Tài liệu Phân tích hóa lý ứng dụng trong lọc hóa dầu

5/12/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC NỘI DUNG PP PHÂN TÍCH HÓA LÝ ỨNG DỤNG TRONG LỌC HÓA DẦU CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 2. CẤU TẠO CỦA HPLC 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH SẮC KÝ – SẮC KÝ LỎNG GV : ThS. KHƯU CHÂU QUANG 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.1. Khái niệm 1.2. Phân loại HPLC : High performance liquid chromatography, Phân loại dựa trên bản chất các tương tác như: gọi là sắc ký lỏng hiệu năng cao.  Sắc ký phân bố: pha tĩnh là chất lỏng. HPLC là phương pháp tách dựa trên các quá  Sắc ký hấp phụ: pha tĩnh là chất hấp phụ. trình tương tác xảy ra liên tục giữa chất phân tích  Sắc ký trao đổi ion: pha tĩnh là chất trao đổi ion. và hai pha:  Sắc ký rây phân tử (FG HPLC).  Pha tĩnh: rắn hoặc lỏng  Pha động: chất lỏng 3 4 1 5/12/2014 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.2. Phân loại 1.2. Phân loại Sắc ký hấp phụ pha thuận: NP - HPLC Sắc ký hấp phụ pha đảo: RP - HPLC (ái nước). (kỵ nước). . hưởng 5 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 6 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.2. Phân loại Sắc ký phân bố: P - HPLC 1.2. Phân loại Sắc ký trao đổi ion: IE - HPLC nước, 7 8 2 5/12/2014 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.2. Phân loại Sắc ký rây phân tử: GEL – HPLC hay F - HPLC 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Sự tương tác X – SP – MP trong cột: • Xi : chất phân tích. • SP: pha tĩnh. • MP: pha động. Lực lưu giữ các chất trong cột: Ft = F1 + F2 + F3 9 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 10 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Cân bằng động học trong cột tách: 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Các dạng cân bằng động học: + Dạng tuyến tính. + Dạng không tuyến tính 11 12 3 5/12/2014 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Quá trình tách tốt: 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Cân bằng tương tác trong cột tách:  Loại 1: Tương tác hấp phụ (rắn – lỏng) MP: MeOH/ ACN  Loại 2: Tương tác chiết (lỏng – lỏng) MP: MeOH/ THF 13 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 14 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Cân bằng tương tác trong cột tách: 1.3. Các quá trình tách trong cột sắc ký  Cân bằng tương tác trong cột tách:  Loại 3: Tương tác tĩnh điện.  Loại 4: Tương tác theo độ lớn phân tử, là tương tác hấp phụ vào lỗ xấp của hạt SP và theo độ lớn của chất Xi. 15 16 4 5/12/2014 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.4. Các đại lượng đặc trưng 1. Thời gian lưu 1.4. Các đại lượng đặc trưng  Ảnh hưởng của SP vào thời gian lưu 17 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 18 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.4. Các đại lượng đặc trưng 2. Hệ số phân bố (Kpb) là đại lượng đại diện cho 1.4. Các đại lượng đặc trưng 3. Hệ số dung tích ki’ (tỉ số phân bố) cân bằng động của chất trong 2 pha . 19 20 5 5/12/2014 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.4. Các đại lượng đặc trưng 3. Hệ số dung tích ki’ (tỉ số phân bố) 1.4. Các đại lượng đặc trưng 3. Hệ số dung tích ki’ (tỉ số phân bố) 21 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 22 1. LÝ THUYẾT VỀ HPLC 1.4. Các đại lượng đặc trưng 4. Độ phân giải Rs 1.4. Các đại lượng đặc trưng 5. Số đĩa N của cột tách Độ phân giải là đại lượng cho phép đánh giá hai Là đại lượng biểu thị tổng số lớp chất di chuyển chất có thể tách ra khỏi nhau không. trong cột tách. t t 1,18( t  t R  0,5( w  w )  w    w       R2 R1 1 R2 R1 2 1 2 1 1 2 )     t t  N  16   5.54 w   w  2 • Số mâm lý thuyết N : 2 • Số mâm hiệu dụng của cột Neff: