Sắc ký khí– Chromatography (GC) là một phương pháp dùng để tách phân tích sử dụng phổ biến trong hóa học. Sử dụng với các hợp chất phức tạp có thể bốc hơi mà mẫu sau khi phân tích không bị phân hủy.
Sắc kí khí là một phương pháp chia tách trong đó bao gồm pha động với 1 chất khí (được gọi là khí mang). Và pha tĩnh có chứa trong cột là một chất rắn hay chất lỏng phủ trên bề mặt chất mang trơ dạng rắn hay phủ đều lên phía thành trong của cột.
Sắc ký khí hiện nay được phân làm hai loại:
- Sắc ký khí rắn (gas solid chromatography – GSC): Chất phân tích sẽ được hấp phụ trực tiếp trên pha tĩnh là những tiểu phân rắn.
- Sắc ký khí lỏng (gas liquid chromatography – GLC): Pha tĩnh là 1 loại chất lỏng không bay hơi.
Phép sắc ký lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1903 do nhà khoa học người Nga tên là Mikhail Semenovich Tswett .
Sau đó năm 1947 thì một sinh viên người Đức tên là Fritz Prior đã phát triển sắc ký khí khối rắn.
Archer John Porter Martin là người đã được nhận giải Nobel về công trình của ông khi nghiên cứu phát triển sắc ký lỏng (1941). Ông là người đã đặt nền tảng cho sự phát triển sắc ký và sản xuất sắc ký khí lỏng năm 1950.
Ứng dụng chủ yếu của sắc ký khí dùng để kiểm tra độ tinh sạch của 1 chất cụ thể nào đó hay tách các chất khác nhau ra khỏi một hỗn hợp (khối lượng của những chất này có thể được xác định một cách tương đối).
Trong một số trường hợp, kỹ thuật sắc kí khí có thể dùng để xác định hợp chất cụ thể nào đó. Trong sắc ký điều chế thì phương pháp sắc ký khí được sử dụng như cách tinh chế các hợp chất từ 1 hỗn hợp.
Trong sắc ký khí sẽ có pha động hay có tên gọi là pha chuyển động là một khí mang. Thường thì khí mang này là 1 loại khí trơ như Heli hoặc khí Nitơ.
Còn pha tĩnh là một vi lớp chất lỏng hay polyme được phủ lên một lớp rắn đặt trong chiếc ống thủy tinh hoặc kim loại được gọi tên là cột (tương tự như cột tách phân đoạn được sử dụng trong phương pháp chưng cất).
Thiết bị được dùng để tiến hành sắc ký khí được gọi tên là máy sắc ký khí, máy tách khí hoặc gọi là máy ghi khí).
Các hợp chất ở dạng khí cần được phân tích sẽ tương tác với bề mặt thành cột – đã được phủ bởi pha tĩnh. Dẫn đến từng hợp chất sẽ được tách ra tại các thời điểm khác nhau hay thời gian lưu của hợp chất khác nhau.
Khi các chất hóa học đi ra ở phần cuối cột, sẽ được nhận diện xác định bằng điện tử. Ngoài ra, khi sắc kí khí, một số thông số khác như tốc độ dòng khí mang, chiều dài cột và nhiệt độ có thể được sử dụng để thay đổi thứ tự hay khoảng thời gian lưu. Máy phân tích sắc ký khí dựa trên việc so sánh về thời gian lưu này.
– Quá trình tách các hợp chất trong 1 hỗn hợp sẽ được tiến hành giữa 1 pha lỏng tĩnh và một pha khí động. Trong khí đó ở phần sắc ký cột pha tĩnh ở dạng rắn cùng với pha động ở dạng lỏng.
– Cột mà pha khí đi qua sẽ được đặt trong lò cột có thể dễ dàng điều chỉnh được mức nhiệt độ khí, trong khí đó ở sắc ký cột (điển hình) sẽ không có sự điều chỉnh nhiệt độ đó.
– Nồng độ của 1 hợp chất ở pha khí chỉ phụ thuộc vào mức áp suất bay hơi của khí.
– Giống nhau: cả hai quá trình phân tích này đều tách các loại hợp chất từ một hỗn hợp chủ yếu dựa vào đặc điểm khác biệt của điểm sôi (hoặc áp suất bay hơi).
