DIỄN ĐÀN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Xin chào! Chào mừng bạn ghé thăm diễn đàn của chúng tôi!

Nếu đây là lần đầu bạn ghé thăm diễn đàn, hãy đăng kí thành viên để có thể post bài, trả lời bài viết, download tài liệu miễn phí và những quyền lợi khác...

Nếu bạn đã là thành viên của diễn đàn, vui lòng đăng nhập bên dưới!

Chúc bạn vui vẻ!

Ban Quản Trị


DIỄN ĐÀN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
 
IndexTìm kiếmThành viênĐăng kýĐăng Nhập
Chào mừng các bạn ghé thăm Diễn đàn Công nghệ Hóa học K35

Share|
Tiêuđề

Ứng dụng sắc ký khí

Xem chủ đề cũ hơn Xem chủ đề mới hơn Go down
Tác giảThông điệp
wasson-ece

Thành viên
Status:
Gender : Nam
Post Number : 3
Points : 9000
Bonus (+) : 0
Join Date : 27/11/2014
Age : 30
From : Hồ Chí Minh
Bài gửiTiêu đề: Ứng dụng sắc ký khí 27/11/2014, 3:41 pm

http://www.wasson-ece.com
Xin chào mọi người, mình rất hân hạnh được tham gia chia sẻ thảo luận với các bạn về các vấn đề hóa học ứng dụng, đặc biệt là lĩnh vực mình đang công tác tại công ty Wasson-ECE (ứng dụng phương pháp sắc ký khí trong phân tích dầu khí).

Wasson-ECE là đối tác của Agilent Technologies và là thương hiệu quốc tế có trụ sở tại Mỹ chuyên cung cấp các sản phẩm máy sắc ký theo từng nhu cầu thực tế của khách hàng.

Sau đây mình xin được chia sẽ một số kiến thức cũng như ứng dụng khá mới ở Việt Nam. Rất vui nhận được góp ý và chia sẽ của các bạn.

Như chúng ta đã biết thì kỹ thuật sắc ký khí đã được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ở đây mình chỉ xin đưa ra các ví dụ cụ thể trong lĩnh vực mình đang công tác là dầu khí tuy nhiên những chia sẽ này hoàn toàn có thể được ứng dụng ở các lĩnh vực khác.

1.1. Ứng dụng để tiêm mẫu

1.1.1. Cách tiêm mẫu thông thường ? Sai số ? Khả năng tự động hóa ?

Phương pháp tiêm mẫu phổ biến nhất trong sắc ký khí là sử dụng kim tiêm (1-10 µL) để tiêm một thể tích dung dịch lỏng vào bộ phận hóa hơi trên máy sắc ký. Cách tiêm này cho kết quả khá chính xác (sai số khoảng 5% đối với kim tiêm từ Agilent) đối với các mẫu lỏng như nước hoặc dung môi. Tuy nhiên khi sử dụng kim tiêm cho các mẫu khí đòi hỏi kim tiêm có thể tích lớn hơn (0.5-5 mL) và dễ dẫn đến sai số. Ngoài ra việc sử dụng kim tiêm cho mẫu khí phải được thực hiện một cách "tay chân", không tự động hóa được.

1.1.2. Cách khắc phục sai số trên ?

Do đó một đoạn ống nhỏ và ngắn (sample loop, đường kính 1/16 inch và thể tích từ 0.5-5 mL) được sử dụng để thay thế kim tiêm. Thể tích của sample loop này là cố định nên sẽ loại bỏ được sai số gây ra do thể tích tiêm mẫu khác nhau khi sử dụng kim tiêm. Ngoài ra chất liệu tạo nên sample loop cũng có thể thay đổi để phù hợp với từng loại mẫu khác nhau. Chẳng hạn khi phân tích các hợp chất hydrocarbon thì thép không gỉ (stainless steel) là rất phù hợp, tuy nhiên khi phân tích các hợp chất chứa lưu huỳnh thì fused silica steel lại là lựa chọn vì thép không gỉ sẽ hấp phụ các hợp chất chứa lưu huỳnh và gây mất mẫu.

