Lý thuyết và ứng dụng Phương pháp phổ khối lượng & Sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC

CÁC PHƢƠNG PHÁP VẬT LÝ ứng dụng trong hóa học

Phương pháp phổ khối lượng Lý thuyết và ứng dụng

100%

112

69

50 139 56 57

70

154 83

97

0 60

80

100

120

140

160

m/e

GS.TSKH.Nguyễn Đình Triệu

Nguyên tắc chung của phƣơng pháp phổ khối lƣợng Sự ion hóa  Khi cho c¸c ph©n tö ë tr¹ng th¸i khÝ va ch¹m víi mét dßng electron cã n¨ng lượng nhÊt ®Þnh th× tõ c¸c ph©n tö sÏ bËt ra 1 hay 2 electron, vµ nã trë thµnh c¸c ion cã ®iÖn tÝch +1 (chiÕm tû lÖ lín) vµ +2: ABCD + e

ABCD + 2e ABCD

++

ABCD

-

 Qu¸ tr×nh nµy ®îc gäi lµ sù ion ho¸.

+ 3e

>95%

Sự ion hóa NÕu c¸c ph©n tö tiÕp tôc va ch¹m víi dßng electron cã n¨ng lîng lín th× chóng sÏ bÞ ph¸ vì thµnh nhiÒu m¶nh ion kh¸c nhau, ®îc gäi lµ qu¸ tr×nh ph©n m¶nh (fragmentation): + + ABC

A + BC

ABC+

AB+ + C A+ + B

C¸c ion ®Òu cã khèi lîng vµ ®iÖn tÝch e. Tû sè m/e ®îc gäi lµ sè khèi z.

Hình ảnh so sánh

Phổ khối phân giải cao  Phổ khối phân giải cao (PKPGH) có ý nghĩa quan trọng.  Số khối nguyên tử tính theo đơn vị cacbon : 1u = 1/12 klnt C = 1,660277.10-27kg 1mu =10-3u= 1,660277.10-30 kg  Bảng nguyên tử khối 1H 2H 1,00783 đvC 2,01410 đvC 12C 13C 12,00000 13,00336 14N 15N 14,0031 15,0001 16O 17O 15,9949 16,9991

Phổ khối phân giải cao  

Hiệu số khối lượng phân tử : 12C16O 12C16O 27,9949 14N 12C 1H 28,0062 2 2 4 Δm = 0,0113 Δm = N2/CO 11,3 mu C2H4/CO

Phổ khối phân giải thường : CO,N2 ,C2H4 có M+= 28 C5H10N2O4 M+= 162 C6H12N4O M+= 162

27,9949 28,0312 0,0363 36,3 mu

PKPGC: M+= 162,0641 M+= 162,0766 Δm = 0,0125

Phổ khối phân giải cao  Từ khối lƣợng phân tử M tra công thức phân tử trên bảng tra cứu :  Ví dụ: Số khối m = 207,0686  0,003 (m)  Từ bảng tính khối lƣợng phân tử tìm ra công thức phân tử có thể là:  C11H11O4, m = 207,065735 (m = -0,002865)  C12H7N4, m = 207,067071 (m = -0,001529)  C14H9NO, m = 207,068414 (m = -0,000186)  m = -0,000186 là nhỏ nhất ,nên chọn CTPT là : C14H9NO

Phổ khối phân giải cao  Phổ khối của chất chƣa biết có M= 116,0470 43

100

M = 116,0470 M (116) = 2,44(100%) M+1 (117) = 0,14 M+2 (118) = 0,03 (1,4%)

%B

80

60

40

55 56 20

98 73 20 30

40 50 60

70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

m/e

Phổ khối phân giải cao  Ví dụ 2: Phổ khối của một hợp chất chƣa biết (hình 1.35) có số khối phân tử tìm thấy M = 116,0470 và m/e = 98; 73; 56; 55; 43 (100).  Tra cứu trên bảng thấy số khối m ứng với các công thức phân tử nhƣ sau:  m = 116,0460 C3H6N3O2 (Δm=0,0010)  m = 116,0473 C5H8O3 (Δm=0,0003)  Vì không có số khối m=116,0470 nên ta chọn công thức phân tử của chất là C5H8O3 có m = 0,0003 nhỏ hơn.

Phổ khối phân giải cao  Cơ chế phá vỡ phân tử CH3

C

CH2-CH2

COOH

CH2

O +. + M . = 116 CH3

C

O+ m/e 43

C +

O. m/e 56 CH3

+

CH2CH2COOH m/e 73

CH2

C

CH2

CH C

O CH2

m/e 98 CH C m/e 55

O

+

O.

KÜ thuËt thùc nghiÖm Nguyªn lÝ cÊu t¹o khèi phæ kÕ Khèi phæ kÕ ®îc chÕ t¹o ®Çu tiªn vµo n¨m 1912 (J.Thompson, Anh) nhng ®Õn n¨m 1939 míi ®îc hoµn thiÖn (F.W.Aston).

S¬ ®å nguyªn lÝ cÊu t¹o chung cña phæ kÕ gåm c¸c bé phËn sau:

* Ho¸ khÝ mÉu * Ion ho¸ * Ph©n t¸ch c¸c ion * Thu gom c¸c ion theo sè khèi * Xö lÝ sè liÖu

Mét sè ph¬ng ph¸p Ph¬ng ph¸p Ho¸ khÝ mÉu N¹p mÉu

Hãa khÝ mÉu

B¬m hót

Ion hãa

Ph©n t¸ch ion theo sè khèi

§ªtect¬

Xö lÝ sè liÖu

Ph¬ng ph¸p Ion ho¸ mÉu:     

Ph¬ng ph¸p va ch¹m electron Ph¬ng ph¸p ion ho¸ ho¸ häc Ph¬ng ph¸p ion ho¸ trêng Ph¬ng ph¸p ion ho¸ photon Ph¬ng ph¸p b¾n ph¸ ion

Phương pháp ion hóa Ph¬ng ph¸p va ch¹m electron: MÉu chÊt ë d¹ng h¬i ®îc dÉn vµo mét buång, ë ®©ycã mét dßng electron mang n¨ng lîng chuyÓn ®éng vu«ng gãc víi mÉu vµ x¶y ra va ch¹m gi÷a chóng, biÕn c¸c ph©n tö trung hßa thµnh c¸c ion ph©n tö hoÆc c¸c ion m¶nh.

Ph¬ng ph¸p ion ho¸ ho¸ häc: Ion ho¸ ho¸ häc lµ cho dßng ph©n tö khÝ va ch¹m víi mét dßng ion d¬ng hoÆc ion ©m ®Ó biÕn c¸c ph©n tö trung hßa thµnh ion ph©n tö hay ion m¶nh. Trong qu¸ tr×nh nµy, tríc tiªn ph¶i biÕn c¸c ph©n tö khÝ metan thµnh ion, sau ®ã c¸c ion nµy míi va ch¹m víi c¸c ph©n tö mÉu theo c¸c bíc sau:

Phƣơng pháp va chạm electron Anot

® iÖn tr- ê ng E

Ph© n tö khÝ electron

K atot Buång ion hãa va ch¹m electron

ion ThÕ t¨ ng tèc U

Phƣơng pháp ion hóa hóa học Bíc 1:

CH4

+

+

+

CH3 + MH +

CH4 + MH

+

CH5 + CH3

CH4 + CH3

CH5 + MH

CH4 +

CH4 + CH4

Bíc 2:

-e

+

C 2H5 + H2 +

CH4 + MH2 +

CH4 + M

+

CH4 + MH

(MH= mÉu chÊt)

Phổ khối của chất M+= 166 100

OH NHCH3

58

CH CH CH3

a) Va chạm electron

50 69 79 0 100

b) Ion hoá hoá học

m/e50

100

150 m/e

m/e 58

148 50

166 61

88 107 117

0 50

100

150

m/e

T¸ch c¸c ion theo sè khèi C¸c ion h×nh thµnh cã sè khèi m/e ®îc ph©n t¸ch ra khái nhau b»ng c¸c thiÕt bÞ kh¸c nhau nh: * ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion héi tô ®¬n * ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion héi tô kÐp • ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion tø cùc • ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion thời gian bay

ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion héi tô ®¬n ( khối phổ kế)

Y

Z

Nam ch©m Chïm ion

Khe Khe r §ªtect¬

H×nh 5.4 ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion héi tô ®¬n.

ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion héi tô kÐp (khối phổ kế ) ThiÕt bÞ nµy bao gåm mét ®iÖn trêng E vµ mét tõ trêng B ®Æt nèi tiÕp nhau.

(B)

§iÖn tr-êng E

Nam ch©m

(E)

re rm Z Y

Chïm ion

H×nh 5.5 ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion héi tô kÐp

ThiÕt bÞ ph©n t¸ch ion tø cùc ( khối phổ kế ) ThiÕt bÞ nµy kh«ng dùa trªn nguyªn lÝ dïng tõ trêng mµ ®îc sö dông ®ång thêi ®iÖn ¸p mét chiÒu VD vµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu cao tÇn VR ®Æt vµo bèn thanh trßn gäi lµ bèn cùc, cø hai cùc ®èi diÖn ®îc nèi víi nhau vµ trë thµnh cùc ©m hoÆc cùc d¬ng. y §ªtectz

r0 +(VD+VRcos t)

Chïm ion -(VD+VRcos t)

x

Khối phổ kế thời gian bay – Thời gian bay của ion

từ nguồn đến đetectơ tỷ lệ với số khối m/e : T= L(m/2e)1/2 Vïng bay

2

1

G 0 (v 0) G1 (v 1)

E1

G 2 (v 2)

E2

TÊm ph¶n x¹ ThÕ t¨ng tèc U

L­íi ion ho¸

X0 d1

Ion Ion

§ªtect¬

L d2

Đetectơ nhân electron  Sơ đồ hoạt động của đetectơ nhân electron

Chïm ion Dinot -7,5 kV

Dinot -8kV

KhuÕch ®¹i

-6,5 kV

-7 kV

-6 kV

Đetectơ nhân electron

Phổ khối lƣợng

Ph©n lo¹i c¸c ion 1. Ion ph©n tö: Ion ph©n tö lµ c¸c ion cã sè khèi lín nhÊt, vµ chÝnh lµ träng lîng ph©n tö cña chÊt mÉu. Ngêi ta kÝ hiÖu ion ph©n tö lµ M+.

Mét ph¬ng ph¸p kinh nghiÖm lµ khi M+ lµ mét sè ch½n th× ph©n tö sÏ khong chứa hoặcchøa mét sè ch½n nguyªn tö N. Ngîc l¹i nÕu lµ sè lÎ th× ph©n tö cã thÓ chøa sè lÎ nguyªn tö N.

2. Ion ®ång vÞ:

Hîp chÊt h÷u c¬ cã c«ng thøc CnH2n cã tØ lÖ lµ:

Trªn phæ ®å sÏ cho ta thÊy tØ lÖ nµy lµ chiÒu cao v¹ch phæ. Ion M+ cña 12CnH2n cã chiÒu cao h cßn ion (M+1)+ cña 13C12Cn-1H2n cã chiÒu cao h’ th×: h ' 0,011xn  h 1

Do ®ã:

n

h' 0,011xh

Nh vËy dùa vµo chiÒu cao v¹ch phæ M+ vµ (M+1)+ ta cã thÓ tÝnh ®îc sè nguyªn tö cacbon trong ph©n tö.

H×nh d¹ng chiÒu cao v¹ch phæ M+, (M+2)+ vµ (M+4)+ cña ph©n tö chøa Br, Cl vµ S. 79

Br +81 Br 32

35

79

Cl

37

Br

81

Br

79

Br

81

S

Br

Cl 31

S

Tính tỷ lệ ion đồng vị cùng nguyên tố  Ví dụ 1: Hợp chất CH2Cl2.  Giả dụ đồng vị có khối lƣợng A1, A2 và tỷ lệ đồng vị a1, a2 có thể tính Klpt M nhƣ sau :  Ta có: (A1+A2)2 = A12 + 2A1A2 + A22 .  35Cl có A1=35 35 35 37  37Cl A2=37 35 37 37  CH2 14 14 14  M 84 86 88  Tính tỷ lệ cƣờng độ vạch phổ nhƣ sau :  (a1+a2)2 = a12 + 2a1a2 + a22  a1=1 12 2.1.0,32 0,322 a2=0,32 1 0,64 0,10

Tính tỷ lệ ion đồng vị hai nguyên tố khác nhau  Thí dụ 2 : Hợp chất CH2BrCl  Br có đồng vị A1 và A2 tỷ lệ đồng vị a1 và a2  Cl có đồng vị B1 B2 tỷ lệ đồng vị b1 b2  Tính klpt M : ( A1 + A2 )(B1 + B2 )  Tính tỷ lệ cƣờng độ vạch phổ :  ( a1 + a2 )( b1 + b2 )  Áp dụng cách tính tƣơng tự nhƣ trên.

Ion m¶nh C¸c ion m¶nh lµ do sù ph¸ vì ph©n tö sinh ra khi va ch¹m víi electron. Tuú theo n¨ng lîng va ch¹m lín hay nhá mµ ph©n tö vì thµnh nhiÒu m¶nh kh¸c nhau.

O 100%

105

O

CH3

M=178 123

50 77

56

122 178 (M )

135 0 50

100

150

m/e

Phæ khèi lîng cña n-butyl benzoat

Ion mảnh  Sơ đồ phân mảnh của n-butyl benzoat O+

O

O O

m/e 135

CH3

CH2 O

+

m/e 105

H

m/e 178 (M+')

O CH3 CH2

H O

+

m/e 122

C¬ chÕ ph©n m¶nh ph©n tö 1- T¸ch ankyl: C C C

C C

+

C

+

2- T¸ch olefin: C C C+

C C

C

C

+C

+

+

C C

+

C + C

3- T¸ch allyl:

C

C

C

C

C

+

C

C

C

C

C

C

C

+

+

4- T¸ch ion tropylium (vßng th¬m): CH2 CH2

CH2 + +

+

+

C

C

C

C

5- T¸ch ®ång ly:

C

X

C

+

+

X

(X=halogen, OH, SH, NH2, OR)

X +

+

+

X

(X=halogen, NO2)

6- T¸ch dÞ ly: C

X

C (X=halogen)

+

X+

7- T¸ch ë vÞ trÝ  ®èi víi YRC-O: nhãm C-Y vµ C

C

C

+

YR

C

C

+

C

[Y=O, N, S]

C

C

Z

C

O

+

C

Z

+O

[Z=ankyl , aryl , H, OR, NH2]

8- T¸ch Retro-Diels-Alder: hay

9- T¸ch ph©n tö trung hoµ b»ng chuyÓn vÞ liªn kÕt ®«i cis hay vßng th¬m thÕ ortho: B

+

X Y

A H

B

X Y

B +

A H B= CH2 hay CO X=O, S, NH Y=H hay ankyl A=O, S, NH, CH2

+

A

X Y H

10- ChuyÓn vÞ McLafferty a) Nhãm cacbonyl:

A Y

H

X

H

O

A

C

Y

+

X

O C

X=O, CH2, NH, S Y=O, CH2, v.v...