– Khác nhau: phương pháp chưng cất phân đoạn thường được dùng để tách những hợp chất từ một hỗn hợp ở quy mô lớn. Còn phương pháp sắc ký khí được sử dụng ở các quy mô nhỏ hơn nhiều (tức là mức độ vi lượng).
Sắc ký khí đôi khi còn được con người hiểu là sắc ký pha hơi (VPC) hay sắc ký phân đoạn khí – lỏng (GLPC).
Cũng như đã nói ở trên thì hệ thống sắc ký khí được cấu tạo bao gồm các thành phần: cột sắc ký, detecto, hệ thống để cung cấp khí mang và hệ thống bộ phận thu ghi và xử lý số liệu. Trong đó, cột sắc ký được coi là trái tim quan trọng của phương pháp phân tích này.
Cột sắc ký có hai loại là cột nhồi và cột mao quản. Trong đó cột mao quản có đường kính nhỏ hơn, chiều dài lớn. Dù lượng mẫu nhỏ hơn nhưng lại có khả năng tách cao hơn do được tăng chiều dài cột và phân tích được nhiều hơn mẫu phức tạp so với cột nhồi.
Các detecto hay đầu dò trong phương pháp sắc ký khí là việc ghi nhận sự thay đổi liên tục về nồng độ hay các tham số khác trong dòng khí đã thoát ra khỏi cột sắc ký.
Nguồn cung cấp khí mang có thể sử dụng các bình chứa khí chất lượng hoặc các thiết bị sinh khí (tách N2 từ không khí, cấp khí H2 từ nước cất,…).
Hoặc là bình chứa áp suất cao (pressurized tank) có dụng cụ để điều chỉnh áp suất (pressure regulator) và điều khiển về lưu lượng dòng khí (Flow controller).
Khí mang sử dụng phổ biến hiện nay có ba loại H2, N2 và He. Trong đó khí N2 khí chi phí thấp, an toàn cao, khí H2 cũng có chi phí thấp, có nguy cơ cháy nổ và He được sử dụng thông thường nhưng giá bán lại cao.
Như vậy phương pháp sắc ký khí có ưu điểm là tốc độ tách nhanh, có thể phân tích cùng lúc nhiều hợp chất. Cách này không cần làm bay hơi mẫu, lại có độ phân giải cao nhờ quá trình tách trên cột, độ nhạy cao nhờ các đầu dò, thể tích mẫu phân tích nhỏ (1-100mL).
Nếu các bạn tò mò về phương pháp sắc kí khí hay máy sắc ký khí thì liên hệ MIG để được tư vấn nha.
>> Xem thêm: Khí heli có cháy không? Cách chế tạo khí heli từ thiên nhiên
[blog_posts style=”normal” type=”row” columns=”3″ columns__md=”1″ ids=”14453,4122,11421,949″ image_height=”56.25%”]
Sắc ký (tiếng Anh: chromatography, từ tiếng Hy Lạp là χρῶμα chroma có nghĩa là "màu sắc" và γράφειν graphein nghĩa là "ghi lại"[1]) là một trong các kĩ thuật phân tích thường dùng trong phòng thí nghiệm của bộ môn hóa học phân tích dùng để tách các chất trong một hỗn hợp. Nó bao gồm việc cho mẫu chứa chất cần phân tích trong "pha động", thường là dòng chảy của dung môi, di chuyển qua "pha tĩnh." Pha tĩnh trì hoãn sự di chuyển của các thành phần trong mẫu. Khi các thành phần này di chuyển qua hệ thống với tốc độ khác nhau, chúng sẽ được tách khỏi nhau theo thời gian, giống như các vận động viên chạy maratông. Một cách lý tưởng, mỗi thành phần đi qua hệ thống trong một khoảng thời gian riêng biệt, gọi là "thời gian lưu."
Trong kĩ thuật sắc ký, hỗn hợp được chuyên chở trong chất lỏng hoặc khí và các thành phần của nó được tách ra do sự phân bố khác nhau của các chất tan khi chúng chảy qua pha tĩnh rắn hay lỏng. Nhiều kĩ thuật khác nhau đã được dùng để phân tích hợp chất phức tạp dựa trên ái tính khác nhau của các chất trong môi trường động khí hoặc lỏng và đối với môi trường hấp phụ tĩnh mà chúng di chuyển qua, như giấy, gelatin hay gel magie silicate.
