chuong 1-cac khai niem co ban
TRANSCRIPT
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝVÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
GVGD: T.S. NGUYỄN VĂN TRỌNG
ĐTDĐ: 0903-543-882
EMAIL: [email protected]
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ
17/04/23
17/04/23
Các đại lượng cơ bản trong sắc ký và động học của quá trình sắc ký
1.1
1.2
1.3
1.4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝVÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ
Định nghĩa, phân loại các phương pháp sắc ký
Lịch sử ra đời và phát triển của phương pháp sắc ký
Sắc ký hấp phụ
1.5 Sắc ký phân bố
1.6 Phân tích định tính và định lượng trong sắc ký
3 17/04/23
1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của phương pháp sắc ký
Nhà khoa học đầu tiên đã ghi nhận phương pháp sắc ký như là một
phương pháp tách có hiệu năng cao là nhà thực vật học người Nga
Mikhail Tswett (Mikhail Semyonovich Tswett), ông là người đã sử dụng
phương pháp sắc ký lỏng – rắn để tách một số sắc tố của cây khi ông
đang nghiên cứu về cholorophyll.
Năm 1952 Archer John Porter Martin và Richard Laurence
Millington Synge được trao giải Nobel hoá học cho phát minh của họ
về sắc ký phân bố.
4 17/04/23
Thí nghiệm tách sắc tố ở lá cây
5 17/04/23
Thí nghiệm tách sudan và các hợp chất màu thực
phẩm bằng TLC
6 17/04/23
Định nghĩa
Sắc ký là một phương pháp tách dựa trên sự phân bố khác nhau của chất cần
phân tích giữa pha động và pha tĩnh từ đó tách các thành phần trong hỗn hợp.
Thành phần trong hỗn hợp có thể bị giữ lại với pha tĩnh do điện tích, mối quan hệ
của dung dịch hay do hấp phụ. Hay một cách khác sắc ký là quá trình tách liên tục
từng vi phân hỗn hợp các chất do sự phân bố không đồng đều của chúng giữa pha
tĩnh và pha động khi cho pha động di chuyển qua pha tĩnh.
1.2. Định nghĩa, phân loại và hình dạng sắc ký đồ
7 17/04/23
Phân loại theo cơ chế của quá trình tách
a. Sắc ký hấp phụ (absorption chromatography)
b. Sắc ký phân bố (distribution chromatography)
c. Sắc ký trao đổi ion (ion exchange chromatography)
d. Sắc ký rây phân tử (molecular sieve chromatography)
8 17/04/23
Phân loại theo tính chất của pha động
a. Sắc ký khí (gas chromatography)
Pha động là khí
b. Sắc ký lỏng (liquid chromatography)
Pha động là chất lỏng
c. Sắc ký khí lỏng (gas – liquid chromatography)
Pha động là khí
Pha tĩnh là chất lỏng
9 17/04/23
Hình dạng sắc đồ
Quá trình tách sắc ký làm cho các cấu tử được tách thành các vùng riêng
biệt có màu hoặc không màu trên cột hoặc trên mặt phẳng. Những vùng riêng
biệt đó gọi là sắc đồ. Dựa vào sắc đồ ta có thể suy đoán sự hiện diện của các
cấu tử trong dung dịch phân tích
10 17/04/23
Sắc phổ
Trong quá trình tách bằng sắc ký, nếu bằng một cách nào đó ta có thể ghi
được sự phân bố nồng độ các cấu tử dọc theo cột hoặc trên mặt phẳng, ta
thu được một đường cong gọi là sắc phổ.
Sắc đồ và sắc phổ trong sắc ký cột
11 17/04/23
Sắc ký đồ
Đường biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ chất đi ra khỏi cột sắc ký
theo thể tích dung môi rửa giải hoặc thời gian rửa giải được gọi là sắc ký đồ.
