối xứng (đường cong Gauss). Đối với trường hợp có nhiều mẫu được tiêm. Các đầu dò hiện nay tương đối nhạy cảm sẽ không nhất thiết phải có rất nhiều vật liệu để sản xuất ra một tín hiệu phát hiện được. Với điều kiện tiêu chuẩn khoảng 1-2% hợp chất tiêm vào, qua cột bởi vì các công cụ GC đang hoạt động ở chế độ tách để tránh quá tải cho các cột và các máy dò. Các chế độ splitless sẽ chỉ được sử dụng nếu mẫu là cực kỳ thấp nồng độ trong điều kiện của phân tích.

Những loại đầu dò nào được sử dụng

các-loại-đầu-dò-máy-sắc-ký

1. Đầu dò khối phổ (GC / MS)

Khi máy GC được kết hợp với một máy phổ khối sẽ tạo nên một sự kết hợp thiết bị một cách tối ưu. Thiết bị GC sẽ đảm nhận việc tách các hợp chất, trong khi khối phổ kế sẽ giúp xác định chúng dựa trên mô hình phân mảnh của họ (tham khảo phổ khối – Mass Spectrometry).

2. Đầu dò ion hóa Ngọn lửa (FID)

Với đầu dò (Detector) với ưu điểm là rất nhạy cảm đối với các phân tử hữu cơ (10-12 g / s = 1 pg / s, tuyến tính khoảng: 106-107), tuy nhiên sẽ bị hạn chết với một vài phân tử nhỏ như: N2, NOx, H2S, CO, CO2, H2O.

Với trường hợp một lượng thích hợp của hydrogen / không khí được trộn lẫn, quá trình đốt cháy không đủ khả năng hoặc rất ít ion kết quả là một tín hiệu nền thấp. Nếu các thành phần carbon chứa khác, được giới thiệu đến dòng này, các cation sẽ được sản xuất trong dòng nước thải. Các nguyên tử cacbon nhiều hơn là trong phân tử, các mảnh vỡ hơn được hình thành và nhạy cảm hơn các máy dò là cho hợp chất này.

Đáng tiếc rằng việc không có mối quan hệ trực tiếp giữa số lượng các nguyên tử carbon và kích thước của tín hiệu. Dẫn đến yếu tố phản ứng cá nhân cho mỗi hợp chất phải được xác định bằng thực nghiệm cho từng nhạc cụ.

Do thực tế rằng mẫu được đốt cháy (nhiệt phân), kỹ thuật này là không thích hợp cho GC chuẩn bị. Ngoài ra, một số loại khí thường được yêu cầu để vận hành một FID: hydro, oxy (hoặc khí nén), và một khí mang.

3. Detector cộng kết điện tử (ECD)

Với đầu dò Detector sẽ có một khoang chứa hai điện cực và một nguồn bức xạ phát ra -radiation (63Ni, 3H). Tương tác giữa electron và khí mang (methane cộng với một khí trơ) sẽ sinh ra electron plasma gồm các ion dương.

Nếu tồn tại một phân tử mang ion điện tích âm thì các electron sẽ được “Chọn lấy” để tạo thành ion âm và tốc độ của bộ sưu tập điện tử sẽ giảm. Các máy dò là rất chọn lọc các hợp chất với các nguyên tử của ái lực electron cao (10-14 g / s), nhưng có một phạm vi tuyến tính tương đối nhỏ (~ 102-103).

Đầu dò này thường được sử dụng trong phân tích các hợp chất clo như thuốc trừ sâu (thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu), biphenyl đã polyclo hóa, vv mà nó thể hiện một sự nhạy cảm rất cao.

Nguyên lý hoạt động của máy sắc ký khí

sắc ký khí 3 đầu dò

Với một máy sắc ký sẽ có pha tĩnh và pha động.
Pha động chứa khí có thể là argon, heli hoặc nitơ và pha tĩnh đóng vai trò của cột đóng gói.
Hỗn hợp chất sẽ được bơm đi theo dòng khí mang là Nitơ vào sắc ký khí và đến pha tĩnh.
Chất khí được cột sắc ký hấp thụ và dần dần tách khỏi cột đi theo dòng khí để ra ngoài theo từng chất riêng biệt.
Sau quá trình sẽ được ghi nhận bởi đầu dò ở bên ngoài.
Sau đó thiết bị sẽ tiến hành xử lý các thông tin nhận được và hiển thị kết quả phân tích theo dạng biểu đồ sắc ký.
Từ đó chúng ta sẽ biết được thành phần nhờ vào giá trị thời gian lưu thể hiện trên biểu đồ đó.

Ứng dụng của máy sắc ký trong phân tích

Phân tích dư lượng PCBs, PAHs, trong các nền mẫu trong các lĩnh vực phân tích thực phẩm, môi trường, nước,…
Phân tích các hóa chất POPs (Persistent Organic Pollutants) trong các lĩnh vực phân tích môi trường, thực phẩm,…
Phân tích amino acid trong thực phẩm, phân bón, chế phẩm sinh học,…
Phân tích BTX (Benzen – Toluen – Xylen) và một số hợp chất bay hơi khác trong không khí.
Phân tích thành phần acid béo, cholesterol, và các thành phần khác theo bảng giá trị dinh dưỡng (Nutrition Fact).

hoa-thuc-pham-moi-truong

Quy trình các bước hiệu chuẩn máy sắc ký khí

Bước 1: Kiểm tra tổng quát

Kiểm tra sơ bộ bằng mắt thường xác định các yếu tố của thiết bị có phù hợp với yêu cầu phân tích theo báo cáo của nhà sản xuất:
Tình trạng vận hành của máy có ổn định hay không
Kiểm tra độ tinh khiết của khí mang
Các thông số kỹ thuật : hình dạng, kích thước, số seri, nơi sản xuất, điện thế, tần số và dòng nguồn sử dụng.

Bước 2: Kiểm tra kỹ thuật

Kiểm tra trạng thái hoạt động bình thường của máy sắc ký khí theo hướng dẫn vận hành của máy.

Bước 3: Kiểm tra các giá trị đo lường

Nhiệt độ thiết bị
Tốc độ dòng khí
Độ ổn định GC (áp dụng cho detector FID, ECD, NPD)
Độ nhiễu và trôi đường nền của detector (áp dụng cho detector FID, ECD, NPD)
Độ chính xác khối (áp dụng cho detector MS)
Đáp ứng của detector
Độ lặp lại của hệ thống
Độ tuyến tính của hệ thống.

Xử lý chung

Máy sắc ký khí GC sau khi hiệu chuẩn được dán tem hiệu chuẩn và cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn.
Chu kỳ hiệu chuẩn máy sắc ký khí được khuyến nghị là 1 năm.