TÊN CHUYÊN ĐỀ Trình bày nguyên tắc phương pháp sắc ký lỏng pha thường (NP-LC); cấu tạo máy GC, đưa nói rõ số ứng dụng thực phẩm Sinh viên thực hiện: Lại Đào Hiếu Hạnh 15116017 Bùi Thị Thanh Hằng 15116018 Huỳnh Quang Thúy Hằng 15116019 Phạm Trọng Hiếu 15116020 Thời gian thưc hiện: Sáng Thứ Đánh giá giảng viên: PHƯƠNG PHÁP SẮC LỎNG KÝ PHA THƯỜNG ( NP-LC) CẤU TẠO MÁY GC - ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM *Lịch sử: Năm 1903, nhà bác học Nga Michael Tswett cho dung dịch sắc tố thực vật ete dầu hoả lên cột nhồi bột mịn canxi cacbonat, ông thấy sắc tố bị hấp phụ lên đầu cột Khi cho ete dầu hoả lên cột, sắc tố di chuyển cột từ xuống dưới, sắc tố có tốc độ riêng, tách thành vùng hay vịng màu xếp chồng lên nhau, hình thành hệ mà Tvest gọi sắc đồ Ông đặt tên cho phương pháp tách sắc ký (Chromatography) Trong tiếng Hy Lạp,“chroma” có nghĩa chất màu, graphein có nghĩa viết Tên gọi ngày sử dụng phương pháp cịn dùng tách chất khơng màu Đến thập kỷ 1930-1940, phương pháp phát triển nhanh chóng với nhiều kỹ thuật khác sắc ký giấy, sắc ký lớp mỏng, sắc ký trao đổi ion, sắc ký lực, Năm 1954, Mould D.L phát triển sắc ký gel để tách hợp chất mang điện tích theo trọng lượng phân tử chúng Đến năm 1964, Moor gọi “gel permeation chromatography” hay gọi sắc ký lọc gel Năm 1906, sắc ký khí biết đến đến 1952, kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, thập niên 1960 Năm 1967, Horvath C tác giả tạo máy sắc ký lỏng cao áp I.Phương pháp sắc ký lỏng khí pha thường: 1.Các khái niệm sắc ký: a.Khái niệm sắc ký: Sắc ký nhóm phương pháp hố lý dừng để tách thành phần hỗn hợp Sự tách sắc ký dựa phân chia khác chất khác vào hai pha ln tiếp xúc khơng hồ lẫn vào nhau: pha tĩnh pha động (Trong thí nghiệm Tvest: pha tĩnh canxi cacbonat, pha động ete dầu hoả) Pha tĩnh trì hỗn di chuyển thành phần mẫu Khi thành phần di chuyển qua hệ thống sắc ký với tốc độ khác nhau, chúng tách khỏi theo thời gian Mỗi thành phần qua hệ thống khoảng thời gian riêng biệt, gọi thời gian lưu Trong kỹ thuật sắc ký, hỗn hợp chuyên chở chất lỏng khí thành phần tách phân bố khác chất hòa tan chúng chảy qua pha tĩnh rắn lỏng Nhiều kỹ thuật khác dùng đểphân tích hợp chất phức tạp dựa tính khác chất mơi trường động khí lỏng mơi trường hấp phụtĩnh mà chúng di chuyển qua giấy, gelatin hay gel magnesium silicate, Sắc ký phương pháp để phân tách tinh phân tử sinh học Sắc ký phương pháp nhanh, dễ dàng không ảnh hưởng đến protein, phương pháp đề nghịtrong nghiên cứu định lượng protein hay phân tử 2.Khái niệm nguyên tắc phương pháp sắc ký lỏng: a.Khái niệm sắc ký lỏng: Sắc ký lỏng phương pháp tách sắc ký chất dựa phân bố khác chúng hai pha khơng trộn lẫn, pha động chất lỏng chảy qua pha tĩnh chứa cột _ Sắc ký lỏng tiến hành chủ yếu dựa chế hấp phụ, phân bố khối lượng, trao đổi ion,loại trừ theo kích thước tương tác hố học lập thể b.Phương pháp sắc ký lỏng pha thường: b.1.Nguyên tắc chung