V hay t
C
V hay t
C
Sắc ký đồ vi phân và sắc ký đồ tích phân
12 17/04/23
1.3. Các đại lượng đặc trưng cơ bản
trong sắc ký
Peak sắc ký
Thời gian lưu, thể tích lưu
Hệ số phân bố, hệ số chứa
Thuyết đĩa về tách sắc ký
Độ chọn lọc
Hệ số phân giải
13 17/04/23
Peak sắc ký
V hay t
Tínhiệu
oo’ A BG
Điểm O ứng với thời điểm đưa mẫu vào
Điểm O’ ứng với thời điểm xuất hiện của
chất lý tưởng, nghĩa là không bị hấp phụ
lên cột.
Đường OB là đường nền.
Khoảng cách GH gọi là chiều cao peak.
Khoảng cách AB gọi là chiều rộng peak ở
chân
Khoảng cách EF gọi là chiều rộng ở giữa
chiều cao.
H
E F
14 17/04/23
Thời gian lưu, thể tích lưu
Thời gian lưu (tR): là thời gian từ lúc tiêm mẫu đến lúc ghi nhận được cực đại
các mũi sắc ký, thường dùng trong định danh (giây, phút). VR: thể tích lưu.
Thời gian lưu chết (tM): là thời gian một chất hoàn toàn không tương tác với
pha tĩnh (không bị pha tĩnh giữ lại) đi qua cột. Đó cũng là thời gian di chuyển của pha
động từ đầu cột đến cuối cột, còn gọi là thời gian chất phân tích được lưu giữ trong
pha động. VM: thể tích lưu chết.
Thời gian lưu hiệu chỉnh (t’R) là thời gian chất bị lưu giữ trong pha tĩnh,
được tính theo công thức: t’R = tR – tM. Thể tích lưu hiệu chỉnh: V’R = VR – VM
15 17/04/23
Thời gian lưu, thể tích lưu
t’R = tR – tM
V’R = VR – VM
16
HỆ SỐ PHÂN BỐ (K)
Cs: nồng độ chất tan trong pha tĩnh
CM: Nồng độ chất tan trong pha động
S: Stationary M: Mobile K phụ thuộc vào
yếu tố nào?
M
S
C
CK
17/04/23
17
HỆ SỐ DUNG LƯỢNG (K’)
K’ phụ thuộc vào– Bản chất của pha tỉnh
pha động– Bản chất của chất tan– Đặc tính của cột
Pha động có năng suất rửa giải càng mạnh, K’ càng nhỏ các mũi ra nhanh và gần nhau
' S
M
nK
n
' S S S
M M M
V C VK K
V C V
17/04/23
18
CHÚ Ý!!!
Hỗn hợp đơn giản (ít cấu tử) K’ thường nằm trong khoảng: 1 < K’ < 5
Hỗn hợp phức tạp (nhiều cấu tử) K’ thường nằm trong khoảng: 1 < K’ < 10
Hỗn hợp rất phức tạp (rất nhiều cấu tử)1 < K’ < 20. K’ = (tR –tM)/tM hoặc K’ = (VR –VM)/VM
When k' is # 1.0, separation is poor When k' is > 30, separation is slow When k' is = 2-10, separation is optimum
17/04/23
19 17/04/23
Hệ số dung lượng hay hệ số lưu K’
Pha động có năng suất rửa giải lớn Pha động có năng suất rửa giải nhỏ
- K’ tuỳ thuộc vào bản chất của chất tan, pha tĩnh pha động, nhiệt độ, và đặc tính của
cột sắc ký (kích thước hạt, chiều dài cột)
- Pha động có năng suất rửa giải càng mạnh, K’ càng nhỏ, các peak càng ra nhanh
và càng gần nhau.
- Khi K’ > 1 chất tan có ái lực với pha tĩnh lớn hơn pha động.
- Mối liên hệ: tR = tM (1 + K’) K’ tăng, tR và VR đều tăng
20 17/04/23
Thuyết đĩa về tách sắc ký
Đĩa lý thuyết là một lát mỏng của cột sắc ký (gồm từ 2 – 3 lớp hạt). Trong
mỗi một đĩa thiết lập một cân bằng giữa các pha tĩnh và pha động.