Hay: R R t t  N  16   w  R 1 2      2 2 0 eff Hay tính gần đúng: 23 24 6 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC Hệ thống máy của HPLC Sơ đồ nguyên lý của HPLC 25 2. CẤU TẠO HPLC 26 2. CẤU TẠO HPLC 27 28 7 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 29 2. CẤU TẠO HPLC 30 2. CẤU TẠO HPLC 31 32 8 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.1. Pha động trong HPLC 2.1. Pha động trong HPLC Yêu cầu: 33 2. CẤU TẠO HPLC 34 2. CẤU TẠO HPLC 2.1. Pha động trong HPLC 2.1. Pha động trong HPLC Pha động IE HPLC: Pha động NP HPLC: Pha động RP HPLC: 35 36 9 5/12/2014 2.1. Pha động trong HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.1. Pha động trong HPLC Độ phân cực của dung môi trong HPLC: Tính chất của Polar Solvents một Water > Methanol > Acetonitrile > Ethanol số dung môi Non-polar Solvents trong N-Decane > N-Hexane > N-Pentane > Cyclohexane HPLC 37 2.1. Pha động trong HPLC 38 2. CẤU TẠO HPLC 2.1. Pha động trong HPLC Ảnh hưởng của pha động: Tham khảo từ nguồn Wiki 39 40 10 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.1. Pha động trong HPLC Ảnh hưởng của pha động: 2.1. Pha động trong HPLC Ảnh hưởng của pha động: 41 2. CẤU TẠO HPLC 42 2. CẤU TẠO HPLC 2.2. Gradient của pha động 2.2. Gradient của pha động 43 44 11 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.2. Gradient của pha động Mục đích: 2.2. Gradient của pha động + Tăng hiệu quả tách của chất. + Rút ngắn thời gian lưu. 45 2. CẤU TẠO HPLC 46 2. CẤU TẠO HPLC 2.2. Gradient của pha động 2.2. Gradient của pha động 47 48 12 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.3. Bơm cao áp 2.3. Bơm cao áp 49 2. CẤU TẠO HPLC 50 2. CẤU TẠO HPLC 2.3. Bơm cao áp 2.4. Bộ phận tiêm mẫu Đưa mẫu vào máy theo phương pháp không ngừng dòng chảy. 51 52 13 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.4. Bộ phận tiêm mẫu 2.4. Bộ phận tiêm mẫu 53 54 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.5. Cột sắc ký 2.5. Cột sắc ký  Thông thường: Pha tĩnh-Pha đảo Pha tĩnh bình thường của LC (Stationary Phases for Reversed-Phase LC) (Stationary Phases for Normal LC) L = 10 – 30 cm và có thể nối tiếp 2 cột hoăc nhiều hơn ID = 4 – 10 mm, kích thước hạt nhồi: 3, 5 và 10m 40.000 – 60.000 đĩa/m cột  Cột tốc độ cao và hiệu quả hơn L = 3 - 7 cm và có thể nối tiếp 2 cột hoăc nhiều hơn ID = 1 – 4,6 mm, kích thước hạt nhồi: 3 hoặc 5 m  Gốc R là C8 (n-octyl), C12 (n-octyl) hoặc C18 (n-octyldecyl). 100.000 đĩa/m cột  Pha động là H2O + dung môi hòa tan (acetonitrile, methanol, ethanol, isopropanol). Cột bảo vệ (Guard Column) Được lắp đặt trước cột phân tách để kéo dài tuổi thọ của cột Thành phần = thành phần của cột phân tách nhưng cỡ hạt lớn hơn để giảm tổn thất áp suất  Các cấu tử phân cực sẽ bị rửa ra nhanh nhất, tăng độ phân cực của pha động sẽ làm tăng thời gian chạy mẫu  Pha động tương đối không phân cực: Hexane, Isopropyl eter, toluene…  Các cấu tử không phân cực sẽ bị rửa ra nhanh nhất, tăng độ phân cực của pha động sẽ giảm thời gian chạy mẫu 55 14 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.5. Cột sắc ký 2.5. Cột sắc ký Ổn định nhiệt độ của cột (Column Thermostats)  Phần lớn ứng dụng cua HPLC được thực hiện ở nhiệt độ phòng  Tuy vậy chất lượng của sắc ký đồ sẽ tốt hơn nếu duy trì nhiệt độ của cột không thay đổi (sai số < 0,05°C)  Thiết bị HPLC hiện đại được trang bị thêm lò gia nhiệt cho cột (Column heater) ổn định nhiệt độ ở gần 150°C với sai số < 0,05°C  Trang bị hệ thống phun nước làm lạnh (water jackets fed) từ bể ổn nhiệt để khống chế chính xác nhiệt độ 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.5. Cột sắc ký Ảnh hưởng của bản chất pha tĩnh đến chất lượng tách 2.6. Detector Là bộ phận phát hiện các chất khi chúng