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

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

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

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.

- 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)

các hợp chất có chứa các nhóm chức hoặc đa liên kết (đôi hoặc ba) thì khả
năng các điện tử sẽ tăng hẳn lên. Đặc biệt là nếu trong phân tử của hợp chất
này có chứa các nguyên tử halogen (Cl, Br….) Bởi vậy, độ nhạy phát hiện
của detector ECD rất đặc thù cho các nhóm chức và có thể dao động trong
phạm vi khá rộng (1-10
6
)
Bộ phận chính của detector ECD là một buồng ion. Tại đây diễn ra quá trình
ion hóa, bắt giữa điện tử và tái kết hợp.
M: là phân tử khí mang, EC: và phân tử của chất có khả năng bắt giữ điện tử.
Cũng chính vì khả năng bắt giữ điện tử (electron-capture) mà detector còn
được gọi là detector bắt giữ điện tử.
* Quá trình ion hóa: một nguồn tia phóng xạ được lắp sẵn trong detector, phát
ra một chùm tia β
-
với tốc độ 10
8
-10
9
hạt/s. Các hạt β
-
này sẽ ion hóa phân tử
khí mang (M) tạo ra các ion dương của phân tử khí mang và điện tử tự do sơ
cấp (e
-
). So với các điện tử của chùm tia β
-
các điện tử tự do này chậm hơn
hẳn. Chúng được gia tốc nhờ một điện trường và được chuyển dịch về phía
anôt. Tại đây chúng bị lấymất điện tích và qua đó cho dòng điện nền của

Lớp cách điện
ống hình trụ
Vỏ detector
Tay đòn
Kẹp lớn
Đầu nhận xung từ buồng detector
Nhưng để độ nhạy cao, phải dùng khí Ar (giá trị cao), vì N
2
có độ liên kết khá
bền nên khó tạo điện tử thứ cấp.
1.4Detector phát xạ nguyên tử (atomic-emission detector):
Một trong những bổ sung mới nhất cho máy sắc kí khí là detector phát xạ
nguyên tử (AED). Detector này khá đắt tiền so với detector GC nhưng nó có
thế mạnh không thể thay thế được. Thật vậy, thay vì đo đơn giản pha khí
cung cấp ( chứa cacbon) để tạo ra các ion trong ngọn lửa bằng detector ion
hóa ngọn lửa. AED có thể thay đổi nền hiện tại vì sự bắt phần tử không phải
điện tử của những điện tử nhiệt với electron bắt điện tử. AED có nhiều tính
khó dùng hơn bởi vì nó dựa vào sự dò tìm của những phát xạ nguyên tử.
Đây là loại hiện đại. Cấu tử ra khỏi cột được đưa qua trường plasma (tạo bởi
heli) có năng lượng của bức xạ vùng vi sóng. Cấu tử mẫu nhận năng lượng, bị
nguyên tử hóa và nguyên tử bị kích thích, do đó chúng có khả năng phát xạ.
Cường độ phát xạ được ghi nhận và chuyển thành mũi sắc kí.
Đặc điểm:
Độ nhạy rất cao, thời gian phát xạ tính hiệu nhỏ.
Đặc biệt máy có thể ghi nhận đồng thời nhiều cấc tử.
Tuy nhiên chi phí phân tích rất cao vì phải dùng khí heli.
Thế mạnh của detector AED là nó có khả năng xác định những phát xạ
nguyên tử của nhiều phân tử trong một phép phân tích Elute từ cột mao quản
GC. Khi Elute ra khỏi cột mao quản, chúng được đưa vào trong một trường
plasma (hoặc sự phóng điện) nơi mà cấu tử mẫu nhận năng lượng và bị kích