Số đĩa lý thuyết N là số đo hiệu quả của cột. Giữa
hai đại lượng có mối liên hệ:
LN=
H
Trong đó: L là chiều dài cột sắc ký và H là chiều
cao đĩa lý thuyết
Công thức tính số đĩa lý thuyết:
22
R R
b 12
t tN = 16 = 5,54
W W
trong đó: Wb là bề rộng đáy
21
ĐĨA LÝ THUYẾT
2
21
R
2
R
w
t5,55
w
t16
H
LN
17/04/23
22
Tại sao có sự mở rộng mũi sắc ký?
a. Khuếch tán xoáy - Eddy diffusion
b. Truyền khối pha động - Mobile phase mass transfer
c. Truyền khối pha động do ứ đọng - Stagnant mobile phase
mass transfer
d. Khuếch tán dọc - Longitudinal diffusion
17/04/23
23
a.) Khuếch tán xoáy: là một quá trình dẫn đến sự mở rộng đáy của mũi sắc ký do sự hiện diện của nhiều dòng chảy trong cột nhồi.
Khí các phân tử chất tan đi qua cột, một số phân tử sẽ kết thúc sớm hơn các phân tử còn lại, điều đó đơn giản là do các phân tử di chuyển theo hướng khác nhau dẫn đến chúng về đích với thời gian khác nhau.
Đường dài hơn sẽ hướng đến điểm cuối của cột lâu hơn.
17/04/23
24
Những phân tử chất tan nằm ở giữa dòng chảy sẽ có khuynh hướng di chuyển nhanh hơn các phân tử nằm ở phía bìa ngoài do đó dẫn đến độ rộng của mũi sắc ký
Độ rộng của mũi sắc ký do khếch tán xoáy và truyền khối pha động phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố:
1) Kích thước của vật liệu nhồi2) Tốc độ khuếch tán của chất tan
b.) Truyền khối pha động – là một quá trình làm tăng bề rộng của mũi sắc ký mà nguyên nhân là do sự hiện diện của các dòng chảy khác nhau bên trong cột.
17/04/23
25
c.) Truyền khối pha động ứ đọng – độ mở rộng peak do sự khác nhau giữa tốc độ khuếch tán của chất tan bên trong và bên ngoài hốc của chất nền (pores of the support)
Từ một chất tan không di chuyển quanh co trong cột mà nó bị lưu giữ lại trong hốc và sau đó được đấy ra chúng sẽ tốn nhiều thời gian ở trong cột hơn so với phân tử chất tan khác
Độ rộng của mũi sắc ký do sự truyền khối ứ đọng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:
1) kích thước, hình dạng và cấu trúc hốc của vật liệu nhồi2) sự khuếch tán và lưu giữ của chất tan3) tốc độ dòng chảy của chất tan thông qua cột
17/04/23
26
e.) Khuếch tán dọc – Sự mở rộng mũi sắc ký do khuếch tán của chất tan dọc theo chiều dài của cột theo pha động
Độ mở rộng của mũi sắc ký do khuếch
tán dọc phụ thuộc vào các yếu tố:
1) khuếch tán của chất tan
2) tốc độ dòng của chất tan thông qua cột
17/04/23
How can band broadening be reduced? (and thus column efficiency be enhanced)
1. Decrease particle diameter
2. Decrease column width
3. Lowering temperature in GC (reduces diffusion coefficient)
4. Minimize thickness of liquid stationary phase
17/04/2319 October 2006
28
HỆ SỐ CHỌN LỌC ()
Hệ số tách hay còn gọi là hệ số chọn lọc Ký hiệu hay
'
'B B
A A
K K
K K
time
= = = = K2
K1
k2
k1
tR2 - tM
tR1 - tM
tR2‘
tR1’
17/04/23
• Thông thường hai cấu tử có thể tách ra khỏi nhau khi >1,2, càng lớn khoảng cách giữa hai mũi càng xa, hay hai mũi tách khỏi nhau hoàn toàn. Hệ số chọn lọc phụ thuộc vào bản chất của A, B, pha động, pha tĩnh và nhiệt độ.