1.1.3. Khả năng tự động hóa ?

Bên cạnh đó, một thiết bị van 2 chiều (rotary valve) giúp tự động hóa việc tiêm mẫu bằng cách sử dụng sample loop sẽ được gắn vào máy sắc ký. Bài viết này xin gói gọn trong việc giải thích cách thức hoạt động của van 2 chiều và ứng dụng trong cách tiêm mẫu. Các ứng dụng khác sẽ được giới thiệu trong các bài sau. Thông thường hai loại van 2 chiều được sử dụng trong tiêm mẫu khí là van 6 cổng (hình 3) và van 10 cổng (hình 4). Ứng dụng của hai loại van này là rất khác nhau nhưng cách thức hoạt động là rất giống nhau. Một hệ thống van 2 chiều bao gồm 4 bộ phận cơ bản: van chuyển khí (air switch), bộ phận xoay (air actuator), bộ phận truyền động (valve shaft) và van chính (valve head) như hình 1.

1.1.4. Cấu tạo van 2 chiều ?

Van chuyển khí (air switch) và bộ phận xoay (air actuator) hoạt động như hình 2. Không khí hoặc khí nitơ là hai loại khí thường được sử dụng nhất do chi phí rẻ và an toàn được nối vào air switch (thường thì chỉ đầu IN được nối còn đầu OUT thì để không). Tùy theo vị trí "ON" hoặc "OFF" (điều khiển bằng dòng điện 24 VDC - 1 A đối với máy sắc ký Agilent) mà dòng khí đi vào vị trí trên hoặc dưới của bộ phận xoay (air actuator). Dòng khí này sẽ đẩy tấm lót (hình 1, bên phải phía dưới) bên trong air actuator đi lên hoặc xuống. Khi tấm lót di chuyển nó sẽ làm xoay ống trục bên trong ngược chiều hoặc theo chiều kim đồng hồ theo một góc nhất định. Giá trị góc này xác định loại van 2 chiều như sau:

90o: van 4 cổng (360o chia 4), ký hiệu A90 trên air actuator
60o: van 6 cổng (360o chia 6), ký hiệu A60 trên air actuator
36o: van 10 cổng (360o chia 10), ký hiệu A36 trên air actuator

Xin lưu ý là bên trong air actuator có một miếng đệm cao su (O-ring) để tránh cho khí bị xì từ đầu IN qua đầu OUT. Tuy nhiên theo thời gian thì air switch và air actuator cũng sẽ bị xì, xin chia sẽ cách rất đơn giản để xác định bộ phận bị xì như sau: dùng một cái kiềm mỏ nhọn và kẹp vào một trong hai ống dẫn khí nối từ air switch đến air actuator. Nếu tiếng xì mất thì có nghĩa air actuator đang bị xì, nếu tiếng xì vẫn còn thì chính air switch đang bị xì.

Khi ống trục xoay, 60o chẳng hạn, thì sẽ truyền động cho valve shaft cũng quay một góc tương ứng (60o). Khi valve shaft quay sẽ làm cho rotor bên trong valve head quay theo (60o). Thông thường có 3 loại rotor tùy theo vật liệu polymer được sử dụng có ký hiệu như sau:
Loại "P": sử dụng cho khoảng nhiệt độ từ 0-180oC.
Loại "E": sử dụng cho khoảng nhiệt độ từ 0-240oC.
Loại "T": sử dụng cho khoảng nhiệt độ từ 100-350oC.

Trên bề mặt rotor được khắc các rãnh. Van 4 cổng sẽ có 2 rãnh, van 6 cổng có 3 rãnh và van 10 cổng có 5 rãnh. Ở mỗi góc của từng rãnh thì có 1 trôn óc nối ra bề mặt ngoài của valve head. Từ đây các ống dẫn khí có đường kính 1/16 inch sẽ được nối vào (hình 3 và 4).
Đối với air actuator, áp suất của khí tối ưu là 55-60 psi. Nếu áp suất quá nhỏ thì tốc độ chuyển qua lại vị trí ON và OFF của rotor là quá chậm, ảnh hưởng đến sắc ký đồ. Nếu áp suất quá lớn có thể gây ra xung áp suất ảnh hưởng đến đường nền, đặc biệt là các máy sắc ký sử dụng đầu dò nhạy với tốc độ dòng khí mang như TCD. Ngoài ra lực quay quá mạnh còn dễ làm gãy thanh chắn được thiết kế trong valve head để tránh góc quay vượt quá giá trị mong muốn.