A= C, CH, CH2

b) Vßng th¬m vµ anken A Y

H

X

C+ C

H

A +

Y

+

X

C C

11- ChuyÓn vÞ t¸ch gèc

+

+

YR

H

YR

C

+

YR

CH

+

CH

[Y=O, NH, S]

+

+

O

H

C

O

+

O

CH

+

CH

Phổ khối của hiđrocacbon  Ankan là hiđrocacbon bão hòa CnH2n+2  Ion phân tử của hidrocacbon bão hoà luôn xuất hiện nhưng yếu với các hidrocacbon mạch dài  Ion phân tử hiđrocacbon thơm bền hơn ankan,anken  Đánh giá độ bền ion phân tử :  WM-Cường độ ion phân tử ; I- Cường độ tín hiệu

WM 

I

I

 100%

Phổ khối của hiđrocacbon       

Hiđrocacbon Hexan C6H14 Hexen-1 C6H12 Xiclohexan C6H12 Xiclohexađien-1,3 C6H8 Đivinylaxetilen C6H8 BenzenC6H6

Wn 2,8 4,6 15,5 16,5 23,2 33,2

Phổ khối của hiđrocacbon  Phân mảnh : ankan m/e = 29, 43, 57…  CH3CH2/CH2/CH2/CH2/CH2/CxHy  29 43 57 71 85 43 CH3 CH2 CH2

43 CH CH3 CH3

2-Metylpentan

29 CH3

CH2

43

57 CH

CH2 CH3

CH3 3-Metylpentan

CH3 CH

43 CH CH3

CH3 CH3 2,3-§imetylpentan

Phổ khối của octađexyliodua C18H37J

ở 70oC,70eV (h.trên ),70oC,19eV(h.dƣới)

Phổ khối của n-docosan C22H46

ở 70o , 70eV (h.trên), 170oC,70eV(h.dƣới)

100

%B

57

Phân mảnh Hexan

C C C C C C

43 29

41

50

27

+

86(M )

 Ví dụ :

C

C

C

C

C

C

15

71

0

43

C

C

C

C

C C C C C

C

C 50

C

27 71 +

86(M )

15

57

C

C

C

C

C

56

C C C C C

29

C

C

41

50

43

C

C

C

+

71

C

86(M )

43 42

C

C C C C C 50

C C

71

55 20

40

m/e

60

+

86(M ) 80

Ankan vòng  Xiclohexan +

C3H8

100

80

C2H4 %B

M +

C3H5

60

Xiclohexan

40

-

m/e 84

C2H4

CH3 m/e

69

84(M)

20

m/e 41 0 0

10

20

30

40

50 m/e 60

70

80

90

100

110

Ankan vòng Cholestan :        

vị trí 1 2 3 4 5 6 7

m/e 56 96 124 150 178 218 99

m/e 316 276 248 222 194 154 273

M+. 372 ( 38%) 5 6

CH2

C7H15 7

4 3 1 2

Anken

m/e 27, 41,55… M+.

Mạnh

2-Hexen m/e = 27, 41, 55…

+

R CH CH CH2 + CH2 R 1

2

3

4

F3

R CH CH CH2 CH2 R

+

H3C

R CH CH CH2

.

+

H C C

H

CH2CH2CH3 M +. 84

H

H3C C C H

+

CH2CH2 m/e 69

H

H3C C C H

CH3 CH CH2

+

CH2 m/e 55

m/e 42

.

+

Ankin

 Phân mảnh m/e 39,53,67

HCCCH2R +. → HCCCH2+ + R. → HCCCH2. + R+

B%

Phæ khèi của ankylbenzen Cắt mạch nhánh vị trí beta :

105

CH3 C 2H5

120 39

91

77 79

65

105

CH3

M

C 2 H5 51

CH3

105 M

CH3

CH3

51

H

CH2

R

CH2

CH3

91

m/e 92

M 39 40

50

78

65

51 60

70

105

80

90

m/e

100

110

120

Phæ khèi của ankylbenzen Ankylbenzen: Thêng xuÊt hiÖn c¸c sè khèi m/e= 39, 50, 51, 65, (76), 77, (78), 91...

100%

91

50

120

39 27

65

51

78

105

0 40

60

80

100

120

m/e

Phæ khèi lîng cña n-propylbenzen

C¬ chÕ ph©n m¶nh +

CH2

CH2 -C2H5

H H m/e 92

-CH2=CH2

H m/e 120 (M+) -C3H7 +

+

C3H3

+

-C3H2 m/e 91 (B) - CH CH

m/e 77 - CH CH +

m/e 65

m/e 51

m/e 39

Ancol Phân mảnh : m/e 31, 45, 59…

Phá vỡ phân tử ancol bậc 1 và 2:cắt nhóm OH và ankyl m/e 31 F5

OH

H3

R

H2O

F1 (M-17)

R' R CH OH

H3

F5

H2O

F1 (M 17)

(M 18)

(M-18)

Ancol  CH3CH2CH2CH2CH2OH → M+. = 88 CH3CH2CH2CH2• + CH2=OH+ (F5) m/e 31 → CH3CH2CH2CH2+ + •CH2OH (F1) m/e 57 → +CH2CH2CH=CH2 + •CH3 + H2O m/e 55

Ancol n-Pentanol %B

100

M-(H2O vµ CH2=CH2)

90

C H 3 (C H 2 ) 3

C H 2O H 31

80

+ CH2OH

70

M-(H2O vµ CH3)

60 50 40

M-H2O

30 20 10

M-1 0 20

30

40

50 m/e

60

70

80

90

Phổ khối của ancol  Pentan-2-ol %B

100

45

90

+ CH3-CH=OH

80

CH3CH2CH2

70

CH

CH3

OH 45

60

a) 50 40

M-(H2O vµ CH2=CH2)

30

M-(H2O vµ CH3)

20

M-H2O

M- CH3

10

M-1 M

0 20

30

40

50 m/e

60

70

80

90

Ancol vòng  Xiclohexanol 100

57

%B

80

OH

60

82

B) -CH3

40

44

67

20

M-1 0 40

60

80 m/e

+

100(M )

100

Ancol vòng OH

 Cơ chế phân mảnh

1

3

OH

OH H C CH2 H

OH C

2

H CH3 OH

M m/e 100

CH CH H2O m/e 82

CH2 m/e 57

C3H7

Anđehit  M+. Yếu ; m/e (M-18), (M-28), (M-44) và 44, 58, 72.

 theo hai hướng: R

O

OH

, R

m/e ( 43 R) R

F

5

R m/e ( 27 R)

Anđehit Phân mảnh: m/e 31, 45, 59…

Cơ chế phá vỡ anđehit R

OH

, R

O

m/e ( 43 R

F

5

R m/e ( 27

C2H5

H HC H2C

O CH CH2 

R)

g·y 

R)

