Máy sắc ký khí là gì.

Máy sắc ký khí (Gas Chromatography - GC) là một thiết bị phân tích hóa học dùng để tách, xác định và định lượng các hợp chất dễ bay hơi và bền nhiệt trong một hỗn hợp phức tạp. Nó là một công cụ mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa học, sinh học, dược phẩm, môi trường, thực phẩm, và pháp y.

Nguyên lý hoạt động cơ bản

Nguyên lý hoạt động của máy sắc ký khí dựa trên sự khác biệt về tính chất vật lý và hóa học của các thành phần trong mẫu khi chúng tương tác với hai pha:

• Pha động (Mobile Phase): Là một chất khí trơ (gọi là khí mang) như Helium (He), Nitrogen (N2), hoặc Hydrogen (H2). Khí này có nhiệm vụ mang mẫu đi qua hệ thống.
• Pha tĩnh (Stationary Phase): Là một chất rắn hấp phụ hoặc một lớp chất lỏng (thường là polymer có điểm sôi cao) được phủ bên trong hoặc nhồi vào một cột sắc ký (ống rất dài và mỏng).

Khi mẫu được đưa vào máy GC, nó sẽ được hóa hơi (nếu ban đầu là chất lỏng hoặc rắn) và được khí mang đưa vào cột sắc ký. Trong cột, các thành phần của mẫu sẽ tương tác khác nhau với pha tĩnh:

• Các chất có ái lực yếu với pha tĩnh và điểm sôi thấp hơn sẽ di chuyển nhanh hơn qua cột.
• Các chất có ái lực mạnh hơn với pha tĩnh và điểm sôi cao hơn sẽ bị giữ lại lâu hơn và di chuyển chậm hơn.

Do sự khác biệt về tốc độ di chuyển này, các thành phần trong hỗn hợp sẽ được tách ra và đi ra khỏi cột vào các thời điểm khác nhau. Thời điểm một chất đi ra khỏi cột được gọi là thời gian lưu (retention time) của chất đó. Thời gian lưu là một đặc trưng quan trọng giúp nhận diện chất.

Sau khi ra khỏi cột, mỗi thành phần sẽ được một đầu dò (detector) phát hiện và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được ghi lại và hiển thị dưới dạng một sắc ký đồ (chromatogram) trên máy tính.

Cấu tạo chính của máy sắc ký khí

Một máy sắc ký khí điển hình bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

1. Nguồn khí mang (Carrier Gas Supply): Cung cấp khí trơ tinh khiết (He, N2, H2) với tốc độ dòng ổn định để đẩy mẫu qua cột.
2. Bộ tiêm mẫu (Injector/Sampler): Nơi mẫu được đưa vào hệ thống. Mẫu thường được bơm vào dưới dạng chất lỏng bằng kim tiêm và được hóa hơi nhanh chóng tại đây trước khi đi vào cột.
3. Cột sắc ký (Column): Là trái tim của máy GC, nơi quá trình tách các chất diễn ra. Cột được đặt trong một lò cột (column oven) có khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác để tối ưu hóa quá trình tách. Có hai loại cột phổ biến:
   • Cột nhồi (Packed Column): Cột ngắn hơn, đường kính lớn hơn, chứa chất mang rắn được phủ pha tĩnh.
   • Cột mao quản (Capillary Column): Cột rất dài (vài chục mét), đường kính nhỏ, có lớp pha tĩnh mỏng phủ bên trong thành ống. Đây là loại cột phổ biến hơn hiện nay do khả năng tách hiệu quả cao.
4. Đầu dò (Detector): Bộ phận phát hiện các chất đã tách ra khỏi cột và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện. Có nhiều loại đầu dò khác nhau, mỗi loại có độ nhạy và tính chọn lọc riêng cho các loại chất khác nhau:
   • Đầu dò ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detector - FID): Rất nhạy với các hợp chất hữu cơ.
   • Đầu dò dẫn nhiệt (Thermal Conductivity Detector - TCD): Phát hiện hầu hết các chất, không phá hủy mẫu.
   • Đầu dò thu bắt điện tử (Electron Capture Detector - ECD): Rất nhạy với các hợp chất chứa halogen (ví dụ: thuốc trừ sâu, PCBs).
   • Đầu dò nitơ-phốt pho (Nitrogen-Phosphorus Detector - NPD): Nhạy với các hợp chất chứa nitơ và phốt pho.
   • Đầu dò khối phổ (Mass Spectrometer - MS): Khi GC được ghép nối với MS (tạo thành GC-MS), MS sẽ phân tích các ion của từng chất đã tách, cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử, giúp xác định chất một cách chính xác hơn.
5. Hệ thống xử lý dữ liệu (Data System): Máy tính và phần mềm để thu thập tín hiệu từ đầu dò, hiển thị sắc ký đồ, tính toán thời gian lưu, diện tích peak (để định lượng) và phân tích dữ liệu.

Ứng dụng của máy sắc ký khí

Máy sắc ký khí được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

• Phân tích môi trường: Phát hiện các chất ô nhiễm hữu cơ bay hơi (VOCs) trong không khí, nước, đất; phân tích dư lượng thuốc trừ sâu, PCBs, PAHs.
• Công nghiệp thực phẩm: Kiểm tra chất lượng và an toàn thực phẩm, phân tích thành phần hương liệu, chất béo, cồn, dư lượng dung môi.
• Công nghiệp dược phẩm: Kiểm soát chất lượng nguyên liệu thô, thành phẩm, phân tích tạp chất, định lượng hoạt chất.
• Hóa dầu và hóa chất: Phân tích thành phần khí thiên nhiên, sản phẩm dầu mỏ, kiểm soát chất lượng sản phẩm hóa dầu.
• Pháp y: Phân tích mẫu trong các vụ án hình sự (ví dụ: phát hiện ma túy, chất gây cháy, cồn trong máu).
• Nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu tổng hợp hữu cơ, phân tích sản phẩm phản ứng, phát triển vật liệu mới.

Nhờ khả năng tách và phân tích các chất dễ bay hơi với độ nhạy cao, máy sắc ký khí là một công cụ không thể thiếu trong nhiều phòng thí nghiệm hiện đại.

 Nếu bạn quan tâm về sản phẩm của máy sắc ký khí, Xin hãy liên hệ cho chúng tôi:

☏ Hotline: 0931114532  Mr. Thanh