Việc tự động hóa được thực hiện khá đơn giản với thiết kế này. Hiện nay hầu hết các máy sắc ký khí đều có khả năng cung cấp dòng điện theo lập trình thời gian (synchronization). Tại thời điểm lập trình, máy sẽ phát ra dòng điện (24 VDC-1A, Agilent) vào air switch và làm xoay van. Như trong hình 3 hoặc hình 4, chỉ việc lập trình như sau:

V1 ON 0.01 minute (tiêm mẫu)
V1 OFF 0.1 minute (trả lại vị trí ban đầu của van)

Mình xin dừng bài viết này tại đây. Hy vọng nhận được phản hồi và chia sẽ của các bạn. Mình có thể chia sẽ thêm các ứng dụng khác trong các bài sau nếu các bạn quan tâm.
Xin cảm ơn đã theo dõi.

PS: Các bạn vui lòng tải hình minh họa từ đường link sau
[You must be registered and logged in to see this link.]

Về Đầu Trang Go down

Nona

Admin
Status:
Gender : Nam
Post Number : 122
Points : 915016
Bonus (+) : 202006
Join Date : 02/10/2011
Age : 25
From : Tp. HCM
Bài gửiTiêu đề: Re: Ứng dụng sắc ký khí 4/12/2014, 10:01 am

wasson-ece đã viết:
Xin chào mọi người, mình rất hân hạnh được tham gia chia sẻ thảo luận với các bạn về các vấn đề hóa học ứng dụng, đặc biệt là lĩnh vực mình đang công tác tại công ty Wasson-ECE (ứng dụng phương pháp sắc ký khí trong phân tích dầu khí).

Wasson-ECE là đối tác của Agilent Technologies và là thương hiệu quốc tế có trụ sở tại Mỹ chuyên cung cấp các sản phẩm máy sắc ký theo từng nhu cầu thực tế của khách hàng.

Sau đây mình xin được chia sẽ một số kiến thức cũng như ứng dụng khá mới ở Việt Nam. Rất vui nhận được góp ý và chia sẽ của các bạn.

Như chúng ta đã biết thì kỹ thuật sắc ký khí đã được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ở đây mình chỉ xin đưa ra các ví dụ cụ thể trong lĩnh vực mình đang công tác là dầu khí tuy nhiên những chia sẽ này hoàn toàn có thể được ứng dụng ở các lĩnh vực khác.

1.1. Ứng dụng để tiêm mẫu

1.1.1. Cách tiêm mẫu thông thường ? Sai số ? Khả năng tự động hóa ?

Phương pháp tiêm mẫu phổ biến nhất trong sắc ký khí là sử dụng kim tiêm (1-10 µL) để tiêm một thể tích dung dịch lỏng vào bộ phận hóa hơi trên máy sắc ký. Cách tiêm này cho kết quả khá chính xác (sai số khoảng 5% đối với kim tiêm từ Agilent) đối với các mẫu lỏng như nước hoặc dung môi. Tuy nhiên khi sử dụng kim tiêm cho các mẫu khí đòi hỏi kim tiêm có thể tích lớn hơn (0.5-5 mL) và dễ dẫn đến sai số. Ngoài ra việc sử dụng kim tiêm cho mẫu khí phải được thực hiện một cách "tay chân", không tự động hóa được.

1.1.2. Cách khắc phục sai số trên ?

Do đó một đoạn ống nhỏ và ngắn (sample loop, đường kính 1/16 inch và thể tích từ 0.5-5 mL) được sử dụng để thay thế kim tiêm. Thể tích của sample loop này là cố định nên sẽ loại bỏ được sai số gây ra do thể tích tiêm mẫu khác nhau khi sử dụng kim tiêm. Ngoài ra chất liệu tạo nên sample loop cũng có thể thay đổi để phù hợp với từng loại mẫu khác nhau. Chẳng hạn khi phân tích các hợp chất hydrocarbon thì thép không gỉ (stainless steel) là rất phù hợp, tuy nhiên khi phân tích các hợp chất chứa lưu huỳnh thì fused silica steel lại là lựa chọn vì thép không gỉ sẽ hấp phụ các hợp chất chứa lưu huỳnh và gây mất mẫu.

1.1.3. Khả năng tự động hóa ?

Bên cạnh đó, một thiết bị van 2 chiều (rotary valve) giúp tự động hóa việc tiêm mẫu bằng cách sử dụng sample loop sẽ được gắn vào máy sắc ký. Bài viết này xin gói gọn trong việc giải thích cách thức hoạt động của van 2 chiều và ứng dụng trong cách tiêm mẫu. Các ứng dụng khác sẽ được giới thiệu trong các bài sau. Thông thường hai loại van 2 chiều được sử dụng trong tiêm mẫu khí là van 6 cổng (hình 3) và van 10 cổng (hình 4). Ứng dụng của hai loại van này là rất khác nhau nhưng cách thức hoạt động là rất giống nhau. Một hệ thống van 2 chiều bao gồm 4 bộ phận cơ bản: van chuyển khí (air switch), bộ phận xoay (air actuator), bộ phận truyền động (valve shaft) và van chính (valve head) như hình 1.

