Gas Chromatography-Mass Spectrometry

Seminar Phân Tích Hiện Đại
Chủ Đề
Gas Chromatography Mass Spectometry
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Diệp Chi

Sắc Kí Ghép Khối Phổ (GC/MS)
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Lê Hoàng Sơn 2082143
Trương Bảo Toàn 2082094
Nguyễn Thị Thắm 208
Hoàng Thị Mai Lan 208
Nguyễn Thị Hạnh Hiền 208
Nội Dung
Yêu cầu, nguyên tắc của phương pháp.
Ưu nhược điểm của phương pháp, khả năng và phạm vi ứng dụng.
Pha tĩnh và cách chuẩn bị cột sắc kí.
Yêu cầu và kĩ thuật chuẩn bị mẫu sắc kí, đưa mẫu lên cột.
Cách thức lựa chọn dung môi và thay đổi dung môi trong quá trình sắc ký.
Phương pháp phát hiện và thu nhận kết quả sắc kí.
Các ví dụ.
Giới Thiệu Về GC-MS
GCMS: là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao.
Được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp.
Bản chất GCMS, là sự kết hợp của Sắc ký khí và Khối phổ
Ngưỡng phát hiện của phương pháp này là 1 picogram.
Nguyên Tắc Hoạt Động
Nhờ có khí mang có trong bơm khí, mẫu từ buồng bơm hơi được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt. Quá trình sắc ký được diễn ra tại đây.
Sau khi rời khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau, các cấu tử lần lượt đi vào detector, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện.
Tín hiệu này được khuếch đại rồi chuyển sang bộ phận ghi.Các tín hiệu được xử lý ở đó rồi chuyển sang bộ phận in và lưu kết quả.
Process Flow Schematic
Carrier gas (nitrogen or helium)
Sample injection
Long Column (30 m)
Detector (flame ionization detector or FID)
Hydrogen
Air
Ưu Điểm
Chỉ cần một lượng mẫu nhỏ
Có khả năng tách tốt các cấu tử ra khỏi hỗn hợp phức tạp.
Kết quả thu nhận được một cách nhanh chóng (chỉ từ 1 đến 100 phút )
Độ chính xác cao.
Độ nhạy cao, có khả năng phát hiện các cấu tử có nồng độ thấp.
Trang thiết bị không quá phức tạp.
Độ bay hơi: Mẫu phải bay hơi được
Độ bền nhiệt: Mẫu buộc phải tồn tại ở nhiệt độ cao.
Khối lượng phân tử: Đặc trưng < 500 amu
Chuẩn bị mẫu: Dung môi phải bay hơi và có nhiệt độ sôi thấp hơn các chất phân tích
Lượng mẫu: Thường từ 1 –5 l
Cơ chế tách: Thông dụng là FID, dùng cho phân tích các chất hữu cơ
Detecter – Đầu dò: Chỉ có pha động là mang mẫu
Nhược Điểm
Pha Tĩnh
Các ancol : squalan, dầu parapin, mỡ apiazol, polyetylen.
Các loại Silicon : polysiloxan – sản phẩm trùng ngưng của các monome silandiol R2Si(OH)2
Các loại ete, ester : phlatat, sebacat, photphat, suxinat, adipat ở dạng monome và polime.
Các hợp chất chứa Nitơ : các nitril, hợp chất nitơ, amin thẳng và thơm, acid…Ví dụ như : ,’-oxidipropionitril
Các pha liên kết hóa học : Có thể gắn pha tĩnh trên chất mang bằng phản ứng hóa học.
Chuẩn Bị Cột
Mở máy, đặt các thông số cho máy để ổn định và làm sạch cột trước khi tiến hành phân tích 30 phút.
Chương trình chạy:
Nhiệt độ Injector: OC
Nhiệt độ Detector: OC
Khí mang: Heli, tốc độ dòng: ml/ph
Chương trình nhiệt độ cột:
Nhiệt độ đầu OC
Thời gian giữ: ph
Tốc độ tăng nhiệt độ: C/ph
Nhiệt độ cuối: OC
Thời gian giữ: ph
Thể tích mẫu tiêm: 1 l
Cấu Tạo Của Hệ Thống GC/MS
Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 3 phần:
Phần sắc ký khí: dùng để phân tích hỗn hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích.
Phần khối phổ mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối.
Máy tính