• Ảnh hưởng của rất mạnh khi 1. Để thay đổi người ta cần thay đổi:– Thành phần pha động– Độ phân cực của pha động– Bản chất pha tĩnh– Nhiệt độ
17/04/2319 October 2006
30 17/04/23
Hệ số chọn lọc
: phụ thuộc pha tĩnh, pha động và bản chất chất tan, và được dùng để
đánh giá 2 chất (1) và (2) có tách được không.
- Khi = 1 K2 = K1, K’2 = K’1 tR2 = tR1: 2 chất phân tích vào cùng lúc, ra
cùng lúc nghĩa là cột sắc ký đó không có tính chọn lọc đối với 2 chất.
- Để tách tốt, 1.
- Độ chọn lọc tuỳ thuộc bản chất pha tĩnh, pha động và chất tan
31 17/04/23
Hệ số phân giải RS
Công thức: RS =
2 1
1 2
R R
b b
t - t
W +W
2
Ý nghĩa của hệ số phân giải
- Hệ số phân giải là một đại lượng dùng để đánh giá hai peak liên tiếp có thể
tách được hay không. Để tăng RS có thể tăng tR hoặc giảm W2 và W1.
- Để tách được thì RS > 1. Để phân tích định lượng chính xác thì các mũi sắc
ký phải tách xa nhau hoàn toàn. Do đó cần chọn điều kiện sao cho RS của các
cặp phải thoả mãn RS > 1,5 thì phân tích mới chính xác.
32 17/04/23
Biểu thức liên hệ giữa hệ số phân giải với độ hiệu nghiệm,
độ chọn lọc và dung lượng cột
Trong đó: N
4 là số hạng biểu diễn sự phụ thuộc vào độ hiệu nghiệm cột
α -1
α là số hạng biểu diễn sự phụ thuộc vào độ chọn lọc
'2
'2
K
1 + Klà số hạng biểu diễn sự phụ thuộc vào dung lượng cột.
33 17/04/23
Các yếu tố ảnh hưởng lên số đĩa lý thuyết
LN=
H Chiều dài cột: N tăng khi L tăng
Đường kính của hạt: dp càng nhỏ, N càng lớn
K’: K’ nhỏ (K’ < 2), N lớn; K’ > 2, N gần như không chịu ảnh hưởng
Độ nhớt của pha động: độ nhớt nhỏ, N lớn
Lượng mẫu: lượng mẫu càng ít, N càng lớn.
Để tăng N ta có thể:
nhồi cột kỹ hơn đối với cột nhồi, nạp đầy, hạt bé hơn, có đường kính
đồng đều.
đối với SKK cần tối ưu hoá vận tốc pha động.
2'22 2S 2 '
2
1+KαN = 16R
Kα-1
34 17/04/23
Ảnh hưởng của đến N:
Với 1 giá trị RS, N cần thiết càng nhỏ, ảnh hưởng của càng mạnh. càng mạnh.
Ảnh hưởng của rất mạnh khi rất mạnh khi 11
tăng, khoảng cách 2 peak tăngtăng, khoảng cách 2 peak tăng
Để thay đổi ta có thể thay đổi:
thành phần pha động
độ phân cực của của pha động
bản chất pha tĩnh
nhiệt độnhiệt độ
2'22 2S 2 '
2
1+KαN = 16R
Kα-1
Các yếu tố ảnh hưởng lên số đĩa lý thuyết
35 17/04/23
Các yếu tố ảnh hưởng lên số đĩa lý thuyết
Ảnh Ảnh hưởng của K’ đến N: của K’ đến N:
K’2 < 1, ảnh hưởng của K’2 rất mạnh
K’2 ≥ 5, ảnh hưởng của K’2 rất yếu
Để thay đổi K’ ta có thể thay đổi:
năng suất rửa giải của pha động
lượng pha tĩnh chứa trong cột (VS tăng, VM giảm → K’ tăng)
36 17/04/23
Độ phân giải RS
Để tăng RS ta có thể:
Tăng tR, tăng khoảng cách giữa 2 peak
Giảm Wb1 và Wb2, giảm bề rộng đáy, tăng độ nhọn của peak
Ảnh hưởng của N đến RS :
N ảnh hưởng rất mạnh lên RS, N lớn làm cho các peak trên sắc ký
nhọn hơn, Wb giảm, RS tăng
Khi N tăng gấp đôi, RS tăng 1.4 lần
Chromatographic Separations with a twist Chromatographic Separations with a twist
17/04/2319 October 2006
38
Chromatographic Relationships
17/04/23
39 17/04/23
Động học của quá trình sắc ký
Kích thước hạt quá lớn hay quá bé đều khó nạp cột đồng đều do đó làm
cho tốc độ pha động khác nhau rõ rệt, trong sắc ký lỏng thường dùng hạt có
kích thước đồng đều và có đường kính trung bình( = 1-6 mm).