1.1.4. Cấu tạo van 2 chiều ?

Van chuyển khí (air switch) và bộ phận xoay (air actuator) hoạt động như hình 2. Không khí hoặc khí nitơ là hai loại khí thường được sử dụng nhất do chi phí rẻ và an toàn được nối vào air switch (thường thì chỉ đầu IN được nối còn đầu OUT thì để không). Tùy theo vị trí "ON" hoặc "OFF" (điều khiển bằng dòng điện 24 VDC - 1 A đối với máy sắc ký Agilent) mà dòng khí đi vào vị trí trên hoặc dưới của bộ phận xoay (air actuator). Dòng khí này sẽ đẩy tấm lót (hình 1, bên phải phía dưới) bên trong air actuator đi lên hoặc xuống. Khi tấm lót di chuyển nó sẽ làm xoay ống trục bên trong ngược chiều hoặc theo chiều kim đồng hồ theo một góc nhất định. Giá trị góc này xác định loại van 2 chiều như sau:

90o: van 4 cổng (360o chia 4), ký hiệu A90 trên air actuator
60o: van 6 cổng (360o chia 6), ký hiệu A60 trên air actuator
36o: van 10 cổng (360o chia 10), ký hiệu A36 trên air actuator

Xin lưu ý là bên trong air actuator có một miếng đệm cao su (O-ring) để tránh cho khí bị xì từ đầu IN qua đầu OUT. Tuy nhiên theo thời gian thì air switch và air actuator cũng sẽ bị xì, xin chia sẽ cách rất đơn giản để xác định bộ phận bị xì như sau: dùng một cái kiềm mỏ nhọn và kẹp vào một trong hai ống dẫn khí nối từ air switch đến air actuator. Nếu tiếng xì mất thì có nghĩa air actuator đang bị xì, nếu tiếng xì vẫn còn thì chính air switch đang bị xì.

Khi ống trục xoay, 60o chẳng hạn, thì sẽ truyền động cho valve shaft cũng quay một góc tương ứng (60o). Khi valve shaft quay sẽ làm cho rotor bên trong valve head quay theo (60o). Thông thường có 3 loại rotor tùy theo vật liệu polymer được sử dụng có ký hiệu như sau:
Loại "P": sử dụng cho khoảng nhiệt độ từ 0-180oC.
Loại "E": sử dụng cho khoảng nhiệt độ từ 0-240oC.
Loại "T": sử dụng cho khoảng nhiệt độ từ 100-350oC.

Trên bề mặt rotor được khắc các rãnh. Van 4 cổng sẽ có 2 rãnh, van 6 cổng có 3 rãnh và van 10 cổng có 5 rãnh. Ở mỗi góc của từng rãnh thì có 1 trôn óc nối ra bề mặt ngoài của valve head. Từ đây các ống dẫn khí có đường kính 1/16 inch sẽ được nối vào (hình 3 và 4).
Đối với air actuator, áp suất của khí tối ưu là 55-60 psi. Nếu áp suất quá nhỏ thì tốc độ chuyển qua lại vị trí ON và OFF của rotor là quá chậm, ảnh hưởng đến sắc ký đồ. Nếu áp suất quá lớn có thể gây ra xung áp suất ảnh hưởng đến đường nền, đặc biệt là các máy sắc ký sử dụng đầu dò nhạy với tốc độ dòng khí mang như TCD. Ngoài ra lực quay quá mạnh còn dễ làm gãy thanh chắn được thiết kế trong valve head để tránh góc quay vượt quá giá trị mong muốn.

Việc tự động hóa được thực hiện khá đơn giản với thiết kế này. Hiện nay hầu hết các máy sắc ký khí đều có khả năng cung cấp dòng điện theo lập trình thời gian (synchronization). Tại thời điểm lập trình, máy sẽ phát ra dòng điện (24 VDC-1A, Agilent) vào air switch và làm xoay van. Như trong hình 3 hoặc hình 4, chỉ việc lập trình như sau:

V1 ON 0.01 minute (tiêm mẫu)
V1 OFF 0.1 minute (trả lại vị trí ban đầu của van)

Mình xin dừng bài viết này tại đây. Hy vọng nhận được phản hồi và chia sẽ của các bạn. Mình có thể chia sẽ thêm các ứng dụng khác trong các bài sau nếu các bạn quan tâm.
Xin cảm ơn đã theo dõi.

