SẮC KÝ KHÍ: CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG, CÁC LOẠI, BỘ PHẬN, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các sắc ký khí (GC) là một kỹ thuật phân tích công cụ để tách và phân tích các thành phần của một hỗn hợp. Nó còn được gọi là sắc ký phân vùng khí-lỏng, như sẽ thấy ở phần sau, là phương pháp thích hợp nhất để tham khảo kỹ thuật này.

Trong nhiều lĩnh vực của đời sống khoa học, nó là một công cụ không thể thiếu trong các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, vì nó là một phiên bản siêu nhỏ của tháp chưng cất, có khả năng tạo ra kết quả chất lượng cao.

Nguồn: Gabriel Bolívar

Như tên gọi của nó cho thấy, nó sử dụng khí để phát triển các chức năng của nó; chính xác hơn, chúng là pha động mang các thành phần của hỗn hợp.

Khí mang này, trong hầu hết các trường hợp là heli, đi xuyên qua bên trong cột sắc ký, đồng thời tất cả các thành phần sẽ phân tách.

Các khí mang khác được sử dụng cho mục đích này là nitơ, hydro, argon và metan. Việc lựa chọn chúng sẽ phụ thuộc vào phân tích và máy dò được kết hợp với hệ thống. Trong hóa hữu cơ, một trong những máy dò chính là máy quang phổ khối (MS); do đó, kỹ thuật này có được danh pháp CG / EM.

Do đó, không chỉ tất cả các thành phần của hỗn hợp được tách ra mà còn biết được khối lượng phân tử của chúng, từ đó xác định và định lượng chúng.

Tất cả các mẫu đều chứa chất nền của riêng chúng, và vì sắc ký có khả năng "làm rõ" nó để nghiên cứu, nó đã là một trợ giúp vô giá cho sự tiến bộ và phát triển của các phương pháp phân tích. Và ngoài ra, cùng với các công cụ đa biến, phạm vi của nó có thể được nâng lên mức không thể nghi ngờ.

Sắc ký khí hoạt động như thế nào?

Kỹ thuật này hoạt động như thế nào? Pha động, có thành phần tối đa là của khí mang, kéo mẫu đi qua phần bên trong của cột sắc ký. Mẫu chất lỏng cần được hóa hơi, và để đảm bảo điều này, các thành phần của nó phải có áp suất hơi cao.

Do đó, khí mang và mẫu khí, được bay hơi từ hỗn hợp chất lỏng ban đầu, tạo thành pha động. Nhưng pha tĩnh là gì?

Câu trả lời phụ thuộc vào loại cột mà nhóm làm việc hoặc yêu cầu phân tích; và trên thực tế, pha tĩnh này xác định loại CG được xem xét.

Tách biệt

Hình ảnh trung tâm thể hiện một cách đơn giản hoạt động phân tách các thành phần trong một cột trong CG.

Các phân tử khí mang đã được bỏ qua để không bị nhầm lẫn với các phân tử của mẫu hóa hơi. Mỗi màu tương ứng với một phân tử khác nhau.

Pha tĩnh, mặc dù có vẻ là những quả cầu màu cam, nhưng thực chất là một màng chất lỏng mỏng phủ lên thành trong của cột.

Mỗi phân tử sẽ hòa tan hoặc phân phối khác nhau trong chất lỏng nói trên; những thứ tương tác nhiều nhất với nó sẽ bị bỏ lại phía sau và những thứ không tương tác nhanh hơn.

Do đó, sự phân tách của các phân tử xảy ra, thể hiện qua các chấm màu. Sau đó người ta nói rằng các chấm hoặc phân tử màu tím sẽ xuất hiện trước, trong khi các chấm màu xanh lam sẽ xuất hiện sau cùng.

Một cách nói khác ở trên là: phân tử loại ra trước có thời gian lưu ngắn nhất (T _R ).

Do đó, người ta có thể xác định các phân tử này bằng cách so sánh trực tiếp T _R của chúng . Hiệu suất của cột tỷ lệ thuận với khả năng tách các phân tử có ái lực tương tự đối với pha tĩnh.