Tốc độ dòng lớn quá hoặc bé quá đều giảm độ hiệu nghiệm của cột.
Tốc độ tối ưu trong sắc ký lỏng thường bé hơn trong sắc ký khí 104 lần
do đó làm kéo dài thời gian phân tích. Hiện nay nhờ kỹ thuật cao áp, ta có
thể làm tăng tốc độ dòng để tăng nhanh thời gian phân tích mà kết quả tách
vẫn tốt vì có thể tăng độ dài cột.
40
PHƯƠNG TRÌNH VANDEEMTER
Trong đó:
- 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.
- HB: Chiều cao riêng phần biểu diễn sự phân tán của cấu tử khảo sát
trong pha động.
- HC: Chiều cao riêng phần biểu diễn sự hấp phụ và giải hấp phụ của
cấu tử trên pha tĩnh và sự phân tán của cấu tử trong hai pha.
Cuu
BAHHHH CBA
17/04/23
41 17/04/23
42 17/04/23
43
Van Deemter Plot
Linear Velocity, u
Pla
te H
eigh
t, H
Multipath Term, A
Mass Transfer (both), Cu
Longitudinal diffusion, B/u
A + B/u + Cu
17/04/23
44 17/04/23
45 17/04/23
46 17/04/23
47
ĐÁP SỐ
Hệ số dung lượng: k = 6.07
Số đĩa lý thuyết: N = 296 đĩa
Chiều cao của đĩa: HETP (H) = 3.38 cm
Độ phân giải: Rs = 1.48 (tách định lượng được)
Hệ số tách (chọn lọc): = ?
17/04/23
Example 12: Given the following data and a 24.7 cm column
calculate the resolution between species C and D. What column length is required for a resolution of 1.5?
Compound Retention Time (min) Peak Width(WB, min)
Nonretained 3.1 -
A 5.4 0.41
B 13.3 1.07
C 14.1 1.16
D 21.6 1.72
17/04/2319 October 2006
49 17/04/23
1.4. Sắc ký hấp phụ
Nguyên tắc của sắc ký hấp phụ
Các loại lực hấp phụ
Pha tĩnh và pha động trong sắc ký hấp phụ
Ưu và nhược điểm của phương pháp sắc ký hấp phụ
50 17/04/23
Nguyên tắc của sắc ký hấp phụ
Trong sắc ký hấp phụ, pha tĩnh thường là chất rắn có khả năng hấp
phụ, hầu hết các chất rắn này đều là các hợp chất vô cơ phân cực (SiO2,
Al2O3), hoặc không phân cực như than hoạt tính. Pha động của sắc ký hấp
phụ thường là lỏng hoặc khí.
Sắc ký hấp phụ được dùng khi hợp chất hữu cơ có M < 1000 và chủ
yếu tan trong dung môi hữu cơ, ít tan trong nước. Những chất tan trong
nước không nên dùng sắc ký hấp phụ.
51 17/04/23
Các loại lực hấp phụ
Sắc ký hấp phụ là quá trình tách do ái lực khác nhau của các cấu tử
lỏng đối với chất hấp phụ rắn.