GC được dùng để chia tách các hỗn hợp của hóa chất ra các phần riêng lẻ, mỗi phần có một giá trị riêng biệt.
1. PHẦN SẮC KÝ KHÍ
Thành phần hỗn hợp trong pha động tương tác với pha tĩnh theo một tỷ lệ khác nhau.
Hợp chất tương tác nhanh sẽ thoát ra khỏi cột trước và hợp chất tương tác chậm sẽ ra khỏi cột sau.
Đó là đặc trưng cơ bản của pha động và pha tĩnh
Quá trình chia tách có thể xảy ra bởi sự thay đổi nhiệt độ của pha tĩnh hoặc là áp suất của pha động.
A. Cửa tiêm mẫu (injection port):
1l dung môi chứa hỗn hợp các chất sẽ được tiêm vào hệ thống tại cửa này.
Mẫu sau đó được dẫn qua hệ thống bởi khí trơ (heli).
Hóa hơi mẫu ở nhiệt độ >30000C.
B. Vỏ ngoài (oven):
Là một lò nung đặc biệt.
Nhiệt độ của lò này dao động từ 4000C - 32000C.
C. Cột (column):
Cột trong GC được làm bằng thủy tinh, inox hoặc thép không rỉ có kích thước, kích cỡ rất đa dạng.
Có thể dài 25m, 30m, 50m, 100m và có đường kính D rất nhỏ.
Bên trong D được tránh bằng một lớp polimer đặc biệt như phenyl 5% + dimetylsiloxane polymer 95%).
D cột thường rất nhỏ giống như là một ống mao dẫn.
Thông thường cột được sử dụng là semivolatile, hợp chất hữu cơ không phân cực như PAHs
Các chất trong hỗn hợp được phân tích bằng cách chạy dọc theo cột này.
Một chất chia tách, rửa giải phóng đi ra khỏi cột và đi vào đầu dò.
Đầu dò có khả năng tạo ra một tín hiệu bất kỳ lúc nào, khi phát hiện ra chất cần phân tích.
Tín hiệu này phát ra từ máy tính, thời gian từ khi bơm mẫu đến khi rửa giải gọi là thời gian lưu (TR).
Trong khi các thiết bị chạy, máy sẽ đưa ra các biểu đồ từ các tín hiệu như hình 1.
Hình 1: sắc đồ của sắc ký khí

Mỗi peak trong sắc đồ sẽ miêu tả một tín hiệu tạo nên khi chất giải hấp từ cột sắc ký và đi vào đầu dò detector
Trục hoành biểu diễn thời gian lưu và trục tung biểu diễn cường độ của tín hiệu
Mỗi đỉnh (peak) biểu diễn một chất riêng lẻ
Chất này được tách từ hỗn hợp mẫu phân tích
Peak có thời gian lưu (TR) 4,97` là dodecane, 6.36` là biphenyl, 7.64` là chlolobiphenyl, 9.41` là hexadecanoic acid methyl ester.
Nếu trong cùng điều kiện sắc ký như nhiệt độ, loại cột… giống nhau thì cùng chất luôn có thời gian lưu giống nhau.
Khi biết thời gian lưu của hợp chất thì chúng ta có thể chấp nhận được độ nhạy của nó.
Chất có tính chất giống nhau thì thường có thời gian lưu giống nhau.

2. PHẦN KHỐI PHỔ
A. Nguồn Ion (ion source):
Sau khi đi qua cột sắc kí khí, các hóa chất tiếp tục đi vào pha khối phổ.
Các phân tử phải đi qua một luồng electrons và vì vậy chúng có thể bị chia thành các mảnh nhỏ hơn và tích điện dương.
Các mảnh này được gọi là ion. Điều này là quan trọng bởi vì các hạt cần ở trạng thái tích điện thì mới đi qua được bộ lọc.