ra khỏi cột và cho các tín hiệu ghi trên sắc ký đồ để định tính và định lượng. Tín hiệu đo được A: A = k. C Với: C: nồng độ chất phân tích. k: hằng số thực nghiệm của detector. Tín hiệu A có thể là độ hấp thu quang, cường độ Pha đảo phát xạ, độ dẫn điện, nhiệt, hiệu điện thế, chiết suất. 60 15 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.6. Detector Các loại detector: 2.6. Detector  Detector UV, UV – Vis Đại lượng đo: độ hấp thu quang của chất phân tích tại bước sóng  cố định. Với: một chất và điều kiện nhất định,  và L là hằng số nên: 61 2. CẤU TẠO HPLC 62 2. CẤU TẠO HPLC 2.6. Detector  Detector UV, UV – Vis 2.6. Detector  Detector Diode aray Đo độ hấp thu quang của các chất tại những giá trị  cố định của mỗi chất trong cùng một lúc (đo đồng thời) theo dạng không gian. a. Loại dùng kính lọc Với: một chất và điều kiện nhất định,  và L là hằng số nên: b. Loại 2 Flowcell c. Loại 1 Flowcell 63 64 16 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 2. CẤU TẠO HPLC 2.6. Detector  Detector Diode aray 2.6. Detector  Detector huỳnh quang Đại lượng đo: độ phát xạ huỳnh quang của chất tại Em nhất định khi được kích thích bằng Ex nhất định. Với: một chất và điều kiện nhất định,  và Io là hằng số nên: Detector mảng diode vùng UV của Agilent 65 2. CẤU TẠO HPLC 66 2. CẤU TẠO HPLC 2.6. Detector  Detector huỳnh quang 2.6. Detector  Detector đo chiết suất Đại lượng đo: độ chỉ số chiết suất của chất trong pha động. Chiết suất dung dịch rửa giải từ cột tách đi ra là: a. Hệ dùng kính lọc hay: Với: no : chiết suất pha động. noi: chiết suất của chất trong pha động. b. Hệ có bộ phân giải phổ cách tử c. Detector HQ của Agilent 67 68 17 5/12/2014 2. CẤU TẠO HPLC 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 2.6. Detector  Detector đo chiết suất 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng trong HPLC  Pha tĩnh: Mô hình Detector chiết suất  Loại pha tĩnh và nhóm thế R.  Cỡ hạt pha tĩnh.  Độ xốp và diện tích bề mặt riêng của hạt pha tĩnh. a. Kiểu khúc xạ  Chiều dài cột tách. b. Kiểu phản xạ 69 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng trong HPLC 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng trong HPLC  Pha tĩnh:  C18 (ODS) type  C8 (octyl) type  C4 (butyl) type  Phenyl type  TMS type  Cyano type 70  Pha tĩnh: OH Non-polar property C18 (ODS) -Si-C18H37 Weak Strong OH Si 71 72 18 5/12/2014 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng trong HPLC 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng trong HPLC  Pha tĩnh:  Pha động: C8 Medium C18 (ODS) Sample Strong C4 Sample Weak Sample 73 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 74 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng trong HPLC 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện trong HPLC  Detector:  Mục đích: hưởng  Các yếu tố khác: 75 76 19 5/12/2014 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện trong HPLC  Quá trình tối ưu hóa: 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện trong HPLC  Quá trình tối ưu hóa: 1. Chọn cột tách và pha tĩnh 2. Pha động 3. Các điều kiện nạp mẫu + Vòng mẫu, thể tích mẫu. + Cách nạp mẫu. 77 78 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện trong HPLC  Quá trình tối ưu hóa: 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện trong HPLC  Quá trình tối ưu hóa: 4. Detector 6. PP xử lý mẫu + Loại detector và thông số của nó. + Kỹ thuật xử lý mẫu. + Phương pháp chuẩn hóa để định lượng chất. + Điều kiện và môi trường xử lý. + Các điều kiện ghi sắc ký đồ. 7. PP chuẩn hóa để định lượng chất 5. Xem xét các yếu tố ảnh hưởng + PP đường chuẩn. + Nhiệt độ. + PP thêm chuẩn,.. + Chất nền của mẫu. + PP thêm một điểm chuẩn. + Các chất khác trong mẫu. 79 80 20