sắc ký lỏng: Pha tĩnh yếu tố quan trọng định chất trình sắc ký loại sắc ký + Nếu pha tĩnh chất hấp phụ ta có sắc ký hấp phụ pha thuận pha đảo + Nếu pha tĩnh chất trao đổi ion ta có sắc ký trao đổi ion +Nếu pha tĩnh chất lỏng ta có sắc ký phân bố hay sắc ký chiết +Nếu pha tĩnh gel ta có sắc ký sel hay rây phân tử Cùng với pha tĩnh để rửa rải chất phân tích khỏi cột ,chúng ta cần có pha động Như nạp mẫu phân tích gồm hỗn hợp chất phân tích A,B,C Vào cột phân tích ,kết chất A,B,C Sẽ tách khỏi sau qua cột.Quyết định hiệu tách sắc ký tổng hợp tương tác _ Nếu pha tĩnh Gel ta có Sắc ký Gel hay Rây phân tử _ Cùng với pha tĩnh để rửa rải chất phân tích khỏi cột ,chúng ta cần có pha động Như nạp mẫu phân tích gồm hỗn hợp chất phân tích A,B,C Vào cột phân tích ,kết chất A,B,C Sẽ tách khỏi sau qua cột.Quyết định hiệu tách sắc ký tổng hợp tương tác Chất phân tích A+B+C F1 F2 F3 Pha động Pha tĩnh Tổng 03 tương tác định chất rửa rải khỏi cột trước tiên lực lưu giữ cột nhỏ ( F1) ngược lại Đối với chất ,sự lưu giữ qui định 03 lực F1,F2,F3 Trong F1 F2 giữ vai trò định F3 yếu tố ảnh hưởng không lớn Ở F1 lực giữ chất phân tích cột F2 lực kéo pha động chất phân tích khỏi cột Như với chất khác F1 F2 khác ,Kết chất khác di chuyển cột với tốc độ khác tách khỏi khỏi cột ( hình ) b.2.Một số đặc điểm phương pháp sắc ký lỏng pha thường: Khơng phải hình thức sử dụng phổ biến HPLC Cột làm đầy với hạt silica nhỏ xíu, dung mơi khơng phân cực hexane, ví dụ Một cột điển hình có đường kính 4,6 mm (có thể hơn), chiều dài 150250 mm Các hợp chất có cực hỗn hợp qua cột bị giữ cột lâu so với hợp chất không phân cực Những chất không phân cực vượt qua cột nhanh b.3.Đặc trưng xảy xa phương pháp sắc ký lỏng pha thường: _ Trong hệ thống sắc ký người ta sử dụng: + CaCO3 làm chất nhồi cột ( pha tĩnh) + Petroleum ether làm dung môi pha động  Cột mang tính phân cực pha động mang tính khơng phân cực _ Các loại cột sử dụng sắc lỏng ký pha thường: -Si-CH2CH2CH2CN + Cột Silica gel: dùng đa mục đích -Si-CH2CH2CH2NH2 -Si-CH2CH2CH2OCH(OH)CH2(OH) + Cột Cyano:dung đa mục đích + Cột Amino: phân tích đường + Cột Diol: phân tích protein Si Si Silica gel Silica gel biến tính _ Liên kết Hydrogen: + Chất phân tích có nhóm : Carboxyl (-COOH), Amino (-NH2), Hydroxyl (-OH) =>lien kết hydrogen mạnh + Nếu mẫu có nhóm tert-butyl nhóm khơng phân cực lớn chướng ngại lập thể =>lien kết hydrogen yếu Dung môi pha động sử dụng cho sắc ký lỏng pha thường: + Dung môi chủ yếu: Hydrocarbons (Pentane, Hexane, Heptane, Octane) Aromatic Hydrocarbons (Benzene, Toluene, Xylene) Methylene Chloride Chloroform Carbon Tetrachloride… +Dung môi phụ: Methyl-t-butyl ether Diethyl ether Tetrahydrofuran Methanol Acetone… Dung môi chủ yếu sử dụng làm pha động, dung môi phụ thường thêm vào với tỉ lệ định để thay đổi thời gian lưu Các dung môi thường không hấp thu vào vùng UV để dễ dàng cho việc xác định II.Cấu tạo máy GC: Hệ thống sắc ký khí