Sắc ký phân tích được dùng để xác định danh tính và nồng độ các phân tử trong hỗn hợp. Sắc ký tinh chế được dùng để tinh chế các chất có trong hỗn hợp.
Nhà thực vật học người Nga Mikhail Tsvet (Mikhail Semyonovich Tsvet) phát minh ra kĩ thuật sắc ký vào năm 1903 khi ông đang nghiên cứu về chlorophyll [2]. Chữ sắc trong sắc ký có nghĩa là màu; nó vừa là tên của Tsvet trong nghĩa tiếng Nga, và vừa là màu của các sắc tố thực vật ông phân tích vào lúc bấy giờ. Tên này vẫn tiếp tục được dùng dù các phương pháp hiện đại không còn liên quan đến màu sắc.
Năm 1952 Archer John Porter Martin và Richard Laurence Millington Synge được trao giải Nobel Hoá học cho phát minh của họ về sắc ký phân bố.[3]
Kĩ thuật sắc ký phát triển nhanh chóng trong suốt thế kỉ 20. Các nhà nghiên cứu nhận thấy nguyên tắc nền tảng của sắc ký Tsvet có thể được áp dụng theo nhiều cách khác nhau, từ đó xuất hiện nhiều loại sắc ký khác nhau. Đồng thời, kĩ thuật thực hiện sắc ký cũng tiến bộ liên tục, cho phép phân tích các phân tử tương tự nhau.
Sắc ký là kĩ thuật phân tích chất khai thác sự khác biệt trong phân bố giữa pha động và pha tĩnh để tách các thành phần trong hỗn hợp. Các thành phần của hỗn hợp có thể tương tác với pha tĩnh dựa trên điện tích, độ tan tương đối và tính hấp phụ.
Mức lưu giữ
Mức lưu giữ đo tốc độ một chất di chuyển trong hệ thống sắc ký. Ở các hệ thống liên tục như HPLC hay GC mà các hợp chất được chiết xuất bởi chất chiết xuất, mức lưu giữ được đo bằng thời gian lưu (Retention time) Rt hay tR, khoảng thời gian giữa tiêm (injection time) và phát hiện (detection time). Ở các hệ thống ngắt quãng như TLC, mức lưu giữ được đo bằng hệ số lưu Rf, quãng đường di chuyển của hợp chất chia cho quãng đường di chuyển của chất chiết xuất (chạy nhanh hơn hợp chất cần phân tích).
Mức lưu giữ của một chất thường khác nhau đáng kể giữa các thí nghiệm và phòng thí nghiệm do dao động của chất chiết xuất, pha tĩnh, nhiệt độ và thiết kế của thí nghiệm. Vì vậy điều quan trọng là phải so sánh mức lưu giữ của hợp chất muốn khảo sát với một hoặc nhiều hợp chất chuẩn trong cùng điều kiện.
Là phương pháp sắc kí phân bố trên xenlulozo. Trong sắc kí giấy người ta cho 1 giọt dung dịch phân tích chấm lên giấy sắc kí. Khi ấy các cấu tử trong chất phân tích do tính chất phân bố khác nhau giữa dung môi và dung dịch nước nên sẽ bị tách ra ở các vị trí khác nhau trên giấy
Sắc ký lớp mỏng
Sắc ký lớp mỏng (TLC _ thin layer chromatography) là kĩ thuật sắc ký khá nhanh gọn và tiện lợi. Nó giúp nhận biết nhanh được số lượng thành phần có trong hỗn hợp đem sắc ký. Trong phương pháp sắc ký lớp mỏng, thành phần trong hỗn hợp được xác định nhờ so sánh hệ số lưu của hỗn hợp Rf và hệ số lưu Rf của một số chất đã biết.
Bản sắc ký dùng trong sắc ký lớp mỏng TLC thường làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc bản plastic (chất dẻo)được phủ lên trên bằng 1 lớp chất rắn mỏng như silica gel, nhôm.
Sắc ký khí-lỏng
Sắc ký trao đổi ion
Sắc ký trao đổi Ion (Ion-exchange chromatography, viết tắt là IC) là một quá trình cho phép phân tách các ion hay các phân tử phân cực dựa trên tính chất của chúng. Độ trao đổi ion giữa các phân tử sinh chất mang điện tích và nhóm điện tích gắn trên nền cột phụ thuộc vào pH. Vì độ pH quyết định trạng thái mang điện của các phân tử protein khác nhau có mặt trong dung dịch protein thô nạp vào cột. Sự tách được thực hiện một cách tuyến tính nhờ thay đổi pH hoặc nồng độ muối của dung dịch đệm dùng để thôi cột. Dòng chảy ra khỏi cột được đo 0D ở bước sóng 280 nm.