Lực hấp phụ bao gồm:
Lực Van der Waals là lực tương tác giữa các phân tử
Lực cảm ứng là lực hình thành khi trong phân tử có sẵn điện trường
Lực liên kết hoá học khi giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ hình
thành liên kết hoá học
Lực liên kết hydro khi chất hấp phụ phân cực như Al2O3, SiO2…hấp
phụ các chất có nhóm cho proton.
52 17/04/23
Pha tĩnh
Yêu cầu đối với chất hấp phụ
Không tương tác hoá học với các cấu tử cần tách, không có hoạt tính xúc tác để
tránh các phản ứng phụ như oxy hoá, polymer hoá…
Chất hấp phụ phải ổn định để cung cấp các kết quả có độ lặp lại cao.
Diện tích bề mặt riêng và kích thước hạt phải thích hợp.
Chất hấp phụ phân cực (oxid kim loại, silicalgel …) hấp phụ chọn lọc các phân
tử phân cực (hydrocarbon chưa no và thơm như các amin, rượu, acid).
Các chất hấp phụ không phân cực (than hoạt tính, diatomite…) không hấp phụ
chọn lọc các cấu tử không phân cực mà thường được sử dụng làm chất mang
53 17/04/23
Pha tĩnh
Các loại chất hấp phụ thường dùng
SiO2.xH2O (silicagel)
- Là chất hấp phụ tốt nhất để hấp phụ các sản phẩm dầu mỏ, các acid béo và
ester của chúng, các amin thơm và các hợp chất hữu cơ khác.
- Silicagel chứa nhóm silanol Si – O – H phân cực, các nhóm này tạo với các chất
phân tích các liên kết như liên kết hydro, liên kết lưỡng cực – lưỡng cực.
- Silicagel là chất hấp phụ có tính acid, khả năng hấp phụ của silicagel tăng khi
tăng số nhóm OH.
Al2O3 (alumin)
- Là chất hấp phụ phân cực và có tính lưỡng tính
- Hoạt tính của nhôm oxid phụ thuộc rất lớn vào hình dạng và độ ẩm.
- Khả năng hấp phụ tăng khi số nhóm OH giảm
54 17/04/23
Pha tĩnh
Than hoạt tính
Chất hấp phụ không cực điển hình là than hoạt tính. Than hoạt tính có hai đặc
tính:
- Khi nung các hợp chất hữu cơ ở t0 > 10000C, than hoạt tính có tính
không cực
- Khi nung trong không khí ở nhiệt độ nhỏ hơn 10000C và trên bề mặt
phủ lên một nhóm chức hữu cực, than hoạt tính trở thành chất hấp
phụ có cực.
Than hoạt tính không cực chỉ hấp phụ chủ yếu chất không cực, than hoạt tính
có cực thường hấp phụ các chất hữu cơ có cực.
55 17/04/23
Pha động
Pha động hay dung môi sử dụng trong sắc ký phải đáp ứng các yêu cầu sau:
-Độ tinh khiết cao
-Hoà tan tương đối tốt tất cả các chất phân tích
-Bị hấp phụ tối thiểu trên pha tĩnh
-Không phản ứng hoá học với chất tan cũng như chất hấp phụ.
Để tăng khả năng tách, có thể rửa giải bằng nhiều dung môi theo thứ tự khả năng
giải hấp tăng dần.
Trừ một vài ngoại lệ, khả năng giải hấp của dung môi phụ thuộc vào hằng số điện
môi của chúng.
-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 hấp phụ trên đó.
-Với các chất hấp phụ không phân cực, dung môi có hằng số điện môi
càng lớn sẽ giải hấp càng kém.
56 17/04/23
Ưu và nhược điểm của sắc ký hấp phụ
Ưu điểm
• Có độ chọn lọc cao với các đồng phân vị trí.
• K’ tăng theo độ phân cực của chất tan
Nhược điểm
• Các peak dễ chập lên nhau, Rs nhỏ.
• Trong SKHP, K = CS/CM không là hằng số nên peak trong SKHP
không đối xứng, thường có đuôi.