PS: Các bạn vui lòng tải hình minh họa từ đường link sau
[You must be registered and logged in to see this link.]

Dear anh,
Rất vui khi nhận được bài viết tâm huyết của anh trên diễn đàn, nhân đây mình cũng xin góp ý thêm:
1./ Ở sắc ký khí có phương pháp thêm nội chuẩn. Ở đây cũng kiểm soát được sai số khi tiêm rồi (bao gồm tiêm khí và tiêm lỏng. Cho dù chức năng của nội chuẩn không chỉ là kiểm soát thể tích tiêm.
2./ Thực ra trong quá trình công tác thì tôi được biết SGS, BV... toàn dùng tiêm khí thể tích thì đúng như bạn nói là 0.5 đến 5mL và hoàn toàn tự động được (bạn xem thêm kỹ thuật headspace)
3./ sample loop không phải xa lạ gì, cơ bản là HPLC cũng có cấu tạo như vậy. Nhưng phổ biến là loại valve 4 cổng hoặc 6 cổng thôi. Mà valve thì tôi nghĩ phải ít nhất là 2 chiều chứ (ít ra là 1 ra và 1 vào, có vẻ là suy luận). Nghe bên GC bây giờ cũng có sample loop thì hấp dẫn đó.
Nhưng dù sao đây cũng là kỹ thuật mới, có gì bạn cho tôi thông tin liên hệ để học hỏi thêm

Về Đầu Trang Go down

wasson-ece

Thành viên
Status:
Gender : Nam
Post Number : 3
Points : 9000
Bonus (+) : 0
Join Date : 27/11/2014
Age : 30
From : Hồ Chí Minh
Bài gửiTiêu đề: Re: Ứng dụng sắc ký khí 4/12/2014, 2:19 pm

http://www.wasson-ece.com
Chào Nona,
Rất vui khi nhận được chia sẻ và phản hồi của bạn. Mình xin chia sẽ một vài ý với phản hồi của bạn như sau:
1./ Bạn chính xác khi sử dụng nội chuẩn trong kỹ thuật sắc ký khí để loại bỏ các sai số như thể tính tiêm mẫu. Tuy nhiên với kinh nghiệm thực tế của mình khi làm việc với các phòng lab thì đa phần nội chuẩn được sử dụng chủ yếu cho mẫu lỏng do dễ thực hiện. Đối với các mẫu khí, đặc biệt là các mẫu dầu khí, ngoại việc khó khăn trong việc đảm bảo chính xác khi tiêm nội chuẩn vào mẫu khí, hơn nữa hầu như bạn khó tìm được nội chuẩn nào thích hợp cho các mẫu dầu khí với khoảng thành phần rất rộng.
2./ Hoan nghênh bạn đề cập đến headspace trong việc tự động hóa. Mình xin chia sẽ đầu tiên headspace thật ra cũng sử dụng van 6 cổng như mình đề cập trong phần van 2 chiều. Tuy nhiên headspace chỉ sử dụng tốt cho các mẫu lỏng hoặc rắn có thành phần phân tích dễ bay hơi như dầu máy biến thế chẳng hạn. Đối với mẫu khí thì việc tiêm trực tiếp qua van 6 cổng hoặc 10 cổng luôn là lựa chọn tối ưu từ nhiều nhà sản xuất như Agilent, Perkin Elmer hay Shimadzu.
3./ Thật ra tên gọi của loại van này là rotary valve. Do không tìm được từ thích hợp nào khác nên mình tạm dịch là van 2 chiều. Trong kỹ thuật sắc ký lỏng thì van 6 cổng sử dụng tương đối nhiều cho việc tiêm mẫu như bạn đề cập. Tuy nhiên ứng dụng của van trong sắc ký lỏng thì rất hạn chế. Ngược lại trong sắc ký khí kỹ thuật sử dụng van lại rất đa dạng, ngoài việc tiêm mẫu như trên còn rất nhiều ứng dụng khác như kỹ thuật back-flush, kỹ thuật heart-cut, kỹ thuật vent, kỹ thuật isolation...