C2H5

+

HC H2C

OH

+

CH CH2 m/e 44

Anđehit

Pentanđehit

44

100

CH3CH2CH2CH2 CH2CHO 56 (M-44)

%B

80

57 (M-43) 60

29

40

72 (M-28) 82 (M-18)

20

+

100 (M ) 0 20

40 m/e

60

80

100

Xeton  Phân mảnh: m/e 58,72,86…  Cắt liên kết

C

O

C

OH

OH H1

O F5

R' F5

R

F5

R' m/e 58 R' hay R'

O +

+

R

O

R

Xeton  Butylpropylxeton 43

100

85

57

O

%B

80

57

CH3CH2CH2

71

43

60

C CH2CH2CH2CH3 71

85 58

40

+

128 (M )

86

20

100 0 20

40

60 m/e

80

100

120

140

Xeton vòng VÝ dô phæ khèi cña menthon: 100%

O

112

CH 3

H 3C 69

50 139 56 57

70

154 83

97

0 60

80

100

120

140

160

m/e

C¬ chÕ ph©n m¶nh H O CH2

O

O

H

m/e 154 (M)

- CH3

-C3H6

- CH2

CH2

-C4H9 -C5H11

O OH m/e 112 (B)

-CH3

m/e 139 CH2

-C3H6 CH2 CH2

OH m/e 70

O+ m/e 69

O+

CH2 CH2 m/e 97

+

OH

m/e 83

Xeton đa vòng 100 41

55

%B

81(M-71)

O

H

108(M-44) 80

67

H +

152(M )

60

40

20

137(M-15) 0 40

60

80 m/e

100

120

140

160

Xeton đa vòng  Cơ chế phân mảnh:

+

H2C

+

O

C O+

H3C -CH3

H

+

O

m/e 137 -CHO + +

O

O

+

H

+

O

H

-CH3

H2C

H

m/e 108 m/e 137

+

+

+

O

O

O H

H

H3C

H2C

H3C

+

+

O

O

H3C +

CH3 CH CH m/e 41

H3C

+

O

O C m/e 55

+

CH CH CH m/e 67

+

O m/e 81

Phenol 100%

94 (M+)

H O

O

H

H

H

H 50

-H

-CO m/e 94

66 65

0 40

60

80

100

m/e

m/e 66

m/e 65

Axit cacboxylic  Phân mảnh : m/e 45,60,73,87…

OH +

F1 H R

H1

H1

O OH

R'

F1

R

OH R' m/e (59 + R')

R' + COOH R m/e (M - 45)+

Axit cacboxylic 99

CH3(CH2)4CO

 Cơ chế phân mảnh: Axit hexanoic

C5H11 71 C4H9 C3H7 CH3CH2

CH3

CH2

57

43 O

29 CH2

CH2

CH2

C

OH

45 COOH 59 CH2COOH 73 CH2CH2COOH 87

(CH2)3COOH

Axit cacboxylic Thêng gÆp t¸ch OH (m/e 17) vµ t¸ch COOH (m/e 45).

Phæ khèi lîng cña axit m-metoxibenzoic.

Sơ đồ phân mảnh  Cơ chế phân mảnh của axit m-metoxibenzoic O

O CH3O

OH

+

CH3O

CH3O

m/e 135

CH2 O

m/e 107

H CO 2H

+

CO 2H

m/e 122

Este cña axit cacboxylic Sè khèi thêng gÆp lµ m/e 61, 75, 89, 103, ...

100%

120

50 121

138

92 93

41 66

194

0 40

60

80

100

120

140

160

180

200

m/e

Phæ khèi lîng cña n-butyl salixylat

C¬ chÕ ph©n m¶nh O+

O

C2H5

O

O

O.C4H9 O

H

H

OH

OH O

-C4H8

m/e 194(M)

m/e 138 -C4H9OH

-C4H7

-H2O C4H2O

+

OH C

m/e 66

-CH CH

O+

OH OH m/e 139

H

O m/e 120(B)

C O

-CO m/e 92

Hợp chất nitro  Trên phổ khối của hợp chất nitro ion phân tử đôi khi vắng mặt, các số khối thường gặp là m/e 30, 46 cũng như (M-16)+, (M-30)+, (M46)+. Ion m/e 30 và (M+30)+ do cắt nhóm NO, còn ion m/e 46 và (M-46)+ do cắt nhóm NO2, ngoài ra cũng xuất hiện ion (M-16)+ do cắt một nguyên tử Oxi của nhóm NO2, như sơ đồ dưới đây:

Nitro

(M - 16)

-NO2

[ Ar NO2 ]

-O

(M - 16)

-NO NO2 m/e 46

NO m/e 30

(M - 30)

Nitrobenzen O -CO

O N O -NO m/e 93

m/e 65

-NO2 m/e 123

-C2H2 m/e 77

C4H3 m/e 51

Nitrin CN

C2H2

CN

C4H3 m/e 51

m/e 77 HCN C6H4 m/e 76

H C6H3 m/e 75

Hợp chất azo  

Hợp chất azo Phổ khối của azo cho ion phân tử với cƣờng độ mạnh.

Phân tử bị phá vỡ theo cơ chế tách F1,cắt liên kết CN nhƣ sơ đồ sau: N

N N

NH

H O C

OCH2

H

H M 212 N

NH CH H

O N

N O

CH

NH2

CH

O m/e 93

m/e 119

NH2

Hợp chất oxim

-OH

N C6H5

OH

-C6H5CN

C C6H5

M 197(48)

-C6H6

-C6H5 C6H5CN (C6H5)2C N m/e 180(100) m/e 103(16) C6H5OH m/e 94(9) C6H5 C N O m/e 119(8)

Hợp chất halogen  Ion phân tử M+. Mạnh  Br,Cl- kèm ion đồng vị  Cắt liên kết như sau: 43

85

CH3

Cl m/e

91/93

Br 135/137

CH CH3

CH2

149/151 Vị trí cắt



CH2

107/109



CH2

93/95 

Br

+

Hợp chất halogen H (CH3)2C

Br

H2C

(CH3)2C

CH2

HBr

H2C

(CH3)2C

CH2

CH2

H2C

CH2

100

CH2 CH2 m/e 84

43

%B

 Phổ

43



CH3

80



85

CH CH2 CH2 CH2 Br CH3 85(M-Br)

60

107/109

93/95

84(M-HBr) 40

69 +

[CH2Br]

20

+

[CH2CH2Br] 107 109

+ (M. )

164 166

93 95 0 40

60

80 m/e 100

120

140

160

180

Hợp chất halogen CH3CH2 CH3

CH3CH2

C Cl

M 106

CH3

-Cl

-CH4

CH3CH2

+ 3 m/e 71 CH

C CH2

m/e 55

CH3 C Cl CH3

m/e 77

H CH 3 C 2

100 +

77(M-C2H5)

55(C4H7 )

%B



+

C CH3

71 CH3

80

CH3CH2

71(M-Cl) 60

C

Cl

CH3

41

77

43 40

(M-HCl) 70

+

36(HCl ) 20

+

106(M ) 0 20

40

m/e

60

80

100

120

Amin th¼ng Sè khèi thêng gÆp lµ m/e 30, 44, 58, 72, ...

100%

58

CH3 100

CH3

50

CH3 CH3 N CH3 m/e 115 (M)

CH3 CH3 N CH3 CH2 H m/e 100

CH3 CH NH + C3H6 CH3

+

m/e 58 (B)

115

72

43

30

86

0 40

60

80

100

120

m/e

Phæ khèi lîng cña N,N-®i-isopropylmetylamin

Amin th¬m Ion ph©n tö xuÊt hiÖn m¹nh.