• Không tách được các chất đồng đẳng
57 17/04/23
1.5. Sắc ký phân bố
Cơ sở lý thuyết của sắc ký phân bố
Phân loại sắc ký phân bố
58 17/04/23
Cơ sở lý thuyết của sắc ký phân bố
Sắc ký phân bố là phương pháp sắc ký dựa trên sự phân bố không
giống nhau của chất tan giữa pha tĩnh và pha động. Pha động và pha tĩnh
không trộn lẫn vào nhau, tính chất phải khác hẳn nhau.
Ví dụ: pha tĩnh phân cực thì pha động phải ít phân cực nghĩa là
PS > PM và ngược lại.
Đối với sắc ký phân bố cổ điển, pha tĩnh thường là chất lỏng; nếu pha
động là chất lỏng thì ta có phương pháp sắc ký lỏng – lỏng; nếu pha động
là chất khí thì ta có phương pháp sắc ký lỏng – khí.
59 17/04/23
Sắc ký phân bố pha thường
Trong sắc ký phân bố pha thường, pha tĩnh thường là dung môi có độ
phân cực cao hoặc silic ghép gốc phân cực ( - CN, - OH, - NH2); pha
động thường là dung môi có độ phân cực thấp hơn (PS > PM).
Sắc ký phân bố pha thuận áp dụng cho những chất có độ phân cực
tương đối cao, phân tử khối nhỏ.
Dung môi thường dùng trong sắc ký phân bố pha thường là hexan,
CH2Cl2, MTBE, ACN
60 17/04/23
Sắc ký phân bố pha đảo
Trong sắc ký phân bố pha đảo, pha tĩnh có độ phân cực thấp hơn pha
động PS < PM.
Chất càng phân cực càng ít bị giữ lại, dung môi động càng phân cực,
năng suất rửa giải càng yếu.
Trái với sắc ký hấp phụ và sắc ký phân bố pha thường, nước là dung
môi yếu nhất trong sắc ký phân bố pha đảo. Khi thêm một dung môi hữu cơ
vào nước, độ phân cực của của pha động giảm, năng suất rửa giải tăng.
Sắc ký phân bố pha đảo được sử dụng cho những chất ít tan trong
nước, phân tử lớn, nhiều C, độ phân cực thấp.
61
Partition Chromatography
Movie Used in GC & LC
Molecules will partition into
the stationary phase based
upon affinity for stationary
phase & eventually partition
into mobile phase again
Thin layer is coated onto
inside of GC column or on
small particles on LC column
17/04/23
62
Adsorption Chromatography
Very similar to partition chromatography
Adsorption just on surface, partition into thin layer
Not used as widely as partition used mainly in TLC & very small particles in LC
Movie
17/04/23
63 17/04/23
1.5. Phân tích định tính và định lượng trong sắc ký
Định tính trong sắc ký
Phân tích định tính thường dựa trên việc so sánh thời gian lưu của cấu tử cần
xác định với chất chuẩn
Phân tích định lượng thường dựa trên việc lấy diện tích hoặc chiều cao
mũi sắc ký của cấu tử cần xác định rồi dựa vào các phương pháp như
đường chuẩn, thêm chuẩn, so sánh hoặc nội chuẩn của chất chuẩn để từ đó
tính hàm lượng của chất cần xác định
Định lượng trong sắc ký
6417/04/23
Đây là phương pháp cho phép xác định chính xác nồng độ của chất phân tích ở
nồng độ có thể là mg/L, g/L, ppm, ppb, …
Phương pháp này thường dùng chủ yếu cho sắc ký lỏng, ít dùng cho sắc ký
khí. Đối với sắc ký khí, khi sử dụng phương pháp ngoại chuẩn, các thông số làm việc
của máy như nhiệt độ, tốc độ dòng phải rất ổn định và lượng mẫu bơm vào phải có
độ ổn định cao.
Trong sắc ký khí, nếu tiêm mẫu bằng tay, sai số có thể lên đến 30 % do thể tích
tiêm mẫu giữa các lần tiêm sẽ khác nhau nhiều. Để khắc phục, trong sắc ký khí, khi
dùng phương pháp ngoại chuẩn người ta thường dùng bộ tiêm mẫu tự động (sai số
khi sử dụng bộ tiêm mẫu tự động thường trong khoảng 2 – 3 %). Nếu không có bộ
tiêm mẫu tự động, để giảm sai số nên dùng phương pháp nội chuẩn.