bao gồm thành phần sau: 1.Nguồn cung cấp khí mang: Có thể sử dụng bình chứa khí thiết bị sinh khí (thiết bị tách khí N2 từ khơng khí, thiết bị cung cấp khí H2 từ nước cất,…) Lò cột: Dùng để điều khiển nhiệt độ cột phân tích Bộ phận tiêm mẫu: Bộ phận tiêm mẫu dùng để đưa mẫu vào cột phân tích theo với thể tích bơm thay đổi Khi đưa mẫu vào cột, sử dụng chế độ chia dịng (split) khơng chia dịng (splitless) Có cách đưa mẫu vào cột: tiêm mẫu thủ công tiêm mẫu tự động (Autosamper – có khơng có phận hóa - headspace) Cột phân tích: Có loại cột: cột nhồi cột mao quản +Cột nhồi (packed column): pha tĩnh nhồi vào cột, cột có đường ính 24mkm chiều dài 2-3m +Cột mao quản (capillary): pha tĩnh phủ mặt (bề dày 0.2-0.5µm), cột có đường kính 0.1-0.5mm chiều dài 30-100m Cột nhồi cột mao quản Đầu dò: Các loại đầu dò thơng dụng bao gồm đầu dị ion hóa lửa (FID) đầu dò dẫn nhiệt (TCD) Cả loại đầu dò nhạy với hầu hết chất phân tích với nồng độ khác _ Đầu dị dẫn nhiệt (TCD): Loại đầu dị thơng dụng nay, dựa độ dẫn nhiệt vật chất quanh sợi dây Vonfram-rhenium có dịng điện chạy qua Khi phân tử chất cần phân tích tách khỏi cột hịa trộn với khí mang, độ dẫn nhiệt giảm đi, nhiệt độ điện trở dây Vonfram-Rhenium tăng lên làm xuất thay đổi điện áp tạo tín hiệu để đầu dị phát _ Đầu dị ion hóa lửa (FID): dùng phát hợp chất hữu hay hợp chất chứa hydro carbon carbon có khả hình thành ion dương điện tử q trình nhiệt phân, từ tạo dòng điện điện cực Hiện tượng tăng dòng điện chuyển đổi hiển thị dạng peak sắc ký đồ _ Đầu dò đốt xúc tác (CCD): dùng để xác định hydrocarbon cháy hydro _ Đầu dị phóng ion (DID): sử dụng thiết bị phóng điện điện áp cao để tạo ion _ Đầu dị độ dẫn điện phân khơ (DELCD): sử dụng pha khí nhiệt độ cao dùng để xác định hợp chất clo _ Đầu dị bẫy điện tử (ECD): sử dụng nguồn phóng xạ beta để đo khả bẫy điện tử _ Đầu dò quang kế lửa (FPD): sử dụng ống nhân quang để phát vạch quang phổ hợp chất chúng bị đốt lửa, phân tích hợp chất chứa photpho, lưu huỳnh, Halogen, số kim loại _ Đầu dò phát xạ nguyên tử (AED): mẫu sau khỏi cột đưa vào buồng hoạt hóa siêu âm tạo trường plasma phân hủy nguyên tố tạo phổ phát xạ nguyên tử _ Đầu dò Nitơ – Phospho (NPD): dạng đầu dị nhiệt điện tử Nitơ Phospho làm thay đổi chức làm việc lớp bao cuộn sinh nhiệt đặc biệt làm phát sinh dòng điện đo đạc _ Đầu dò khối phổ (MS), hay cịn gọi GC-MS có độ nhạy hiệu cao kể lượng mẫu nhỏ Một số loại khác: + Đầu dò quang hóa ion (PID) + Đầu dị ion hóa phóng xung (PDD) + Đầu dị ion hóa nhiệt (TID) + Đầu dị cực tím chân khơng (VUV) + Đầu dị hồng ngoại (IRD) + Đầu dị ion hóa Heli (HID) + Đầu dò độ dẫn điện phân (ELCD)… Bộ phận ghi nhận tín hiệu: Bộ phận ghi tín hiệu đầu dò phát Đối với hệ thống HPLC đại, phần phần mềm hệ thống ghi nhận, lưu thông số, sắc ký đồ, thơng số liên quan đến peak tính đối xứng, hệ số phân giải,… đồng thời tính tốn, xử lý thông số liên quan đến kết phân tích In liệu Sau phân tích