cuối kỳ quang học kỹ thuật

SẮC KÝPhương pháp tách trong đó cấu tử ( thành phần hóa học ) được phân bố giữa 2 phaPha tĩnh : giữ cấu tử ( rắn, lỏng )Pha động : kéo cấu tử ra khỏi cột ( lỏng, khí )Sắc ký phẳng Tấm phẳng ( thường là thủy tinh ) tráng lớp pha tĩnhPha động ( thường là nước ) đựng trong khayNhúng tấm phẳng vào khay ( nơi xảy ra tác dụng của lực mao dẫn, nước dính vào tấm phẳng, trọng lực kéo pha tĩnh đi xuống). Cấu tử có tương tác với mao dẫn sẽ thắng trọng lực và đi lên, tương tác càng mạnh càng đi lên cao Sắc ký cột ( pha tĩnh được giữ trong cột và pha động được cho chuyển động qua cột bởi áp suất hay trọng lực, detector có nhiệm vụ phát hiện cấu tử và được thể hiện trên sắc ký đồ, sắc ký đồ thể hiện các peak, peak tỷ lệ thuận với số lượng cấu tử ) Rửa giải : (bơm 1 lần hết )pha động được chế vào với lưu lượng nhất định. A,B,C là các cấu tử cần tách ,E là dung môi . Trên detector 3 peaks xuất hiện riêng biệt ( độ tinh khiết cao)Tiền lưu : nhỏ theo thời gian ( pha động được bơm liên tục ) => chỉ có A đầu tiên là tinh khiết, về sau không còn tinh khiết do các giọt bị trộn lẫn. Nhưng, tiền lưu có ưu điểm : nếu chỉ lấy độ tinh khiết của A thì sẽ nhanh hơn do đổ liên tục pha động định lượng và định tính đều dựa vào detector một số trường hợp không cần detector để định lượng, có thể dùng tR ( thời gian lưu : biểu thị time từ lúc mẫu đưa vào cột cho đến khi có sự nhận biết được chiều cao của peak lớn nhất trên sắc ký đồ ) tR thường không chính xác trong việc định tính do nhiều chất có tR gần giống nhau, thông thường để định tính, kết hợp với Mass spectrometer hay Infrared spectrometer Cơ chế tách •Hấp thụ•Rây ( phân tử ) : phân tử lớn ở lại, phân tử nhỏ rớt xuống •Trao đổi ion Trạng thái pha động : Sắc ký lỏng, sắc ký khíCác hình thành sắc đồ•Tiền lưu•Rửa giải•ĐẩyThiết bị hình thành sắc đồ : sắc ký cột, sắc ký phẳng tách chất màu trong lá có các pp sau : sắc ký cột , sắc ký lớp mỏng, sắc ký giấy Sắc ký lỏng ( Liquid Chromatography – LC ) : Có khả năng phân tích những hỗn hợp mẫu cực kỳ phức tạp trong hóa học và trong khoa họcSắc ký lỏng hiệu năng cao ( HPLC – high performance liquid chromatography) có thể dò tìm được lượng mẫu nhỏ đến 200 pg các loại sắc ký ( tùy thuộc cơ chế lưu) Sắc ký lỏng – rắn ( sắc ký hấp thụ ) : pha tĩnh là chất rắn trơ đối với các chất cần phân tích. Hệ số hóa lý là hệ số hấp thụSắc ký trao đổi ion : pha động là những dung dịch đệm, còn pha tĩnh là rắn có cấu tạo bề mặt gắn những nhóm trao đổi ionSắc ký rây phân tử ( size exclusion chromatography ) : pha tĩnh là vật liệu có lỗ xốp. Các phân tử có kích thước phù hợp với kích thước lỗ sẽ được lưu giữ trong cột lâu hơn. (kích thước lỗ là yếu tố đặc trưng cho quá trình tách)Sắc ký lỏng – lỏng (hiệu suất không cao) : pha tĩnh lỏng được phủ lên vật liệu trơ hay xốp. Quá trình tách chất dựa trên sự phân bố chất tan giữa hai pha tĩnh và động ( 2 pha đều lỏng). Hệ số đặc trưng của quá trình là hệ số phân bốSơ đồ cấu tạo máy HPLCBình chứa dung môi => máy bơm => cột tách và van tiêm mẫu ( chứa trong lò nhiệt)=> detector => computor cột tách (nhồi) đặt trong lò