Phát hiện

Sau khi kết thúc quá trình phân tách như trong hình, các điểm sẽ bị loại bỏ và sẽ được phát hiện. Đối với điều này, máy dò phải nhạy cảm với sự xáo trộn hoặc các thay đổi vật lý hoặc hóa học do các phân tử này gây ra; và sau đó, nó sẽ phản hồi bằng một tín hiệu được khuếch đại và biểu diễn thông qua sắc ký đồ.

Sau đó, trong sắc ký đồ có thể phân tích các tín hiệu, hình dạng và độ cao của chúng như một hàm của thời gian. Ví dụ về các chấm màu phải bắt nguồn bốn tín hiệu: một cho các phân tử màu tím, một cho các phân tử màu xanh lá cây, một cho các chấm màu mù tạt và một tín hiệu cuối cùng, với T _R cao hơn , cho các phân tử màu xanh lam.

Giả sử cột kém và không thể tách các phân tử màu xanh lam và mù tạt đúng cách. Chuyện gì sẽ xảy ra? Trong trường hợp này, không phải bốn dải rửa giải sẽ thu được mà là ba, vì hai dải cuối cùng chồng lên nhau.

Điều này cũng có thể xảy ra nếu thực hiện sắc ký ở nhiệt độ quá cao. Tại sao? Bởi vì nhiệt độ càng cao, tốc độ di chuyển của các phân tử ở thể khí càng cao và khả năng hòa tan của chúng càng thấp; và do đó tương tác của nó với pha tĩnh.

Các loại

Về cơ bản có hai loại sắc ký khí: CGS và CGL.

CGS

CGS là từ viết tắt của Gas-Solid Chromatography. Nó có đặc điểm là có pha tĩnh ở trạng thái rắn thay vì pha lỏng.

Chất rắn phải có các lỗ rỗng có đường kính được kiểm soát bởi nơi các phân tử được giữ lại khi chúng di chuyển qua cột. Chất rắn này thường là các rây phân tử, giống như các zeolit.

Nó được sử dụng cho các phân tử rất cụ thể, vì CGS thường phải đối mặt với một số biến chứng thử nghiệm; ví dụ, chất rắn có thể giữ lại một cách không thể đảo ngược một trong các phân tử, làm thay đổi hoàn toàn hình dạng của sắc ký đồ và giá trị phân tích của chúng.

CGL

CGL là Sắc ký khí-lỏng. Đây là loại sắc ký khí bao gồm phần lớn tất cả các ứng dụng, và do đó nó hữu ích hơn trong hai loại.

Trên thực tế, CGL đồng nghĩa với sắc ký khí, mặc dù nó không được chỉ rõ là cái nào đang nói đến. Sau đây chỉ đề cập đến loại CG này.

Các bộ phận của máy sắc ký khí

Nguồn: Không cung cấp tác giả có thể đọc bằng máy. Dz giả định (dựa trên yêu cầu bản quyền). , qua Wikimedia Commons

Sơ đồ đơn giản của các bộ phận của máy sắc ký khí được thể hiện trong hình trên. Lưu ý rằng áp suất và lưu lượng của dòng khí mang có thể được điều chỉnh, cũng như nhiệt độ của lò đốt nóng cột.

Từ hình ảnh này, bạn có thể tóm tắt CG. Một luồng He chảy ra từ hình trụ, tùy thuộc vào máy dò, một phần được chuyển hướng về phía nó và phần kia hướng đến kim phun.

Một ống tiêm siêu nhỏ được đặt trong kim phun, trong đó một thể tích mẫu theo thứ tự µL được giải phóng ngay lập tức (không phải dần dần).

Nhiệt từ lò nung và kim phun phải đủ cao để làm bay hơi ngay lập tức mẫu; trừ khi mẫu khí được tiêm trực tiếp.

Tuy nhiên, nhiệt độ cũng không được quá cao, vì nó có thể làm bay hơi chất lỏng trong cột, có chức năng như một pha tĩnh.