xong, liệu in qua máy in kết nối với máy tính có cài phần mềm điều khiển *Một số hệ thống GC CASE Cùng với phát triển kỹ thuật sắc ký, sắc ký khí cơng cụ hữu hiệu nghiên cứu khoa học đặc biệt lĩnh vực hóa học phân tích Phương pháp sắc ký khí phương pháp sử dụng phổ biến việc phân tích hợp chất hữu dễ bay loại mẫu Tại CASE, hệ thống sắc ký khí hãng sản xuất thiết bị phân tích tiếng Shimadzu (GC 2010, GC 2010 Plus), Perkin Elmer, Varian (3800), Thermo Finnigan (Trace GC),… với đầu dị FID, ECD, NPD, FPD, TCD, MS có khả phân tích hợp chất hữu có chất khác Các hệ thống GC có gắn phận chích mẫu tự động (Autosampler) phận hóa (Headspace) 10 Hệ thống GC Varian 3800 Hệ thống GC Shimadzu 2010 Hệ thống GC Shimadzu 2010 Plus 11 III.Phân tích định lượng: Chuẩn bị mẫu: phương pháp khác, mẫu đem phân tích lấy mẫu đại diện cho lô nguyên liệu hay sản phẩm Các qui tắc lấy mẫu cần phải tuân thủ cho loại mẫu Mẫu cần làm trước tiêm mẫu vào GC Việc làm khơng tốt gây nên cấu tử cần xác định Tiêm mẫu: chất lỏng tiêm vào buồng tiêm mẫu nhiệt độ thiết lập cao gây nên phân hủy mẫu, mẫu có tham dự vào phản ứng Kỹ thuật tiêm mẫu gây sai số Mẫu bị phân hủy bị hấp phụ: có nhiều trường hợp có phân hủy hấp phụ buồng tiêm mẫu, cột, detector làm cho pic khơng đại diện cho lượng chúng có mẫu Để khắc phục điều ta nên dùng phương pháp lập đường chuẩn để biết diện tích hay chiều cao pic có tỉ lệ tuyến tính với lượng mẫu đưa vào hay khơng Đáp ứng detector: detector đáp ứng khác với hợp chất khác Vì cần biết rõ hệ số đáp ứng Hơn điều kiện làm việc thay đổi đáp ứng detector thay đổi Trong GC sử dụng phương pháp chuẩn nội để khắc phục điều Kỹ thuật lấy tích phân: GC có nhiều cách thiết lập quan hệ thông tin nhận từ pic sắc kí với hàm lượng cấu tử: Đo chiều cao pic, dùng máy ghi tích phân, cắt cân giấy Các cách có sai số riêng q trình xử lí Ngày với ghép nối máy tính phần mềm hỗ trợ việc tích phân hóa diện tích pic trở nên dễ dàng thông dụng Kết báo cáo đầy đủ thông tin pic chiều cao pic, diện tích pic, phần trăm mẫu … - Các phương pháp tính tốn định lượng: ***Phương pháp chuẩn hóa diện tích Đây phương pháp tính thành phần phần trăm mẫu cách đo diện tích pic sắc kí đồ Theo cách đem diện tích pic chất quan tâm A cho tổng diện tích pic: %A = (diện tích pic A/tổng diện tích pic)x100 % Khi phân tích thành phần có điểm sơi sát dãy đồng đẳng, phương pháp dùng để tính tỷ lệ phần trăm khối lượng 12 Phương pháp tất cấu tử rửa giải đáp ứng detector với cấu tử giống Nếu điều kiện thỏa mãn phương pháp nhanh hiệu *** Phương pháp tính theo hệ số hiệu chỉnh Như biết detector đáp ứng khác chất khác Vì cần phải tính hệ số hiệu chỉnh Nhờ hệ số tính thành phần phần trăm cấu tử mẫu %A dientichcua A / F(A) (dientichcua Ai / F (Ai)) Cách xác định hệ số hiệu chỉnh: Tiêm dung dịch chuẩn biết nồng độ cấu tử A, B, C… vào GC Sắc kí đồ thu có pic phân giải hồn tồn diện tích thu tương ứng SA , SB , SC… tương ứng với