Sắc ký ái tính ion kim loại bất động
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
Là phương pháp chia tách trong đó pha động là chất lỏng còn pha tĩnh chứa trong cột là chất rắn đã được phân chia dưới dạng tiểu phân hoặc một chất lỏng đã phủ lên một chất mang rắn hay là một chất mang đã được biến đổi bằng liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ. Quá trình sắc ký lỏng dựa trên cơ chế hấp phụ, phân bố, trao đổi ion hay phân loại theo kích cỡ (rây phân tử)
Sắc ký lọc gel
Hoạt động theo nguyên lý tách các phân tử theo kích thước và khối lượng khác nhau đi qua nền nhựa xốp. Khi hỗn hợp protein được nạp vào nền cột, các phân tử prortein nhỏ sẽ khuếch tán vào các lỗ. Còn các protein lớn sẽ không chiu vào lỗ và tiếp tục đi dọc theo cột và sẽ sớm ra khỏi cột hơn những hạt nhỏ. Sắc ký lọc gel thường được dùng để: loại muối, các phân tử có kích thước nhỏ; tinh sạch phân tử sinh chất ở trong mẫu nhỏ; xác định trọng lượng phân tử...
Sắc ký ái lực
Là phương pháp tách riêng biệt và đặc hiệu sinh chất, dựa vào khả năng đặc hiệu của chúng vào nền sắc ký thông qua tương tác giữa kháng nguyên-kháng thể, enzyme-cơ chất... Sau đó dùng đệm phù hợp để rửa trôi sinh chất mong muốn ra khỏi cột. Các tay nối đặc hiệu sinh học thường là các chất có trong các phản ứng sinh hóa.
Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Là phương pháp sắc ký phân tách và định lượng sinh chất dưới áp suất cao, giúp giảm đáng kể thời gian và hiệu quả, chất lượng phân tích. Ưu điểm là giảm thời gian tách và thu mẫu nhờ quá trình sắc ký được thực hiện dưới áp suất nén cao, chất mang thường là polymer hữu cơ như polystyren hoặc hạt silicagel.
- Library 4 Science các sách trực tuyến về sắc ký.
- HPLC Find - Thư mục về các trang web HPLC.
- ^ “chromatography”. Online Etymology Dictionary.
- ^ The first report of Tsvet's discovery was published in 1905:
- Tswett, M. S. (1905) "О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу" (O novoy kategorii adsorbtsionnykh yavleny i o primenenii ikh k biokkhimicheskomu analizu" (On a new category of adsorption phenomena and on its application to biochemical analysis)), Труды Варшавского общества естествоиспытателей, отделении биологии (Trudy Varshavskago Obshchestva Estestvoispytatelei, Otdelenie Biologii (Proceedings of the Warsaw Society of Naturalists [i.e., natural scientists], Biology Section)), vol. 14, no. 6, pp. 20–39 (Note: Tsvet submitted his manuscript in 1903; however, it was not published until 1905.)
- Mikhail Tswett (1906) "Physikalisch-Chemische Studien über das Chlorophyll. Die Adsorption." (Physical-chemical studies of chlorophyll. Adsorption.) Berichte der Deutschen botanischen Gesellschaft, vol. 24, pp. 316–326. On page 322, Tsvet coins the term "chromatography":
Translation: Like light rays in a spectrum, so the different components of a mixture of pigments are dispersed in the calcium carbonate column following a set pattern, and [they] can be determined in there qualitatively as well as quantitatively. I call such a preparation a "chromatogram" and the corresponding method, the "chromatographic method".- Mikhail Tswett (1906) "Adsorptionanalyse und chromatographische Methode. Anwendung auf die Chemie des Chlorophylls" (Adsorption analysis and chromatographic method. Application to the chemistry of chlorophyll.), Berichte der Deutschen botanischen Gesellschaft, vol. 24, pp. 384–393.
- ^ “The Nobel Prize in Chemistry 1952”. Bản gốc lưu trữ ngày 20 tháng 8 năm 2001. Truy cập 7 tháng 10 năm 2015.
Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Sắc ký. |
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Sắc_ký&oldid=67925477”