giữa gọn lửa và ống phổ trắc quang (PMT) để phân tách vùng tỏa năng lượng.
Việc cần xem lại ở đây là phễu lọc phải được chuyển đổi giữa vùng chạy của
biểu đồ cromate nếu hỗn hợp khác của chúng có thể được đò.
Khí mang thóat từ cột được trôn với hydro và đi tới cuối ống. dòng không khí
theo một đường khác và được trộn với hổn hợp Hydro – khí mang tại ống tạo ra
ngọn lửa hydro. Khi mẫu cuốn theo khí mang, được đốt cháy bằng ngọn lửa
hydro trong ống phát ra ánh sáng ở bước sóng nào đó. Ánh sáng phát ra bởi ngọn
lửa hydro đi qua ống thạch anh để tránh cho bộ lọc quang và bộ nhân quang khỏi
bị nhiễm bẩn bởi hơi và sản phẩm đốt cháy và đi đến bộ lọc quang. Bộ lọc cản
chỉ cho ánh sáng có độ dài sóng đặc thù đi qua. Bộ lọc kiểu S 394nm được dùng
để phát hiện các hợp chất chứa lưu hùynh và loại P 526nm dùng cho hợp chất
chứa photpho.
Nếu những hợp chấc chứa lưu hùynh hoặc photpho có trong khí mẫu, chúng
được đốt cháy trong ống, phát ra ánh sáng 394nm hoặc 526nm tương ứng.
Chỉ có ánh sáng có độ dài sóng này mới qua được bộ lọc cản và bộ nhân
quang. Cường độ của ánh sáng được chuyển thành tính hiệu thông qua bộ
nhân quang. Tín hiệu này được khuếch đại trong điện kế và chuyển qua bộ xử
lý số liệu.
1.6Detector quang hóa ion (photoionization detector):
Vỏ bọc cách ly
chắn tia UV
Cung cấp
điện
Cửa trong suốt cho UV
đi qua
Khí hoặc máy dò kết nối có
thể tích nhỏ
Buồng gia
nhiệt sự ion
hóa

kích thích các electron lên mức năng lượng cao hơn, nhờ những chấn động và
tình trạng xoay vòng (từ đó chúng bị phá hủy trạng thái này bằng sự phát xạ
chứ không đơn giản như ánh sáng phát từ ngọn đèn hay tia laze.
1.8 Detector Nitơ-photpho NPD:
Detector NPD còn gọi là detector ion hóa ngọn lửa sử dụng muối kiềm hay
detector nhiệt ion (AFID-Alkali flame ionization detector ), detector ion hóa
nhiệt ngọn lửa (FTD- flame thermionic detector) detector này cho độ nhạy
cao khi phân tích các hợp chất có chứa nitơ-photpho, phụ thuộc vào điều kiện
phân tích nó tỏ ra rất hữu hiệu trong việc phân tích các dược phẩm, dư lượng
của các hợp chất cacbamat và photphat sử dụng trong nông nghiệp và phân
tích lượng vết các hợp chất chứa nitơ và photpho như nitrosamin,
trimetylamin, acrylomitricl trong các chất tổng hợp nhân tạo.
Mặt dù cơ chế phản ứng chính xác của detector này vẫn chưa được hiểu một
cách đầy đủ nhưng có thể đưa ra một cơ chế phản ứng chấp nhận được như
sau:
Các hợp chât chứa nitơ đi ra từ cột sắc ký trở thành gốc CN
*
. Sau khi phân
hủy nhiệt trên bề mặt kim loại kiềm nung đỏ gốc CN
*
kết hợp với các electron
thóat ra từ bề mặt kiêm lọai kiềm nung đỏ (Rb) và trở thành ion CN
-
. Các ion
này kết hợp với các nguyên tử hyro. Trong khi đó nguồn kiêm lọai kiềm (Rb)
trở thành cation sau khi giải thóat các electron, tạo ra một dòng tập hợp và
chuyển thànhtín hiệu.
Trong Detector ( NPD-17) nguồn ion là một kim lọai kiềm được phủ lên một
dây palatin dạng xoắn ốc. nguồn này được nối với dòng Ac để nung nóng sợi
palatin.