khối lượng mẫu mA, mB, mC … Chọn pic làm chuẩn ví dụ A có tỉ lệ SA/mA gán giá trị F = Từ tỉ lệ SB/mB, SC/mC… suy FB, FC… *** Phương pháp lập đường chuẩn Lập đường chuẩn riêng rẽ cấu tử hỗn hợp cách tiêm thể tích loạt dung dịch hỗn hợp chất chuẩn có nồng độ khác Như loạt nồng độ chất chuẩn phân tích diện tích chúng xác định Một đường chuẩn dựng cho cấu tử với trục nồng độ trục diện tích tương ứng để kiểm tra tuyến tính đáp ứng detector Tiêm thể tích mẫu có cấu tử cần phân tích chạy sắc kí điều kiện chạy chuẩn Từ diện tích thu cấu tử cần phân tích đường chuẩn vừa thiết lập suy nồng độ chúng *** Phương pháp dùng chuẩn nội 13 Phương pháp gọi phương pháp chuẩn hóa tương đối hay gián tiếp Để định lượng cấu tử X ta cần phải chọn chất chuẩn S cho: Nếu trộn lẫn X với S ta phải thu đỉnh riêng biệt sắc kí đồ Pic X S phải gần Sau ta phải pha hỗn hợp có tỷ lệ trọng lượng X S biết trước, chạy sắc kí, đo diện tích pic, lập tỉ số diện tích tương ứng, cuối lập đường chuẩn tương đối Ở : Sc/Ss tỉ lệ diện tích cặp cấu tử cần xác định X chất chuẩn nội Wc/Ws tỉ lệ trọng lượng cặp cấu tử cần xác định X chất chuẩn nội Khi phân tích mẫu thật, ta cho lượng biết trước chất chuẩn nội S vào mẫu tiến hành sắc kí hỗn hợp Từ tỉ lệ diện tích đo được, đường chuẩn tương đối vừa dựng ta có tỉ lệ trọng lượng Với trọng lượng chuẩn S thêm vào biết ta tính trọng lượng chất X Phương pháp có ưu điểm: Không cần biết đến đáp ứng detector Khơng cần trì nghiêm ngặt ều kiện tiến hành sắc kí thay đổi loại trừ theo cách tính tỷ số IV.Ứng dụng: 14 _Các hệ thống sắc ký khí với tất loại đầu dị, CASE phân tích hầu hết hợp chất thuốc trừ sâu họ Chlor (Aldrin, Eldrin,…), họ Phospho (Chlorpyriphos, Diazinon,…) họ Cúc (Cypermethrin, Deltamethrin,…), loại thuốc diệt cỏ, diệt nấm mẫu nông sản, thực phẩm, thủy hải sản, môi trường… phục vụ cơng tác an tồn vệ sinh cho loại hàng hóa lưu thơng nước xuất _ Phân tích tiêu nước theo quy chuẩn Bộ Y tế (QCVN 01:2009/BYT) quy chuẩn khác _ Phân tích dư lượng PCBs, PAHs, mẫu thực phẩm, môi trường, nước,… theo yêu cầu quan quản lý nước _ Phân tích hóa chất POPs (Persistent Organic Pollutants) mơi trường, thực phẩm,… _ Phân tích 20 amino acid thực phẩm, phân bón, chế phẩm sinh học,… _ Phân tích mẫu bệnh phẩm, mẫu ngộ độc: Methanol, Trichloroacetic, Benzen, Toluen,… máu, nước tiểu _ Phân tích BTX (Benzen – Toluen – Xylen) số hợp chất bay khác khơng khí _ Phân tích hoạt chất, hương liệu dược phẩm,… theo dược điển Anh (BP), Mỹ (USP), Nhật (JP), Châu Âu (EP), Việt Nam,… _ Phân tích thành phần acid béo, cholesterol, thành phần khác theo yêu cầu bảng giá trị dinh dưỡng (Nutrition Fact) _Trong ngành môi trường,hệ thống sắc ký khí ứng dụng để phân tích thành phần hữu mẫu khác bao gồm: + Khơng khí khí thải: Formaldehyd, Toluen, Xylen, Benzen, Etanol, MEK, phenol,… + Nước thải, nước mặt, nước ngầm, nước biển ven bờ, nước ăn uống, nước sinh hoạt: Phenol, Dư lượng thuốc BVTV gốc