nhiệt => tạo nhiệt độ ổn định, nhiệt độ không ổn định thì tR và vận tốc đi xuống bị ảnh hưởng1. Bình chứa dung môiBình thủy tinh (trơn) có lỗ trên nắp gắn ống nhựa dẫn dung môi (pha động) từ bình đến bơmCần lọc tạp chất trong dung môi qua giấy lọc 0.45 µm trước khi dùng và nên có đầu lọc gắn vào đầu ống nhựa trong bình chứaCần loại bỏ hoặc đuổi các không khí hòa tan hoặc bọt khí trong dung môi để trách nhiễu đường nền. Loại bỏ bằng siêu âm hoặc sục khí trơ như heli2. Bơm cao áp : vận chuyển pha động (dung môi) đi qua cột tách với tốc độ nhất định. Các loại bơm thông dụng : •Bơm tốc độ dòng hằng định (constant flow pump) : bơm kiểu syringe đẩy dung môi liên tục, khi hết dung trong ống, bơm dừng lại•Bơm kiểu piston thì đẩy hút luân phiên3. Hệ thống tiêm mẫuTiêm mẫu bằng tay ( tiêm bằng ống tiêm syringe)Tiêm mẫu tự động Tiêm với liều lượng xác định, nếu mẫu là rắn thì kèm thêm dung môi4. Cột tách ( được nhồi pha tĩnh )Được làm bằng vật liệu thép không rỉ ( thép CrNiMo) với mặt trong cột được làm nhẵnKích thước phổ biến : đường kính ngoài 6.35 mm, đường kính trong 4.6mm và chiều dài nhiều cỡ đến 25cmCột được nhồi các hạt có đường kính cỡ 3, 4, 5, 10 mirco mét. Chất nhồi trong cột thường là silicagen, nhôm oxit, hạt polime xốp, hạt chất trao đổi ion5. DetectorDetector UV – VIS (thiên về định lượng) : cho pha động từ cột được chảy qua một ống đo nhỏ có chùm bức xạ đơn sắc UVVIS chiếu qua. Đo phổ hấp thụ UVVISDetector huỳnh quang (tốt cho định tính) : dùng cho các hợp chất có vòng liên hợp như các hợp chất vòng thơm có nhiều nhân. Nhiều hợp chất không có phổ có thể chuyển sang các dẫn xuất có phổ nhờ xử lý thuốc thử hợp lý chất nhuộm phát quang, đo nồng độ chất nhuộm => nồng độ chất không phát quang (do tỉ lệ thuận với nhau)Detector đo chỉ số khúc xạ (Refractive index detector) (đo chiết suất không chính xác do chiết suất dễ bị ảnh hưởng bởi tạp chất) : detector thông dụng nhất do bất kỳ chất hòa tan nào đều dò tìm được miễn chỉ số khúc xạ khác với dòng chảy của pha động nguyên chấtDetector đo độ dẫn điện (Conductivity detector) : xác định ion vô cơ, hữu cơDetector khối phổ ( mass spectrometry) : xác định phần lớn các chất hữu cơ ( hóa hơi trước thích hợp sắc ký khí )6. Hệ thống ghi nhận và xử lý tín hiệu do phổ hiện thị hẹp nên dùng phân bố Gaussian để xem do nhiễu hay đó là phổ thật sựSắc ký khí ( Gas chromatography – GC)1. Sắc ký khí lỏng ( GLC) Pha tĩnh là lỏng được phủ lên bề mặt rắn của một chất mang bằng sự hấp thụ bề mặt hay liên kết với bề mặt bên trong chất mang của cột. Mẫu phải được hóa hơi và được khí mang đưa đi qua cột, làm tăng khả năng tách các hợp chất từ trong mẫu ban đầu.2. Sắc ký khí – rắn (GSC) ( ưu tiên do dễ xử lý ) Pha tĩnh ở dạng rắn xốp như than hoạt tính, silicagel, bột nhôm. Pha động là khí. Sắc ký loại này ảnh hưởng tới những cấu tử trong hỗn hợp có nhiệt độ sôi thấpCấu tạo hệ thống sắc ký khí ( cột nhồi và detector được đặt trong lò )1. Khí mang( pha động ) trơ về mặt hóa học như N2, H2, He, Ar, CO¬2,… Khí He và Ar thích hợp cho sắc ký nhiệt độ cao Khí N2 rẻ và dễ dàng làm tinh khiết nên được dùng nhiều việc