Mình rất vui để chia sẽ thêm về các kỹ thuật này nếu bạn quan tâm.
Thân.

Về Đầu Trang Go down

Nona

Admin
Status:
Gender : Nam
Post Number : 122
Points : 915016
Bonus (+) : 202006
Join Date : 02/10/2011
Age : 25
From : Tp. HCM
Bài gửiTiêu đề: Re: Ứng dụng sắc ký khí 5/12/2014, 7:59 am

wasson-ece đã viết:
Chào Nona,
Rất vui khi nhận được chia sẻ và phản hồi của bạn. Mình xin chia sẽ một vài ý với phản hồi của bạn như sau:
1./ Bạn chính xác khi sử dụng nội chuẩn trong kỹ thuật sắc ký khí để loại bỏ các sai số như thể tính tiêm mẫu. Tuy nhiên với kinh nghiệm thực tế của mình khi làm việc với các phòng lab thì đa phần nội chuẩn được sử dụng chủ yếu cho mẫu lỏng do dễ thực hiện. Đối với các mẫu khí, đặc biệt là các mẫu dầu khí, ngoại việc khó khăn trong việc đảm bảo chính xác khi tiêm nội chuẩn vào mẫu khí, hơn nữa hầu như bạn khó tìm được nội chuẩn nào thích hợp cho các mẫu dầu khí với khoảng thành phần rất rộng.
2./ Hoan nghênh bạn đề cập đến headspace trong việc tự động hóa. Mình xin chia sẽ đầu tiên headspace thật ra cũng sử dụng van 6 cổng như mình đề cập trong phần van 2 chiều. Tuy nhiên headspace chỉ sử dụng tốt cho các mẫu lỏng hoặc rắn có thành phần phân tích dễ bay hơi như dầu máy biến thế chẳng hạn. Đối với mẫu khí thì việc tiêm trực tiếp qua van 6 cổng hoặc 10 cổng luôn là lựa chọn tối ưu từ nhiều nhà sản xuất như Agilent, Perkin Elmer hay Shimadzu.
3./ Thật ra tên gọi của loại van này là rotary valve. Do không tìm được từ thích hợp nào khác nên mình tạm dịch là van 2 chiều. Trong kỹ thuật sắc ký lỏng thì van 6 cổng sử dụng tương đối nhiều cho việc tiêm mẫu như bạn đề cập. Tuy nhiên ứng dụng của van trong sắc ký lỏng thì rất hạn chế. Ngược lại trong sắc ký khí kỹ thuật sử dụng van lại rất đa dạng, ngoài việc tiêm mẫu như trên còn rất nhiều ứng dụng khác như kỹ thuật back-flush, kỹ thuật heart-cut, kỹ thuật vent, kỹ thuật isolation...

Mình rất vui để chia sẽ thêm về các kỹ thuật này nếu bạn quan tâm.
Thân.

Nếu có tài liệu nữa thì tốt quá, nếu bạn đề cập đến mẫu khí thì chịu. Đó giờ mình chưa phân tích mẫu khí bằng sắc ký khí Smile)

Về Đầu Trang Go down

wasson-ece

Thành viên
Status:
Gender : Nam
Post Number : 3
Points : 9000
Bonus (+) : 0
Join Date : 27/11/2014
Age : 30
From : Hồ Chí Minh
Bài gửiTiêu đề: Re: Ứng dụng sắc ký khí 5/12/2014, 8:35 am

http://www.wasson-ece.com
Chào Nona,
Thật ra nhưng điều mình chia sẽ trên diễn đàn đều là kinh nghiệm thực tế trong quá trình làm việc với công ty hiện tại của mình (Wasson-ECE Instrumentation) cũng như cách sử dụng tại các công ty dầu khí lớn mà mình đã có cơ hội làm việc cùng chứ không qua một cuốn sách hay tài liệu cụ thể nào.

Cám ơn sự quan tâm của bạn. Phần sau mình xin chia sẽ kỹ thuật back-flush và hy vọng bạn sẽ có thể áp dụng nó vào trong các phòng lab bạn đang cộng tác.