clo, Dư lượng Thuốc BVTV gốc lân, 2,4D, … + Trầm tích bùn thải: Clodan, Lindan, Heptaclor, 2,4D, Endrin,… 15 + Đất: 2,4D, Lindan, Heptaclor, Hexaclorobenzen,… _Phân tích lượng ethanol có rượu để tính độ cồn có máu _Phân tích hàm lượng chất ngành hóa dược phân tích hàm lượng kháng sinh Penicillin, thuốc an thần,… _Sử dung rộng rãi khoa học pháp y, phát chất gây nghiện, ma túy chưa xác định _Đo lường chất gây ô nhiễm, gây hư hỏng pha trộn thực phẩm, dầu, bơ, sữa… _Được sử dụng phân tích piperine, dầu bạc hà, dầu hoa oải hương, tiêu chuẩn tham khảo nước hoa, hợp chất chiral có loại tinh dầu, tinh dầu ô liu, tinh dầu chanh,… Tư liệu: Việc xác định (đo xác) nồng độ cồn máu (BAC) xét nghiệm thông thường thực phịng thí nghiệm pháp y phân tích cồn máu sử dụng thực thi pháp luật để xác định xem người lái xe bất hợp pháp hoạt động xe Kết sử dụng tịa án pháp luật, điều quan trọng để giảm thiểu sai số hệ thống điều hành, lưu ý ứng dụng trình bày chi tiết phương pháp tách cột tối ưu hóa cho việc xác định rượu ethyl, tiêu chuẩn rượu propyl nội, ba rượu thông thường khác, nhiều khả can thiệp chất bay phổ biến mẫu phân tích cho biện pháp lái xe ảnh hưởng rượu "(DUI) viết tắt sử dụng nhiều huyện điều chỉnh) phương pháp để xác định nồng độ cồn máu pháp y mang khí: helium, 20 mL / phút cột: ft × mm kính ID det: FID tiêm: ml lị: 85 ° C đóng gói: 5% Carbowax 20M vào 60/80 Carbopack B xác định rượu (tức ethanol) máu nước tiểu Một ứng dụng rõ ràng quan thực thi pháp luật cần phải xác định có hay khơng người say xỉn trường hợp này, độ nhạy cao 16 cần thiết kể từ 0,1% nồng độ cồn máu coi say sưa cách hợp pháp hầu hết quốc gia Sắc ký khí-Mass phổ (GC-MS) sử dụng để điều tra khác biệt gây bệnh dạng ung thư theo giới tính tình trạng mãn kinh Trong nghiên cứu xuất BMC (dịch vụ BioMed Central xuất nghiên cứu ban đầu ung thư) Ung thư, nhà khoa học tìm cách để đánh giá thay đổi chuyển hóa steroid tiết niệu nam giới trước sau mãn kinh phụ nữ bị ung thư tuyến giáp dạng nhú (PTC) GC-MS sử dụng để đo nồng độ nước tiểu 84 steroid tất bệnh nhân chống lại điều khiển tương ứng Tỷ lệ trao đổi chất estrone 2-hydroxy 2-hydroxy-17 bêta estradiol đặc biệt cho thấy khác biệt giới tính bệnh nhân PTC Người ta hy vọng phát giúp hiểu khác biệt gây bệnh PTC theo điều kiện giới tính mãn kinh tốt 17 ... thể b .Phương pháp sắc ký lỏng pha thường: b.1 .Nguyên tắc chung sắc ký lỏng: Pha tĩnh yếu tố quan trọng định chất trình sắc ký loại sắc ký + Nếu pha tĩnh chất hấp phụ ta có sắc ký hấp phụ pha thuận... protein, phương pháp đề ngh? ?trong nghiên cứu định lượng protein hay phân tử 2.Khái niệm nguyên tắc phương pháp sắc ký lỏng: a.Khái niệm sắc ký lỏng: Sắc ký lỏng phương pháp tách sắc ký chất dựa...PHƯƠNG PHÁP SẮC LỎNG KÝ PHA THƯỜNG ( NP-LC) CẤU TẠO MÁY GC - ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM *Lịch sử: Năm 1903, nhà bác học Nga Michael Tswett cho dung dịch sắc tố thực vật ete dầu