BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC    NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ DETECTOR TRONG SẮC KÝ LỎNG VÀ KHÍ Giảng viên: ThS LÊ NHẤT TÂM Tháng 10/2006 Mục lục Giới thiệu về phương pháp sắc ký……………………………………………… 1 1. Nguyên lý hoạt động của một số detector trong sắc ký khí………………… 1 1.1 Dectector dẫn nhiệt (thermal conductivity dectector)……………………… 3 1.2 Detector ion hóa ngọn lửa (flame-ionization detector)………………………4 1.3 Detector cộng kết điện tử (electron capture dtector):……………………… 6 1.4 Detector phát xạ nguyên tử (atomic-emission detector):…………………… 9 1.5 Detector quang kế ngọn lửa (flame photometric GC detector)………………9 1.6 Detector quang hóa ion (photoionization detector):……………………… 11 1.8 Chemiluminescence Spectroscopy:……………………………………… 12 2. Nguyên lý hoạt động của một sô detector trong sắc ký lỏng:……………… 13 2.1. Nguyên lý hoạt động của một sô detector trong sắc ký lỏng:…………… 13 2.2 The refractive index detector : đầu dò chiết suất RI………………… 14 2.3 Máy dò huỳnh quang ……………………………………………………….15 2.4 Máy dò UV:…………………………………………………………………16 3. Các thông số quan trọng của detector:……………………………………… 17 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ VÀ ĐẦU DÒ DETECTOR Sắc ký là phương pháp tách, phân li, phân tích, các chất dựa vào sự phân bố khác nhau giữa pha động và pha tĩnh. Khi tiếp xúc với pha tĩnh các cấu tử của hỗn hợp sẽ phân bố giữa pha động và pha tĩnh tương ứng với tính chất của chúng (tính bị hấp phụ, tính tan ) Trong các hệ thống sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyển động dọc theo hệ sắc ký. Các chất khác nhau sẽ có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh. Trong quá trình pha động chuyển động dọc theo hệ sắc ký các chất có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc ký so với các chất có ái lực yếu hơn so với pha này. Trong phương pháp phân tích sắc ký phải qua nhiều quy trình phân tích Trong đó thì detector là một trong những bộ phận quan trọng. Detector có nhiệm vụ chuyển hóa một đại lượng không điện (trong trường hợp này là nồng độ của các chất được tách khỏi cột sắc ký) thành đại lượng điện và có chức năng phát hiện và đo độ lớn của các cấu tử khi ra khỏi cột sắc ký. Vì vậy detector quyết định một phần độ chính xác cũng như độ nhạy của phương pháp. Nguyên tắc hoạt động của các detector là dựa vào tính chất vật lí của các cấu tử như: tính chất hấp thụ và phát xạ ánh sáng, tính phân cực, tính khúc xạ, tính dẫn điện, dẫn nhiệt, khối lượng riêng… 1. Nguyên lý hoạt động của một số detector trong sắc ký khí: In Computer Bơm mẫu Lò cột Detector Detector Giới hạn phát hiện Khỏang tuyến tính Độ nhạy A.s/g Áp dụng cho Dẫn nhiệt(TCD) 2,5.10 -6 1:10 5 2000-9000 Tất cả các chất không làm hỏng dây nung Kiểu dây 2,5.10 -6 1:10 5 2000-9000 đối với benzen Sắc ký quá trình Kiểu nhiệt điện trở 2.10 -6 1:2,5:10 4 15000 đối với không khí Phân tích khí Bán dẫn 1,2.10 -7 1:10 4 15000 đối với heptan Phân tích khí Khỏang nhiệt độ giới hạn Ion hóa ngọn lửa (FID) 5.10 -12 1:10 7 2.10 -2 đối với cacbon Detector vạn năng cho tất cả các chất có nhóm CH 2 Cộng kết điện tử (ECD) 2.10 -14 1:10 3 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 parathion 1:10 2 và thấp hơn Phát xạ tối ưu cho lưu hùynh ở 394mm và photpho ở 526mm Detector ion hóa heli 5.10 -13 1:10 4 300 Phân tích lượng vết khí vô cơ, độ nhạy phụ thuộc vào độ tinh khiết của hem Detectorion hóa argon: - Dạng thường - Dạng miniot - Dạng triot 4.10 -11 3.10 -12 2.10 -14 1:10 3 1:10 5 1:10 6 1,5 1 15 Bao gồm tất cả các chất có năng lượng ion hóa nhỏ hơn 11,6eV 1.1. Dectector dẫn nhiệt (thermal conductivity dectector): Dựa trên nguyên tắc cầu Wheatstone, đôi khi còn được gọi là Katharometer. Các điện trở của cầu bằng kim loại trơ, có độ dẫn nhiệt tốt, như: vàng, bạch kim, tungsteng. Cấu tử mẩu ra khỏi cột, đi vào một nhánh của cột. Khi có sự hiện diện của mẫu làm thay đổi nhiệt độ. Nhiệt độ của nó phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của chất khí bao quanh nó. Khi các phân tử hữu cơ thay thế chất khí mang thì tính đãn nhiệt của nó thay đổi do nhiệt độ trong các cấu tử tăng lên sẽ dẫn đến sự thay đổi trong điện trở. Dựa trên sự thay đổi điện trở của cầu, gây sự mất cân bằng trong mạch, tạo một tín hiệu dưới dạng mũi sắc ký. Khi mẫu ra khỏi cột tín hiệu biến mất. Detector TCD có thể thiết kế theo một số kiểu khác nhau. Trong đó có ba kiểu thường gặp là: tế bào