100%

106

107

50

77 79 39

51 65

30

91

0 40

60

80

100

120

m/e Phæ khèi lîng cña N,N-®i-isopropylmetylamin

C¬ chÕ ph©n m¶nh +

NH2

NH2 CH2

+

-H2CN m/e 106 (B)

m/e 77

-H NH2

H H

CH2 H

H

NH

H

CH3

CH3 -HCN

m/e 80

m/e 107 (M) -H - NH2 CH3

C7H7+ m/e 91

m/e 79

Hợp chất dị vòng  Phổ khối của furan (hình 2.43) cho ion phân tử M68 (70%) và m/e 39, 29 do sự phá vỡ phân tử nhƣ sau:

-CHO O

O

O

M+ 68 CHO m/e 29

m/e 39

Dẫn xuất furan  Các dẫn xuất 5-nitrophenyl-2-furanđehit đều cho ion m/e 217 (M) nhƣng cƣờng độ của chúng khác nhau O NO2

M 217 (500)

CHO2

O NO2 m/e 188 (10000)

+

NO2

+

CHO

m/e 172 (500)

Thiophen  Tƣơng tự ankylbenzen, 2- và 3metylthiophen dễ dàng mất đi một nguyên tử H cho ion m/e 97 (100%), cho ion phân tử M 98 (50%) và m/e 45 (20%): CH3

CH S m/e 45

S m/e 98 ( 2 ), 3-Metylthiophen

S m/e 97

Pirol  Quá trình ion hoá phá vỡ phân tử của pirol cho ion phân tử M+=67 với cƣờng độ mạnh 100%, các ion hình thành do phá vỡ vòng m/e 41, 40, 39, 28 cũng đều có cƣờng độ mạnh (hình 2.51)

N

N

N

H M 67

H

H

NH CH

-CH NH m/e 28

-CH CH

-CH=NH

H N m/e 41

m/e 39

Pirol  Phổ khối của pirol 100

+

%B

67(M )

80

N 40(M-HCN)

H

39 41

60

28 40

20

0 0

20

m/e

40

60

Indol  Metylinđol cho ion phân tử M và ion (M-1)+ có cƣờng độ mạnh và các ion m/e 103, 71, 51 (hình 2.53) do sự mất một nguyên tử H của CH3 -H N

CH2

H

M 131 H

N M-1

-CH CH m/e 51

H

H

N

-HCN -CH CH

m/e 77

m/e 103

Ankylpiridin  Piriđin là một dị vòng bền vững khó bị phá vỡ vòng trong quá trình ion hoá trừ trƣờng hợp các dẫn xuất ankyl, oxi, nitơ… của nó . Ví dụ metylpiridin : CH3 N. M+ = 93

CH2 C3H3+ m/e 39

C4H4N + N

N m/e 92

N m/e 66

Quinolin Cũng nhƣ piriđin,vòng quinolin khá bền vững, khó bị phá vỡ trong quá trình ion hoá, phổ khối của quinolin cho ion phân tử M 129 (100%) và các ion mảnh m/e 102, 76, 51 (hình 2.57) do sự phá vỡ phân tử theo sơ đồ dƣới đây:

N M 129 (100%)

m/e 102 (20%)

m/e 76 (10%)

m/e 51 (15%)

Quinolin  Ankylquinolin ion hoá cắt gốc ankyl cho ion (M-R)+ và đồng phân oxiquinolin dễ bị vỡ vòng cho các ion (M-O)+, (M-HO)+, (M-CO)+, (M-HCN)+ nhƣ sau:

-R

R CH2 N

CH2 N

-CH CH N m/e 141

R

-R

m/e 115 -HCN

N m/e 141

m/e 114

N

Quinolin  Ion phân tử 2-hiđroxi và 8-hiđroxiquinolin đều có khuynh hƣớng cắt nhóm CO :

-CO N

N

OH

m/e 117 H

2-Hi®roxiquinolin -CO N OH 8-Hi®roxiquinolin

N m/e 117 H

Mét sè vÝ dô vÒ ph¬ng ph¸p gi¶i phæ khèi lîng VÝ dô 1: X¸c ®Þnh c«ng thøc cÊu t¹o cña mét sè hîp chÊt cã c«ng thøc céng C7H8O: 100%

79 108 +

(M ) 107

(M-1)

77

50

91 105

(M-3) 0 60

80

100

120

m/e

Giải phổ: Lập bảng trừ số khối m/e

Ta nhËn thÊy r»ng trªn phæ xuÊt hiÖn c¸c sè khèi m/e=91, 79, 77, 65, ®iÒu nµy chøng tá cã vßng benzen g¾n víi nhãm CH2 trong ph©n tö: +

CH2

Giải phổ Tõ M+=108 chuyÓn vÒ m/e=91 c¾t ®i 17 tøc nhãm – OH do ®ã ph©n tö cã cÊu t¹o lµ: CH OH 2

H C O

m/e 106

CH2

+

OH

CH

m/e 108 (M+)

m/e 107 -OH

-H

+

-CH2OH C O+

CH2 +

m/e 91 m/e 105

m/e 77 -C2H2

m/e 65

OH

VÝ dô 2 X¸c ®Þnh c«ng thøc cÊu t¹o cña chÊt cã c«ng thøc céng C6H15N vµ phæ khèi lîng ë h×nh díi: 100%

44

M-CH3 86

50

M+101 0 40

60

80

100

m/e

Giải phổ

C6H15N

LËp b¶ng hiÖu sè m/e:

* Tõ m/e=101 vÒ 86 c¾t 15 lµ nhãm -CH3 * Tõ m/e=101 vÒ 58 c¾t 43 lµ nhãm -C3H7 * C«ng thøc tæng C6H15N = 101, c¾t C3H7 cßn C3H8N = 58 tøc nhãm C3H7-NH-, do ®ã c«ng thøc cña nã lµ C3H7-NH-C3H7.

Giải phổ Gi¶ thiÕt cã c¸c c«ng thøc cÊu t¹o sau: CH3 CH2 CH2 NH CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 NH CH CH3 CH3

CH NH CH

CH3

(1) (2)

CH3 CH3 CH3

(3)

Tõ c¸c sè liÖu phæ khèi ph©n biÖt ba c«ng thøc nµy rÊt khã, v× c¬ chÕ ph©n c¾t cña chóng ®Òu cã thÓ gi¶i thÝch ®îc tõ c¸c gi¸ trÞ m/e trªn phæ khèi lîng.

Giải phổ VÝ dô:

+

CH3 CH2 CH2 NH CH2 CH2 CH3

-15

+

CH3 CH2 CH2 NH CH2 CH2

m/e 101 (M+) +

-43

CH3 CH2 CH2 N +

m/e 86

H

CH3 CH2 CH NH2 m/e 58 CH2 H2N CH2 m/e 44

CH2 CH2

Giải phổ HoÆc cã thÓ:

H CH3 CH3

+

CH NH CH m/e 101 (M+)

CH3 CH3

-15

+

CH3

CH NH CH

CH2 CH3

m/e 86 -42

-43

+ +

H2N

C

m/e 58

CH3

CH3 CH NH2

CH3

m/e 44

V× vËy ®Ó kh¼ng ®Þnh c«ng thøc nµo lµ ®óng th× cÇn ph¶i kÕt hîp víi ph¬ng ph¸p phæ kh¸c (phæ hång ngo¹i hay phæ céng hëng tõ nh©n).