1.2. Ứng dụng để rút ngắn thời gian phân tích

Các mẫu khí thiên nhiên (natural gas) thường chứa các hydrocarbon có số nguyên tử carbon từ một tới tám hoặc mười. Việc sử dụng một máy sắc ký khí thông thường (hình 1) với đầu dò FID (flame ionization detector) thường sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian để phân giải tất cả các chất ra khỏi cột sắc ký, đặc biệt là các hợp chất nặng chứa từ 6, 7 hoặc 8 nguyên tử carbon trở lên. Xin nhấn mạnh vấn đề thời gian phân tích rất quan trọng ở ngành dầu khí vì thành phần mẫu từ nhà máy phải luôn được phân tích liện tục để đảm bảo không có sai sót trong quá trình vận hành nhà máy. Ngoài vấn đề tiêu tốn thời gian thì ngay cả khi các hợp chất nặng trên đã được phân giải ra khỏi cột sắc ký thì hình dạng đỉnh (peak shape) rất méo mó và kéo đuôi do bị lưu giữ quá lâu trong cột. Điều này sẽ gây sai số khi lấy tích phân để tính diện tích đỉnh.

1.2.1. Cách khắc phục nhược điểm trên ?

Để khắc phục nhược điểm này, bài viết này sẽ giới thiệu kỹ thuật đảo dòng (back-flush). Hai ưu điểm của kỹ thuật back-flush là rút ngắn thời gian phân tích và đảm bảo các hợp chất nặng không bị lưu giữ trong cột phân tích. Có khá nhiều cách để sử dụng kỹ thuật back-flush, bài viết này xin gói gọn trong vài cách phổ biến như sau (1) sử dụng van 6 cổng và tiền cột, (2) sử dụng van 10 cổng và (3) sử dụng chạc ba (tee) hay Dean's switch.

1.2.2. Kỹ thuật back-flush được thực hiện như thế nào ?

Ý tưởng về kỹ thuật back-flush được thể hiện trong hình 5. Hệ thống gồm 2 cột: tiền cột (column 1) và cột phân tích (column 2). Ví dụ trong hình 5 là khí thiên nhiên chứa các hydrocarbon từ C1-C9 và chỉ cần định lượng các hợp chất từ C1-C5. Tại thời điểm ban đầu (T=0.1 minute) mẫu được tiêm vào hệ thống. Đầu tiên mẫu sẽ di chuyển vào cột 1. Tại đây sự phân tách không hoàn toàn các chất sẽ xảy ra. Thông thường các hợp chất nặng sẽ di chuyển chậm hơn các hợp chất nhẹ. Đến thời điểm T=1.1 minute, các chất nhẹ C1-C5 đã di chuyển qua column 2 trong khi các chất nặng C6-C9 vẫn còn trong column 1. Ngay lúc này dòng khí mang qua cột 1 được đảo lại trong khi dòng khí mang vẫn tiếp tục đẩy các chất C1-C5 đến đầu dò. Đối với các hợp chất nặng C6-C9 thì tại thời điểm này vẫn còn đâu đó ở phần đầu (tay trái) của cột 1 vì chúng di chuyển rất chậm. Do đó việc đảo dòng qua cột 1 sẽ dễ dàng đẩy các chất C6-C9 ra khỏi cột 1. Tùy theo các ứng dụng khác nhau mà phần C6-C9 này sẽ được đẩy hẳn ra ngoài (loại bỏ) hoặc đẩy tới đầu dò cho việc định lượng chúng. Lưu ý ở đây là vì thời gian lưu giữ của C6-C9 trong cột là rất ngắn nên các chất này không được tách ra hoàn toàn. Do đó thông thường nếu các chất này được đẩy đến đầu dò khi đảo dòng thì sẽ thu được một nhóm đỉnh (composite) dính liền với nhau (overlapping). Việc định lượng chúng chỉ có thể được thực hiện dựa trên việc lấy tổng tích phân của cả composite. Dĩ nhiên điều này sẽ gây ra sai số do hệ số đáp ứng (response factor) của từng chất với đầu dò là khác nhau. Tuy nhiên sai số này là khá nhỏ vì trên thực tế hệ số đáp ứng của các hợp chất này là khá gần nhau đối với các đầu dò thông dụng như FID, TCD hay SCD. Ngoài ra hàm lượng của chúng cũng thường khá nhỏ so với các hợp chất khác (C1-C5) nên sai số này là không đáng kể so với việc rút ngắn thời gian phân tích và bảo vệ cột phân tích (column 2).