phân chia điện tích trong pha động xảy ra, sự biến đổi tính dẫn điện của pha động
xảy ra, tách rời các cấu tử trong mẫu (các cấu tử mang điện tích dương sẽ bị kéo
về cực âm và ngược lai). Các kết quả trên sẽ được khuyếch đại, liên tục được ghi
nhận lại.
Đầu dò độ dẫn điện được sử dụng rộng rãi chủ yếu trong sắc ký trao đổi ion
(cation và anion). Nhưng nói chung nó chỉ đựoc dùng trong những trường
hợp đặc biệt.
2.2 The refractive index detector : đầu dò chiết suất RI
Nguyên tắc hoạt động:
Principles
Đầu dò chiết suất RI là một đầu dò được sử dụng trong sắc ký lỏng cao áp.
Nguyên tắc làm việc,của đầu dò chiết suất liên quan đến sự thay đổi chỉ số chiết
suất khi các cấu tử mẫu sau khi đi qua cột sắc ký
Sự khác biệt lớn về chỉ số chiết suất giữa mẫu và pha động càng lớn càng tạo ra
một sự mất cân bằng lớn. Do đó, tính nhạy của đầu dò sẽ cao hơn nếu có sự cách
Cấu tạo: CONDUCTIVITY DETECTOR
biệt về chỉ số chiết suất giữa mẫu và pha động. Mặt khác, trong một hỗn hợp
phức tạp, các thành phần trong mẫu có thể được bao phủ bởi một dải rộng của giá
trị chỉ số khúc xạ và trong một vài trường hợp có thể gần với tính chất pha động,
kết quả có được từ detector không rõ ràng,
Đầu dò chiết suất RI là một dụng cụ đòi hỏi có độ chính xác cao, bất cứ sự thay
đổi nào trong thành phần của các cấu tử cần tách cũng đòi hỏi sự tái lặp cân bằng
của đầu dò. Đây là một trong những hạn chế của đầu dò chiết suất RI. Trong việc
ứng dụng đầu dò vào việc phân tích đòi hỏi gradient của sự giải hấp, nơi mà các
thành phần của pha động thay đổi trong suốt quá trình phân tích ảnh hưởng đến
quá trình tách.
Biểu đồ thể hiện cách hoạt động của Đầu dò chiết suất RI được thể hiện theo
hình sau:
Cho kết quả nhay, chính xác.
Ít nhạy cảm với bụi và các bọt khí trong cấu tử mẫu.

Đầu dò UV có bước sóng thay đổi sử dụng ánh sáng đơn sắc
( cho ánh sáng đi qua khe và tấm cách )
Để chọn 1 bước sóng ánh sáng đi qua mẫu
Đầu dò UV có bước sóng thay đổi sử dụng ánh sáng đơn sắc
( cho ánh sáng đi qua khe và tấm cách )
Để chọn 1 bước sóng ánh sáng đi qua mẫu
3. Các thông số quan trọng của detector:
Phân tích định tính trong sắc ký khí chỉ cần pic không bị biến dạng nhiều
nhằm xác định chính xác đỉnh pic, còn trong phân tích định lượng thì yêu cầu đạt
cao hơn như độ lặp lại, độ so sánh, độ chính xác. Để đáp ứng được các yêu cầu
đó, cần phải đảm bảo sự ổn định đủ lớn các thông số detector: dòng điện nuôi
mạch cầu, nhiệt độ trong detector, tỷ lệ giữ khí đốt và khí mang cũng như thế
phân cực khi dùng detector FID.
Sự đáp ứng (độ nhạy thích ứng phụ thuộc vào chất) của một detector không
được phụ thuộc qua về mặt kĩ thuật. Và điều quan trọng hơn cả đối với phân tích
định lượng là độ tuyến tính của detector.
Để nhận biết và xác định lượng vết thì sự “nhạy cảm” của detector là quyết
định.
• Thể tích chết của detector: thể tích của loại detector nhạy cảm với
nồng độ (TCD) trước hết phải được chứa đầy bởi hỗn hợp khí
mang và mẫu, tức là trước khi xuất hiện cực đại của pic, được gọi
là thể tích chết của detector. Nói cách khác, lẽ ra sau khi các cấu tử
ra khỏi cột phải được chuyển ngay thành tính hiệu nhưng chúng
phải được lắp đầy thể tích của chính bản thân detector rồi mới được
phát hiện.