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.