Định lượng trong sắc kýĐịnh lượng trong sắc ký
Phương pháp ngoại chuẩn
65 17/04/23
Phương pháp ngoại chuẩn
h
Diện tích S
C
h
hoặc
S
Đường chuẩn
6617/04/23
Đây là phương pháp thường dùng trong sắc ký khí, phương pháp cho phép xác
định chính xác nồng độ của chất phân tích mà không bị ảnh hưởng đáng kể bởi thể
tích mẫu giữa các lần tiêm.
Trong phương pháp này, ta thêm vào tất cả các dung dịch (mẫu, chuẩn) một
lượng xác định (mIS hoặc CIS) của chất đươc chọn làm chất nội chuẩn. Chất nội
chuẩn có thể là một chất lạ và cũng có thể là một cấu tử nào đó sẵn có trên sắc ký
đồ, với điều kiện là sau đây
-Chất nội chuẩn phải có thời gian lưu gần với thời gian lưu của cấu tử cần phân
tích.
-Pic của chất nội chuẩn phải gần với pic của chất cần phân tích
Phương pháp nội chuẩn (Internal standard)
6717/04/23
Chất nội chuẩn
Chất cần xác định
Phương pháp nội chuẩn (Internal standard)
Ưu điểm của phương pháp nội chuẩn là hạn chế sai số do thể tích
mẫu vào cột sắc ký không đồng đều giữa các lần tiêm và khắc phục
những nhược điểm của phương pháp ngoại chuẩn.
69
Sắc ký đồ mẫu và kết quả tích phânSắc ký đồ mẫu và kết quả tích phân
ISX
AIS = 17.80
AX = 27.01
isx
isxisx cc
AAR /
17/04/23
70
Đường chuẩn với chất nội chuẩnĐường chuẩn với chất nội chuẩn
Chất chuẩn• Chất nội chuẩn cố định, chất chuẩn
thay đổi• Đường chuẩn là đường thẳng di
qua gốc tọa độ
Mẫu• Thêm hàm lượng của chất nội chuẩn• Tiêm và đo đươc giá trị Ax/Ais
• Xác định giá trị cx/cis cho mẫu của bạn từ đường chuẩn. Với cis đã biết, cx rất dễ dàng được tính theo công thức
cx = (cx/cis)cis
isx
isxisx cc
AAR /
*This expression for the response factor is not used directly in your calculations. The following expression which accounts for the intercept is more rigorous (in practice the intercept is very near zero). Calculations based on the calibration data do take the intercept into account.
/( intercept)x is
x isx is
A A yR
c c
17/04/23
71
Cách thực hiện phương pháp nội chuẩnCách thực hiện phương pháp nội chuẩn
Pha một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ khác Pha một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhaunhau thêm cùng 1 lượng chất nội chuẩn vào các thêm cùng 1 lượng chất nội chuẩn vào các dung dịch chuẩn và mẫudung dịch chuẩn và mẫu Xây dựng đồ thị giữa tỷ số đáp ứng và tỷ số Xây dựng đồ thị giữa tỷ số đáp ứng và tỷ số nồng độnồng độ Ngoại suy tỷ số nồng độ mẫu từ đồ thị bằng Ngoại suy tỷ số nồng độ mẫu từ đồ thị bằng cách sử dụng hệ số đáp ứng của mẫucách sử dụng hệ số đáp ứng của mẫu
17/04/23
72
Standard Curve Response Ratio
Concentration Ratio
x
x
x
x
unknown response ratio
Đồ thị giữa tỷ số đáp ứng và tỷ số nồng độĐồ thị giữa tỷ số đáp ứng và tỷ số nồng độ
Conc. Unknown =Conc. Unknown =Conc. Ratio (from Std. Curve) X Conc. Ratio (from Std. Curve) X Conc. Internal StandardConc. Internal Standard
17/04/23