1.2.3. Làm thế nào để xác định chính xác thời gian back-flush

Hình 6 thể hiện cách xác định thời gian đảo dòng (backflush time). Nếu thực hiện đảo dòng quá sớm (hình 6, ở giữa) thì một phần C5 cũng sẽ bị back-flush nên làm giảm tín hiệu của C5 và tăng nhóm C6-C9. Nếu thực hiện quá trễ (hình 6, dưới cùng) thì một phần C6-C9 sẽ có đủ thời gian di chuyển qua cột 2 và làm nghẽn cột. Trong cả 2 trường hợp thì đều cho kết quả sai lệch, tuy nhiên trường hợp sau thì nguy hiểm hơn do có thể làm hư cột phân tích.

Cách thông thường để xác định thời gian đảo dòng được thực hiện như sau (ví dụ định lượng C1-C5 và back-flush C6-C9, lưu ý thời gian back-flush sẽ tùy thuộc vào mỗi ứng dụng khác nhau như thông số cột 1, nhiệt độ ban đầu, tốc độ khí mang, hợp chất cần back-flush). Do đó các thời gian cài đặt ở đây chỉ là ví dụ, không áp dụng cho tất cả các trường hợp):

Bước 1: Xác định cụ thể thành phần các chất có trong bình khí chuẩn (chẳng hạn C1-C9).
Bước 2: Cài đặt thời gian đảo dòng rất sớm (ví dụ 0.2 minutes sau thời gian tiêm).
Bước 3: Phân tích mẫu chuẩn tại thời gian đảo dòng ở bước 2.
Bước 4: Ghi chú diện tích của nhóm C6-C9, C5 và C1 hoặc C2 (C1 hoặc C2 ở đây được xem như là nội chuẩn để giúp loại bỏ các sai số nếu có, các bước sau xin lấy C1 làm nội chuẩn).
Bước 5: Lập tỉ lệ diện tích của nhóm C6-C9 và C5 so với C1.
Bước 6: Tăng thời gian thực hiện đảo dòng lên 0.05 minute (tức là 0.25 minute so với thời gian tiêm). Lưu ý là tốc độ tăng thời gian cần phải rất chậm. Lí do là vì cột 1 thường rất ngắn, việc tăng quá nhanh có thể gây ra việc back-flush quá trễ.
Bước 7: Phân tích mẫu chuẩn tại thời gian đảo dòng ở bước 6.
Bước 8: Lập tỉ lệ tại giá trị back-flush này. Rất rõ ràng tỉ lệ của nhóm C6-C9 sẽ giảm và C5 sẽ tăng (một vài trường hợp C5 chỉ xuất hiện sau khi tăng thời gian backflush đến giá trị cố định).
Bước 9: Tiếp tục như vậy cho đến khi tỷ lệ của C5 không đổi (T1)
Bước 10: Tiếp tục tăng thời gian cho đến khi thấy tỷ lệ C6-C9 giảm (T2). Lưu ý điều này đồng nghĩa với việc một phần C6-C9 đã di chuyển qua cột 2 do đó cần kéo dài thời gian phân tích để đảm bảo phần C6-C9 này được phân giải hoàn toàn ra khỏi cột 2.
Bước 11: Thời gian back-flush được tính tại thời điểm trung bình của T1 và T2. Trong một số trường hợp T1 và T2 rất gần nhau do đó cần tăng chiều dài cột 1 hoặc giảm nhiệt độ ban đầu để làm rộng khoảng cách T1 và T2. Để việc back-flush được hiệu quả thì khoảng cách giữa T1 và T2 phải đủ lớn (tối thiểu 0.3 minutes). Nguyên nhân là vì trong quá trình sử dụng theo thời gian, thời gian lưu của các chất có thể thay đổi. Nếu thời gian lưu lệch quá so với (T1-T2) thì cần xác định lại back-flush time.

Giáo trình này mình đang viết để giảng dạy và seminar nên hy vọng nó không quá dài dòng trong việc giải thích.

Thân.

Attachments
5.PNG
Hình 5
You don't have permission to download attachments.
(28 Kb) Downloaded 2 times
6.PNG
Hình 6
You don't have permission to download attachments.
(24 Kb) Downloaded 2 times

Về Đầu Trang Go down

Sponsored content

Status:
Bài gửiTiêu đề: Re: Ứng dụng sắc ký khí Today at 5:26 pm

Về Đầu Trang Go down

Tiêuđề

Ứng dụng sắc ký khí

Xem chủ đề cũ hơn Xem chủ đề mới hơn Về Đầu Trang
Trang 1 trong tổng số 1 trang
.:::.
Permissions in this forum:Bạn không có quyền trả lời bài viết
Free forum | © phpBB | Free forum support | Liên hệ | Report an abuse | Create your own blog