Phổ khối của nicotin

Cơ chế phá vỡ phân tử

- NCH 3

N N M

N m/e

CH3

-

133

H

162

N N m/e N CH3

m/e

84

CH3 161

Ví dụ: phổ khối của 4-piron  M= 96 100

96

O +

%B

O 69

O O 50

42

O

29 0 20

30

53

40

50

60

70

80

90

100

Giải phổ  Cơ chế phá vỡ phân tử 4-piron O

O -

O M

C2H3

O m /e

C3HO2 69

-

+

-

O

O

CO

m/e

C3HO

53

96

O m/e

C 2H 2O 42

Phổ khối của ancol amylic , M+•=88 %B

100

M-(H2O vµ CH2=CH2)

90

C H 3 (C H 2 ) 3

C H 2O H 31

80

+ CH2OH

70

M-(H2O vµ CH3)

60 50 40

M-H2O

30 20 10

M-1 0 20

30

40

50 m/e

60

70

80

90

Giải thích cơ chế M CH3(CH2)n M

CH2OH

M

(H2O

CH3 )

H 2O

88 M CH2OH

( H 2O

C 2H 4 )

Cơ chế phá vỡ phân tử  

CH3CH2CH2CH2CH2OH+. → M 88

CH3CH2CH2CH2• +

 

→

CH3CH2CH2CH2+ m/e 57

 

→

+CH2CH2CH=CH2

   

CH3CH2CH2CH2CH2OH+. → M 88 CH3CH2CH2CH=CH2+.

M 70

CH2=OH+ m/e 31

+

•CH2OH

+

•CH3

(F5) (F1)

+ H2O

m/e 55 CH3CH2CH2CH=CH2+ m/e 70 →

+

H2O

CH3CH=CH2+ + CH2=CH2 m/e 42

Phổ khối của hợp chất chứa C,H và halogen 75

100

%B

80

60

155

201

40

28

171

30 38

20

50

143 63 92

0 20

40

60

80

185

105 117 129

100

120

m/e

140

160

180

200

220

Phổ khối của hợp chất chứa C,H và N  Giải thích cấu tạo 72

100 90 80

30

%B

70 60 50

86

40

44

30

58

20 10

100

115

0 10

20

30

40

50

60m/e 70

80

90

100

110

120

Phổ khối của hợp chất chứa C,H và O  Giải thích cấu tạo 50

105 77

%B

40

30

51

20

10

28 39

65

126 139

0 20

40

60

80

100 m/e120

140

152

210 165 178

160

180

200

220

Phổ khối của hợp chất chứa C,H,O và S  Giải thích cấu tạo 20

91

15

%B

65

10

5

28

39

77 105 121124

51

152 140149 165

230

180

0 20

40

60

80

100

120

140

m/e

160

180

200

220

240

Phổ khối của hợp chất chứa C,H,O và halogen .  Giải thích cấu tạo 78

100 90 80

%B

70

88

60 50 40 30

39

104

52

20

166

10

131

63

139

0 50

m/e 100

150

Hợp chất dị vòng  Phổ khối của 7-etyl-2-propylbenzothiophen 100

%B

175(M-29)

80

S CH2CH3

CH2CH2CH3

60

+

204(M )

40

160

20

45

(M-15) 189

0 20

40

60

80 m/e 100

120

140

160

180

200

Giải thích cơ chế

CH 2

CH 2

m/e

189

m/e

175

CH 3

S CH 2

CH 3

M 204

m/e

160

Cơ chế phá vỡ phân tử CH 2

CH 2

CH 3

S CH 2

C 2H 5 S

CH 3

CH 2

M 204

CH 3 CH 3

CH 2 CH3

S

CH 2

S CH 2

CH 2

CH2 m/e

189

m/e

160

m/e

CH 3 175

SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)

MỤC TIÊU 1. Trình bày được nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).

2. Trình bày được nguyên tắc và ứng dụng của các kỹ thuật của HPLC: sắc ký phân bố, sắc ký hấp phụ, sắc ký trao đổi ion, sắc ký loại cỡ.

3. Mô tả và trình bày nguyên tắc, cấu tạo và ứng dụng của một số detector thường dùng trong máy HPLC.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

SẮC KÝ LỎNG Pha động Lỏng

Pha tĩnh - Rắn - Lỏng

High Performance Liquid Chromatography

Các bộ phận của máy HPLC

Bình chứa dung môi giải ly cột • Có 4 bình dung môi (đường dung môi) → rửa giải theo tỷ lệ

mong muốn • Bình được làm bằng chất liệu trơ, thường là bằng thủy tinh, có cái nắp bảo vệ, nắp có lỗ hở thông với khí trời.

• Ống dẫn dung môi từ bình vào ống sắc ký, có gắn một nút lọc bằng kim loại với mục đích lọc dung môi và giữ ống luôn ở dưới mặt thoáng của chất lỏng.

• Trước khi sử dụng, cần lọc (màng lọc 0,45µm) và đuổi khí hoà tan trong pha động, gọi là khử bọt khí (degassing: chạy siêu âm, sục khí trơ như heli...)

Dung môi dùng cho HPLC

• Tỉ lệ của mỗi dung môi trong hỗn hợp được điều khiển bằng hệ thống điều khiển.

• Có hai kiểu chương trình dung môi

Dung môi dùng cho HPLC Có hai kiểu sử dụng pha động trong việc giải ly: • Giải ly đơn nồng độ (đẳng dòng - isocratic elution) • Giải ly nồng độ tăng dần tuyến tính (gradient elution):

Dung môi dùng cho HPLC có thể là nước, các loại dung dịch đệm (pha trong nước), methanol, acetonitril hoặc hỗn hợp của các loại trên.

Dung môi dùng cho HPLC Lưu ý: • Tất cả dung môi phải có độ tinh khiết cao, đạt tiêu chuẩn HPLC (HPLC grade solvent), không có lẫn bụi bẩn và phải được khử không khí.

• Trước khi sử dụng, cần lọc (màng lọc 0,45µm) và khử khí (sục mạnh khí helium vào bình hoặc đặt bình đã được mở nắp vào một bồn siêu âm) • Nếu máy sử dụng đầu dò UV, dung môi sử dụng phải trong suốt đối với bước sóng mà đầu dò UV đang hoạt động để phát hiện mẫu chất.

Bơm cao áp • Áp suất cao lên đến 7000 psi (48,3 MPa) để bơm một dung môi (pha động) để xuyên ngang qua một pha tĩnh (được nhồi thật chặt bởi những hạt thật mịn) với một vận tốc không đổi, thường vào khoảng 0,5-4,0 ml/phút.

• Bơm được cấu tạo bằng chất liệu để chịu đựng được dung môi hữu cơ và các dung dịch đệm.

Cột sắc ký, cột bảo vệ • Thép không gỉ, thủy tinh hoặc chất dẻo • Cột nhồi thường: dài 10-30 cm, đường

kính trong 4-10 mm, cỡ hạt 5 hoặc 10 um. Số đĩa lý thuyết dao động 40000 đến 60000/m.

• Microcolumn: dài 3-7,5 cm, đường kính trong 1-2 mm, cỡ hạt 3 hoặc 5 pm. Có trị số N đến 100000 đĩa/m. Ưu điểm nổi

bật của chúng là chạy sắc ký tốn ít dung môi và ít thời gian.