chọn khí dựa vào loại detector được sử dụngHệ thống cung cấp khí mang bao gồm các bộ điều chỉnh áp suất (pressure regulators), các thiết bị đo áp suất (gauges), thiết bị đo tốc độ dòng, hệ thống lọc phân tử để tách nước và các chất nhiễm bẩn khác2. Bộ phận tiêm mẫu ( vào cột nhồi ) Bộ phận tiêm mẫu dùng để đưa mẫu vào cột phân tích theo thể tích bơm có thể thay đổi từ một vài đến 20 µl. Có 2 cách đưa mẫu vào cột: bằng tiêm mẫu thủ công (microsyringe) và tiêm mẫu tự động (autosamper)3. Cột phân tích (pha tĩnh)Cột thường được làm bằng thép không rỉ, niken, thủy tinh. Cột nhồi chứa các hạt chất mang rắn được phủ một lớp pha tĩnh lỏng hoặc bản thân hạt rắn là pha tĩnh (Al2O3, SiO2, cacbon, polymer, zeolite…). đường kính cột nhỏ, uốn cong được Có 2 loại cột: cột nhồi và cột mao quản.Cột nhồi (packed column): pha tĩnh được nhồi vào trong cột, cột có đường kính 24 mm và chiều dài 23 m. Giá thành thấp, nạp mẫu đơn giản, hiệu quả thấp. Cột mao quản (capillary): pha tĩnh được phủ mặt trong (bề dày 0,20,5 µm), cột có đường kính trong 0,10,5 mm và chiều dài 30100 m. Hiệu quả cao, nhanh, thích hợp cho hỗn hợp phức tạp.4. Detector Detector dẫn nhiệt ( thermal conductivity detector – TCD) Sự khác nhau về tính dẫn nhiệt của các khí là do tính linh động, nghĩa là tốc độ khí khuếch tán tới và đi khỏi sợi đốt. Tốc độ của phân tử lại là hàm của trọng lượng phân tử, do đó phân tử càng nhỏ tốc độ chuyển động càng cao, dẫn nhiệt càng tốt Heli là khí mang thông dụng được sử dụng cho detector đo độ dẫn nhiệt TCD. Bất kỳ chất phân tích nào trộn với dòng khí He cũng làm giảm độ dẫn nhiệt của nó, sợi dây tóc trở nên nóng hơn nên điện trở của nó tăng lên và thế áp vào sợi dây này thay đổi. R3 : chứa khí Heli + khí của chất phân tíchR4 : điện trở mẫu dùng để so sánh độ chính xác không cao về mặt định lượngb) Detector ion hóa ngọn lửa (Flame Ioniation Detetor FID): Dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa được tạo bởi hỗn hợp khí H2 và O2 trong không khí (nguồn ion hóa) và được đặt trong buồng điện cực. Khi khí mang đem theo các phân tử mẫu, các phân tử này bị bắn phá bởi các chùm hạt electron tạo thành các hạt tích điện tạo thành dòng điện giữa hai điện cực. Các tín hiệu được ghi lại dưới dạng các pic. Độ nhạy của detector FID cao hơn độ nhạy của detector TCD khoảng 100 1000 lần. Thích hợp nhất với hợp chất hữu cơ chứa cacbon. Một số hợp chất không thể phát hiện bằng detector này như: CO, CO2, axit formic, formaldehit, H2S, H2O … Columm : đầu ra cột nhồi Detector cộng kết điện tử (ECDElectron Capture Detector) Detector quang hóa ngọn lửa (FPDFlame Photometric Detector) Detector NPD (Nitrogen Phospho Detector) Detector khối phổ (MSMass Spectrometry): được sử dụng rộng rãi nhất nhưng đắt tiền.Nếu chỉ cần biết những thông tin định tính để nhận diện các chất rửa giải, các detector khối phổ và hồng ngoại là những chọn lựa tốt. Detector hồng ngoại giống detector đo độ dẫn nhiệt thường không đủ nhạy cho những cột mao quản mở.5. Bộ ghi nhận tín hiệu : ghi tín hiệu do đầu dò phát hiện và hiển thị lên màn hình các thông số liên quan, sắc ký đồ, các peak, …