Cột được đóng gói giống như một hình xoắn ốc, mặc dù nó cũng có thể có hình chữ U. Sau khi mẫu chạy hết chiều dài của cột, nó đến máy dò, tín hiệu của nó được khuếch đại, do đó thu được sắc đồ.

Cột

Trên thị trường có vô số danh mục với nhiều lựa chọn cho cột sắc ký. Việc lựa chọn những thứ này sẽ phụ thuộc vào cực của các thành phần được phân tách và phân tích; nếu mẫu không phân cực thì cột có pha tĩnh ít phân cực nhất sẽ được chọn.

Các cột có thể thuộc loại đóng gói hoặc dạng mao dẫn. Cột của hình ảnh trung tâm là dạng mao dẫn, vì pha tĩnh bao phủ đường kính trong của nó chứ không phải toàn bộ phần bên trong của nó.

Trong cột được đóng gói, toàn bộ bên trong được lấp đầy bởi một chất rắn, thường là bụi đá lửa hoặc đất tảo cát.

Chất liệu bên ngoài của nó bao gồm đồng, thép không gỉ, hoặc thậm chí là thủy tinh hoặc nhựa. Mỗi loại có các đặc điểm riêng biệt: phương thức sử dụng, chiều dài, các thành phần mà nó quản lý tốt nhất để tách biệt, nhiệt độ làm việc tối ưu, đường kính trong, tỷ lệ pha tĩnh bị hấp phụ trên giá đỡ rắn, v.v.

Máy dò

Nếu cột và lò là trung tâm của GC (CGS hoặc CGL) thì máy dò chính là bộ não của nó. Nếu máy dò không hoạt động, không có ích lợi gì trong việc tách các thành phần của mẫu, vì bạn sẽ không biết chúng là gì. Một máy dò tốt phải nhạy cảm với sự có mặt của chất phân tích và phản ứng với hầu hết các thành phần.

Một trong những cách được sử dụng nhiều nhất là độ dẫn nhiệt (TCD), nó sẽ đáp ứng với tất cả các thành phần, mặc dù không đạt hiệu quả như các máy dò khác được thiết kế cho một bộ chất phân tích cụ thể.

Ví dụ, máy dò ion hóa ngọn lửa (FID) được dùng cho các mẫu hydrocacbon hoặc các phân tử hữu cơ khác.

Các ứng dụng

-Một máy sắc ký khí không thể thiếu trong phòng thí nghiệm pháp y hoặc điều tra tội phạm.

-Trong ngành dược phẩm, nó được sử dụng như một công cụ phân tích chất lượng để tìm kiếm các tạp chất trong các lô thuốc sản xuất.

-Giúp phát hiện và định lượng mẫu thuốc, hoặc cho phép phân tích để kiểm tra xem vận động viên có bị pha tạp chất hay không.

-Nó dùng để phân tích lượng hợp chất halogen hóa trong nguồn nước. Tương tự như vậy, mức độ ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu có thể được xác định từ đất.

-Phân tích thành phần axit béo của các mẫu có nguồn gốc khác nhau, là thực vật hay động vật.

- Biến đổi các phân tử sinh học thành các dẫn xuất dễ bay hơi, chúng có thể được nghiên cứu bằng kỹ thuật này. Do đó, hàm lượng của rượu, chất béo, carbohydrate, axit amin, enzym và axit nucleic có thể được nghiên cứu.

Người giới thiệu

1. Day, R., & Underwood, A. (1986). Hóa phân tích định lượng. Sắc ký khí - lỏng. (Xuất bản lần thứ năm). Sảnh Prentice của PEARSON.
2. Carey F. (2008). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ sáu). Mc Graw Hill, tr577-578.
3. Skoog DA & West DM (1986). Phân tích công cụ. (Phiên bản thứ hai). Người Mỹ.
4. Wikipedia. (2018). Sắc ký khí. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
5. Thet K. & Woo N. (ngày 30 tháng 6 năm 2018). Sắc ký khí. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
6. Đại học Sheffield Hallam. (sf). Sắc ký khí. Đã khôi phục từ: Teaching.shu.ac.uk