Cột sắc ký, cột bảo vệ • Chất nhồi: chế tạo từ silica (silic dioxyd) • Ngoài ra, còn có các chất nhồi khác như nhôm oxyd, polyme xốp, nhựa trao đổi ion... tuỳ thuộc vào loại hình sắc ký.

• Trước khi pha động đi vào cột phân tích, nó phải được cho

đi ngang qua một cột bảo vệ (guard column), sử dụng để lọc bỏ những tạp chất còn sót lại.

• Cột bảo vệ ngắn hơn cột sắc ký, được nhồi hạt cùng loại nhưng kích thước hạt lớn hơn. Cột bảo vệ không đắt tiền nên cần được thay mới thường xuyên.

Cột sắc ký, cột bảo vệ • Trong sắc ký lỏng, vận hành thiết bị thường ở nhiệt độ phòng không cần điều nhiệt cột.

• 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

Bộ phận tiêm mẫu • Ống chứa mẫu (sample loop), là van có hai cổng, giúp định

hướng dòng chảy của pha động chỉ có thể đi trên một trong hai con đường khác nhau.

Bộ phận tiêm mẫu • Mẫu khảo sát (ở áp suất thường) được tiêm vào máy nhờ một kim tiêm. Gạt van theo chiều quy định, ống chứa mẫu

được nối thông vào bên trong máy, pha động lỏng thổi ngang qua đoạn ống chứa mẫu, cuốn hết các chất mẫu nằm trong ống đi vào trong máy.

• Khi máy đang hoạt động đều, pha động lỏng đi xuyên ngang qua cột sắc ký nhờ một máy bơm tạo áp suất cao.

• Khi con đường này hoạt động thì đường kia thông ra không

khí bên ngoài máy, được khí thổi sạch để sẵn sàng chứa một mẫu mới cho lần phân tích sau.

Đầu dò (Detector) • Đầu dò theo dõi dòng chảy của dung môi giải ly cột để biết khi nào thì các hợp chất đi ra khỏi cột.

• Mỗi loại đầu dò có một nguyên tắc hoạt động khác nhau,

đều nhằm đạt đến mục đích cuối cùng bằng một tín hiệu điện tử và tín hiệu này phải tỉ lệ với một số tính chất của chất phân tích, thí dụ mức hấp thu UV, chỉ số khúc xạ...

• Mức độ đáp ứng của đầu dò phải tỉ lệ với số lượng của mỗi chất phân tích hiện diện trong hỗn hợp mẫu phân tích.

• Lựa chọn loại đầu dò tùy loại hợp chất muốn phân tích và các hợp chất đó có các đặc trưng hoá học nào.

Đầu dò (Detector)

Một đầu dò HPLC lý tưởng đạt một số tiêu chuẩn: • Độ bền cao. Không làm hư hại mẫu phân tích • Có độ nhạy cao và cho kết quả có tính lặp lại • Cho đáp ứng tương đồng đối với những chất phân tích có cấu trúc hoá học tương đồng • Không thay đổi khi có sự thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất • Có thời gian đáp ứng ngắn, độc lập với vận tốc của dòng chảy của dung môi giải ly.

• Dễ sử dụng.

Không có một loại đầu dò nào thoả mản hết các yêu cầu Đầu dò khối phổ và đầu dò điện hoá

Đầu dò (Detector)

Các loại đầu dò HPLC: • Đầu dò theo dõi một tính chất hóa học đặc trưng của các chất phân tích mà dung môi giải ly không có. Các tính chất đó là: sự hấp thu UV (ultraviolet absorbance), hiện tượng huỳnh quang (fluorescence).

• Đầu dò theo dõi sự hiện diện một khối vật chất trong dung môi giải ly, khối vật chất đó chính là hợp chất phân tích: chỉ số khúc xạ (refractive index), hằng số điện môi (dielectric constant).

• Đầu dò kết hợp: tại thời điểm phát hiện, một lượng dung môi có chứa mẫu được loại bỏ bớt: phương pháp ion hóa ngọn lửa (FID) hoặc bằng khối phổ (Masse spectroscopy).

PHÂN LOẠI DỰA VÀO BẢN CHẤT TƯƠNG TÁC •

Sắc ký phân bố (partition chromatography)

•

Sắc ký hấp phụ hoặc lỏng-rắn (adsorption or liquid-solid

chromatography) •

Sắc ký trao đổi ion (ion exchange chromatography)

•

Sắc ký loại trừ kích thước (size exclusion chromatography) VD: nguyên lý sắc ký trao đổi ion (acide amine) pH2

SO3

-

+

Na

H3N

+

COOH

Ion-exchange Resin

SO3

-

H3 N Na

+

+ -

COO

pH4.5

Sắc ký loại trừ kích thước

PHÂN LOẠI DỰA VÀO BẢN CHẤT TƯƠNG TÁC Loại cột

Tính chất của hợp chất có thể phân tích

Cột pha thường, pha đảo, pha tạo nối

- Có trọng lượng phân tử nhỏ (<2000).

- Không có mang điện tích.

- Có thể có tính phân cực hoặc không.

- Có thể hòa tan trong dung môi hữu cơ hoặc nước.

- Có trọng lượng phân tử nhỏ (<2000).

- Phân tử có mang điện tích.

- Loại hợp chất hòa tan trong nước.

- Có trọng lượng phân tử nhỏ hoặc lớn.

- Không có mang điện tích.

- Có thể hòa tan trong dung môi hữu cơ hoặc nước.

Cột trao đổi ion

Cột sắc ký gel

Sắc ký phân bố hiệu năng cao Có thể phân thành hai dạng tuỳ thuộc vào pha tĩnh: • Sắc ký lỏng – lỏng: Pha tĩnh là lớp chất lỏng bao quanh các hạt chất mang rắn, đó là chất nhồi cột. Quá trình lưu giữ

chất phân tích liên quan đến sự phân bố giữa 2 pha lỏng.

• Sắc ký pha liên kết (Bonded-phase chromatography - BPC): Ở đây, pha tĩnh có liên kết hóa học với bề mặt chất mang rắn (silica, alumina...).

• Sắc ký pha liên kết chiếm ưu thế dần thay thế cho sắc ký lỏng - lỏng.

Sắc ký phân bố hiệu năng cao Pha tĩnh • Loại pha tĩnh phổ biến nhất được chế tạo từ silic dioxyd (silica). Nhóm OH trên bề mặt hạt silica phản ứng với dẫn

chất clorosilan tạo ra dẫn chất siloxan.

• Ở đây R có thể là mạch thẳng có 18 hoặc 8 carbon hoặc các nhóm chức hữu cơ khác như amin mạch thẳng, nitril, hydrocarbon thơm. Tính chất phân cực của pha tĩnh thay đổi tuỳ thuộc vào gốc R. Dựa vào gốc R này người ta phân ra hai nhóm: Pha tĩnh phân cực và pha tĩnh không phân cực

Pha tĩnh-Pha đảo

Pha tĩnh bình thường của LC

(Stationary Phases for Reversed-Phase LC)

(Stationary Phases for Normal LC)

 Gốc R là C8 (n-octyl), C12 (n-octyl) hoặc C18 (n-octyldecyl).  Pha động là H2O + dung môi hòa tan (acetonitrile, methanol, ethanol, isopropanol)  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

Sắc ký phân bố hiệu năng cao Chon pha tĩnh và pha động Ba thành phần tương tác với nhau: pha tĩnh, pha động và chất phân tích.