B. Bộ lọc (Filter):
Khi các ion di chuyển trong bộ phận khối phổ, dựa trên khối lượng mà chúng được sàng lọc bởi một trường điện từ.
Bộ lọc này có khả năng lựa chọn, tức là chỉ cho phép các hạt có khối lượng nằm trong một giới hạn nhất định đi qua.

C. Bộ cảm biến (detector):
Có nhiệm vụ đếm số lượng các hạt có cùng khối lượng.
Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính.
Tại đây các phép tính được thực hiện và xuất ra kết quả gọi là khối phổ.
Khối phổ là một biểu đồ phản ánh số lượng các ion với các khối lượng khác nhau đã đi qua bộ lọc.

Bộ phận chịu trách nhiệm tính toán các tín hiện do bộ cảm biến cung cấp và đưa ra kết quả khối phổ.


3. MÁY TÍNH
6 - Phương Pháp Phát Hiện và Thu Nhận Kết Quả Sắc Kí
Máy tính sẽ ghi lại các biểu đồ của mỗi lần quét.
Trục hoành biểu diễn tỉ lệ M/Z còn trục tung biểu diễn cường độ tín hiệu của mỗi mảnh vụn được quét bởi đầu dò detector.
Đây là đồ thị của số khối. Làm thế nào để phân tích các kết quả từ máy tính?
Mỗi hóa chất chỉ tạo ra một mô hình duy nhất, nói cách khác mỗi chất có một “dấu vân tay” để nhận dạng, dựa trên mô hình ion của nó.
Dưới đây là một hình khối phổ. Trục X là khối lượng còn trục Y là số lượng.
Trên hình ta thấy phân tử ban đầu có khối lượng là 5.
Trên sơ đồ khối phổ hạt lớn nhất này được gọi là ion phân tử (molecular ion).
Các hạt nhỏ hơn có khối lượng 1,2,3 và 4 được gọi là các ion phân mảnh (fragment ions).
Trong trường hợp ví dụ trên ta thấy các phân tử của chất này có xu hướng bị phá vỡ thành các tổ hợp 1-4 hơn là 2-3.
Các nhà nghiên cứu có thể so sánh khối phổ thu được trong thí nghiệm của họ với một thư viện khối phổ của các chất đã được xác đinh trước.
Việc này có thể giúp họ định danh được chất đó (nếu phép so sánh tìm được kết quả tương ứng).
Hoặc là cơ sở để đăng ký một chất mới (nếu phép so sánh không tìm được kết quả tương ứng).
 Hình 2: Mass-spectrum
Trong hình 2, hình ảnh khối cao nhất là dodecane
Phần nềm của GC/MS nó giống như là một thư viện hình ảnh dùng để nhận ra các chất chưa biết tồn tại trong hỗn hợp mẫu.
Thư viện này có thể so sánh hình ảnh khối từ thành phần của mẫu với hình ảnh khối trong thư viện của máy.
Mô tả kết quả của phân tích qua hệ thống sắc ký khí khối phổ 3D
7 - Một Số Ứng Dụng Của GCMS
Khác với các máy phân tích dư lượng kháng sinh như sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC/MS/MS) thì sắc ký khí ghép khối phổ độ phận giải cao (HRGC/HRMS).
GC/MSN sắc ký ghép khối phổ có ứng dụng phân tích các độc chất trong nước tương, nước mắm (3 MCPD...).
Nghiên cứu chiết xuất và xác định thành phần các chất hóa học, độc chất, kháng sinh.
Đánh giá độ tồn lưu của hóa chất diệt côn trùng khác nhau trong các vật liệu hoặc hợp chất khác nhau.
Một Số Loại Máy GC/MS
Máy Sắc Ký Khí GC/MS HAPSITE ER Xách Tay
Máy Sắc Ký Khí Xách Tay
Máy sắc ký khí Agilent-HP Model 6890 GC-FID System
Máy sắc ký khí kết nối khối phổ Clarus 500
Cám ơn sự quan tâm theo dõi
của Cô và các bạn...!