dòng chảy, tế bào bán khuếch tán và tế bào khuếch tán. A-kiểu tế bào dòng chảy B-kiểu tế bào bán khuếch tán C-kiểu tế bào khuếch tán Mẫu Mẫu Khuyếch đại Nguồn cung cấp Loại A ít nhạy hơn cả, thời gian đáp ứng lâu, chỉ thích hợp cho sắc ký điều chế. Loại B, với thể tích tối thiểu 100µl được sử dụng phổ biến cho sắc ký cột nhồi. Còn loại C với giới hạn phát hiện 10-100µl có thể sử dụng cho sắc ký mao quản cột hở. Độ nhạy của detector TCD phụ thuộc vào hai yếu tố sau: - Khả năng dẫn nhiệt của khí mang (các khí mang có độ dẫn nhiệt tốt như hydro, heli thường được ưu tiên sử dụng). - Độ nhạy tỷ lệ với dòng nuôi cầu. Cần lưu ý rằng dòng điện này điều chỉnh tùy thuộc vào loại và lưu lượng khí mang, nhiệt độ detector và nhiệt độ cột tách. Với detector này, diện tích của các pic không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng thể tích mà còn phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa độ dẫn nhiệt của cấu tử và của khí mang. Điều này lý giải tại sao phải dùng hệ số hiệu chỉnh trong phân tích định lượng. Đặc điểm: Đơn giản, dùng được các mẫu hữu cơ và vô cơ, không phân hủy mẫu. Thời gian cho tín hiệu lớn và kém nhạy 1.2 Detector ion hóa ngọn lửa (flame-ionization detector): Cách điện Detector FID là một trong những detector có độ nhạy cao. Nguyên tắc làm việc của nó dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa của hydro đặt trong một điện trường khi có chất hữu cơ cần tách chuyển qua. Nhờ nhiệt độ cao của ngọn lửa hydro, các chất hữu cơ từ cột tách đi vào detector bị bẻ gãy mạch, bị ion hóa nhờ có oxy của không khí để tạo thành các ion trái dấu tương ứng. Cơ chế tạo thành ion trong trường hợp benzen như sau: C 6 H 6 6CH 6CH + 3O 2 6CHO + + 6e Các ion tạo thành được chuyển về các bản điện cực trái dấu nằm ở hai phía của ngọn lửa (thế hiệu giữa hai bản điện cực này khỏang 250-300V). Dòng ion đưộc giảm áp trên một điện trở có chỉ số rất cao (10 8 -10 12 Ω) và độ giảm hiệu điện thế này được khuếch đại và ghi lại trên máy tự ghi. Số lượng của ion tạo thành (chính là độ nhạy của detector) phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Cấu trúc hình học của detector - Tỷ lệ thành phần của hydro/không khí - Nhiệt độ của ngọn lửa. - Cấu trúc của các phần tử mẫu cần xác định Sơ đồ nguyên lý hoạt động của detector ion hóa ngọn lửa (FID) Các hợp chất hữu cơ được đốt cháy bằng ngọn lửa hydro/không khí tạo thành các ion. Khí mang từ cột sẽ được được trộn trước với hydro và đốt cháy bằng ngọn lửa ở buồng đốt. Một điện cực hình trụ đựợc đặt cách vài mm phía trên ngọn lửa để thu thập các ion sinh ra. Dòng ion này sẽ được đo bằng cách đặt một điện thế giữa đầu phun của ngọn kửa và điện hình trụ để hạn chế đến mức tối đa sự tái kết hợp của các ion, phải đặt điện thế chọn lọc vào vùng bảo hòa (vùng mà khi tăng điện thế sẽ không làm tăng dòng ion) các tính hiệu tạo thành sẽ được khuếch đại bằng bộ khếch đại điện tử rồi qua bộ sử lý và ghi tính hiệu. Đặc điểm: Không bị ảnh hưởng bởi vận tốc khí mang. Thời gian chi tín hiệu nhỏ hơn 0,1giây và có độ nhạy gấp 1000 detector TCD Giới hạn phát hiện dưới 10-12g/s Tuy nhiên cũng có những điểm bất lợi là phải dùng thêm hệ thống khí đốt, ngoài khí mang không được dùng khi mẫu có các khí như: SO 2 , CO 2 , H 2 O,NO x . Ngoài ra cấu tử mẫu bị phân hủy trong ngọn lửa nên không thể dùng trong trường hợp muốn cho cấu tử qua tiếp một thiết bị phân tích khác (thí dụ máy hồng ngoại) Chỉ đáp ứng với các hợp chất hữu cơ, không có đáp ứng đối với các khí bền và nước. Độ ổn định cao ít bị ảnh hưởng tới sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ dòng. Khỏang động học từ 10 6 -10 7 . Nhiệt độ làm việc tới 400 0 C. Phân hủy chất đòi hỏi 3 khí: khí mang, hydro, oxi 1.3Detector cộng kết điện tử (electron capture dtector): . (photoionization detector ): …………………… 11 1. 8 Chemiluminescence Spectroscopy:……………………………………… 12 2. Nguyên lý hoạt động của một sô detector trong sắc ký lỏng: ……………… 13 2 .1. Nguyên lý hoạt động của một sô detector.  NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ DETECTOR TRONG SẮC KÝ LỎNG VÀ KHÍ Giảng viên: ThS LÊ NHẤT TÂM Tháng 10 /2006 Mục lục Giới thiệu về phương pháp sắc ký …………………………………………… 1 1. Nguyên lý hoạt động. tích lượng vết khí vô cơ, độ nhạy phụ thuộc vào độ tinh khiết của hem Detectorion hóa argon: - Dạng thường - Dạng miniot - Dạng triot 4 .10 -11 3 .10 -12 2 .10 -14 1: 1 0 3 1: 1 0 5 1: 1 0 6 1, 5 1 15 Bao gồm