Cần chọn điều kiện để cân bằng lực tương tác giữa ba thành phần này. Độ phân cực của các thành phần là chỉ tiêu mô tả định tính lực tương tác.

• Với pha tĩnh: Dựa vào nhóm thế R của dẫn chất siloxan.

• Với pha động: Dựa vào trị số P’ • Với chất phân tích: Dựa vào nhóm chức.

Sắc ký phân bố hiệu năng cao Chọn pha tĩnh và pha động Để tách sắc ký ngưòi ta có thể lựa chọn theo một trong 2 nguyên tăc sau:

• Độ phân cực của chất phân tích hợp (matching) với độ phân cực của pha tĩnh và khác xa độ phân cực của pha động.

• Độ phân cực của chất phân tích hợp với độ phân cực của pha động và khác nhiều với độ phân cực của pha tĩnh.

Chọn theo nguyên tắc 1 có xác suất thành công nhiều hơn.

Còn theo nguyên tắc 2 thì pha tĩnh khó cạnh tranh các chất phân tích với pha động nên thời gian lưu quá ngắn.

Sắc ký hấp phụ hiệu năng cao Nguyên tắc • Sắc ký hấp phụ là quá trình hấp phụ của chất phân tích trên bề mặt chất rắn.

• Pha tĩnh là chất rắn phân cực.

• Chất phân tích tranh chấp với pha động ở các vị trí hấp phụ trên bề mặt pha tĩnh.

• Lưu giữ chất phân tích là do lực hấp phụ.

Sắc ký hấp phụ hiệu năng cao Pha tĩnh: • Silica: Trên bề mặt có nhóm silanol ở dạng tự do (có ái lực hấp

phụ mạnh nhất). Ngoài ra còn ở dạng liên kết giữa các nhóm hoặc với phân tử nước. Ưu điểm: hấp phụ mạnh, dùng được cho nhiều trường hợp, nhược điểm: ổn định chỉ trong khoảng pH hẹp (2 - 8).

• Alumina: có độ ổn định pH rộng hơn (2 - 12). Sau khi xử lý kiềm có thể dùng alumina tách các base hữu cơ (anilin, pyridín và dẫn chất của chúng).

• Titan oxyd và zirconi oxyd ở dạng oxyd base không tan trong môi trường kiềm. Ổn định trong môi trường acid đến pH=1. Chất phân tích có tính base được lưu giữ trên pha tĩnh titan oxyd hoặc zirconi oxyd có thể rửa giải với hỗn hợp nước bão hòa dicloromethan.

Sắc ký hấp phụ hiệu năng cao Pha động: • Ảnh hưỏng rõ rệt đến hệ số phân bố của chất phân tích.

• Để rửa giải các chất đã bị hấp phụ, ngươi ta dùng pha động

có sức rửa giải (eluent strength) khác nhau.

• Trị số εo càng lớn, sức rửa giải càng mạnh.

• Nếu pha động gồm nhiều dung môi, dựa vào phân số mol của từng dung môi để tính tri so εo của hệ.

Sắc ký hấp phụ hiệu năng cao Ứng dụng: Các chất phân tích có khối lượng phân tử dưới 5 000, ít tan trong nước hoặc trong hỗn hợp nước - dung môi hữu cơ không

thích hợp với sắc ký pha đảo. Người ta cần dùng sắc ký pha thuận, đặc biệt là sắc ký hấp phụ để tách hỗn hợp các chất này.

• Sắc ký hấp phụ có thế mạnh trong việc tách các đồng phân vị trí các hợp chất hữu cơ.

• Ngoài ra sắc ký hấp phụ còn được ứng dụng nhiều trong phân tích các chế phẩm dầu mỏ, thực phẩm, dược phẩm

Sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao Nguyên tắc: • Dựa vào lực hút của ion chất tan và vị trí mang điện tích trên pha tĩnh.

• Chất trao đổi anion có nhóm mang điện tích dương trên pha tĩnh hút anion chất tan.

• Chất trao đổi cation có nhóm mang điện tích âm sẽ hút cation chất tan.

• Chất trao đổi anion và chất trao đổi cation là polymer không tan trong nước mang các nhóm trao đổi ion được gọi là chất trao đổi ion (ion exchangers) hoặc nhựa trao đổi ion (ion exchange resins).

Sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao Ứng dụng: • Chất phân tích ion được đưa vào đầu cột đã nhồi nhựa trao đổi ion thích hợp. Rửa giải được thực hiện bằng một dung

dịch có ion đủ sức đẩy ion phân tích đang bị lưu giữ ra khỏi bể mặt nhựa.

• Kỹ thuật sắc ký này có thể áp dụng tách các ion vô cơ và hữu cơ

Sắc ký lỏng hiệu năng cao trên gel Nguyên tắc: • Dựa vào kích thước phân tử. Vì vậy còn có tên gọi chung là sắc ký loại cỡ (SEC: size exclusion chromatography) hoặc

sắc

ký

loại

phân

tử

(MEC:

molecular

exclusion

chromatography).

Pha tĩnh là gel polysaccharid, polyacrylamid thường được dùng phổ biến để xác định sự phân bố khối lượng phân tử của polymer.

Sắc ký lỏng hiệu năng cao trên gel Ứng dụng: Lọc gel được dùng chủ yếu để tách các chất có khối lượng phân tử M rất khác nhau.

Với mỗi pha tĩnh có sự phụ thuộc tuyến tính giữa lgM và thể tích lưu VR trong một khoảng nhất định.

Có thể đánh giá M của chất phân tích bằng cách so sánh thể tích lưu của nó với thể tích lưu của chất chuẩn.

• Hiện nay phương pháp HPLC được áp dụng rất

lớn trong nhiều nghành kiểm nghiệm đặc biệt là ứng dụng cho nghành kiểm nghiệm Thuốc • Là công cụ đắc lực trong phân tích các thuốc đa

thành phần cho phép định tính và định lượng

So sánh HPLC và GC (Comparison of HPLC and GLC) Các đặc điểm chung:  Hiệu quả, độ chọn lọc cao, ứng dụng rộng rãi  Thể tích mẫu nhỏ  Có thể không phá hủy mẫu (nondestructive of sample)  Định lượng dễ dàng Ưu điểm của HPLC • Áp dụng được với các mẫu

Ưu điểm của GC • Thiết bị đơn giản và rẻ

không bay hơi và không

•

Nhanh chóng

bền nhiệt

•

Dễ dàng kết nối với phổ

• Áp dụng được cho các ion

vô cơ

khối

GC - HPLC

Pha động

GC

HPLC

Khí

Lỏng

Tính chất mẫu Mẫu cần phải có tính bay hơi, Không giới hạn bền nhiệt Cơ chế tách

Áp suất hơi của các cấu tử Tương tác của các cấu tử trong hỗn hợp

Lực duy trì dòng chảy pha động

Bơm áp lực

Máy nén tạo hơi áp suất cao

Bộ phân đưa mẫu vào máy

Áp suất hơi của các cấu tử trong hỗn hợp

Áp suất hơi của các cấu tử trong hỡn hợp

Đầu dò

Được thiết kế riêng vì pha động thể khí

Nhiệt độ hoạt Bộ phân tiêm mẫu, cột, đầu dò Nhiệt độ phòng động của máy phải được nung nóng

Thanks for your listening