Sự khác biệt giữa sắc ký khí và Sắc ký lỏng

Tổng quan

• Cả sắc ký khí và sắc ký lỏng đều phục vụ cùng một mục đích, tức là tách các thành phần của bất kỳ hỗn hợp nào. Nhưng chúng khác nhau rất nhiều nếu chúng ta nói về cơ chế hoạt động, các thành phần được sử dụng và các điều kiện cần thiết.
• Sắc ký khí sử dụng khí làm pha động để di chuyển các hạt của mẫu bên trong cột. Ngược lại, trong sắc ký lỏng, pha động được sử dụng để di chuyển các hạt mẫu có bản chất là chất lỏng.

Nguyên tắc

• Nguyên tắc đằng sau sắc ký khí là nó sử dụng, tách và phân tích các hợp chất ở trạng thái dễ bay hơi hoặc khí. Ngược lại, kỹ thuật sắc ký lỏng tách các ion, hạt hoặc phân tử hòa tan trong chất lỏng.
• Sắc ký khí hoạt động dưới nhiệt độ rất cao để giữ cho mẫu ở trạng thái dễ bay hơi. Để so sánh, sắc ký lỏng hoạt động trong điều kiện áp suất cao có thể đẩy và tách các hạt cấu thành của mẫu.
• Trong hóa học phân tích, người ta thường nhầm lẫn giữa hai kỹ thuật sắc ký quan trọng này. Vì vậy, ở đây chúng tôi mong muốn cung cấp cho bạn tất cả những khác biệt chính giữa sắc ký khí và sắc ký lỏng.

Bảng So Sánh

CƠ SỞ TÍNH CHẤT	GAS CHROMATOGRAPHY	LIQUID CHROMATOGRAPHY
Ý nghĩa	Đây là kỹ thuật sắc ký hỗ trợ việc tách và phân tích các hợp chất dễ bay hơi trong pha khí.	Đây là kỹ thuật sắc ký tách các ion hoặc phân tử có ở trạng thái hòa tan trong dung môi.
Còn được biết là	Sắc ký khí-lỏng hoặc sắc ký khí	Sắc ký lỏng rắn
Pha động	Khí Ví dụ: Heli	Lỏng Ví dụ: Silica
Pha tĩnh	Các phân tử chất lỏng có mặt trong chất hỗ trợ rắn	Chất hấp phụ rắn
Mẫu thử	Bay hơi	So sánh ít biến động
Hình dạng sắc ký	Cột	Cột hoặc mặt phẳng
Detectors	Chất lượng của độ phân giải phụ thuộc vào độ bay hơi của các thành phần có trong hỗn hợp	Ở đây các đầu dò là: • Máy dò quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) • Đầu dò chỉ số khúc xạ (RID) • LC/MS
Cột	Các mao quản hoặc cột mỏng, dài và hẹp	Các cột được đóng gói ngắn và có kích thước rộng
Sự phụ thuộc của độ phân giải	Chất lượng của độ phân giải phụ thuộc vào độ bay hơi của các thành phần có trong hỗn hợp	Ở đây, độ phân giải phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp và tính phân cực của các phân tử có mặt.
Điều kiện hoạt động	Diễn ra ở nhiệt độ cao	Hoạt động dưới áp suất cao
Điều khiển nhiệt độ	Bắt buôc	Không bắt buộc
Sử dụng	Trong quá trình tách các hợp chất dễ bay hơi	Trong quá trình tách các phân tử thành phần hòa tan
Chi phí	Chi phí thấp	Chi phí cao
Thời gian sử dụng	Mất thời gian tương đối ít hơn	Rất tốn thời gian – một quá trình tốn kém
Ứng dụng	• Tách dầu và axit béo • Tách sắc tố thực vật • Xét nghiệm lạm dụng thuốc • Cách ly thuốc trừ sâu dễ bay hơi khỏi mẫu • Kiểm tra độc tố và các hóa chất độc hại khác trong không khí	• Tách các ion vô cơ ra khỏi mẫu • Tách các loại đường, polyme, nucleotide, vitamin, peptide, protein, phân tử lipid, v.v.

Sắc ký khí là gì?

• Sắc ký khí là một kỹ thuật rất nổi tiếng trong hóa học phân tích được sử dụng để tách và phân tích các thành phần của các hợp chất ở trạng thái dễ bay hơi của chúng.
• Sắc ký khí sử dụng khí làm pha động để mang các phân tử mẫu qua pha tĩnh. Pha khí này mang các phân tử mẫu trên pha tĩnh bên trong cột.

Tách các thành phần

• Sự phân tách các thành phần trong sắc ký khí phụ thuộc vào trạng thái cân bằng phân chia của các thành phần giữa pha động và pha tĩnh.
• Mức độ phân tách phụ thuộc vào điểm sôi của các thành phần. Điểm sôi càng cao, cấu tử di chuyển qua pha tĩnh càng chậm.
• Các phân tử có nhiệt độ sôi thấp tương tác ít hơn với pha tĩnh và nhiều hơn với pha động, di chuyển nhanh hơn qua cột.
• Trong khi đó, những chất có điểm sôi cao hơn tương tác ít hơn với pha động và nhiều hơn với pha tĩnh, di chuyển chậm trong cột.

Cột

• Là một cuộn dây giống như ống dài vẫn được sắp xếp gọn gàng trong một buồng. Cột chứa vật liệu hấp phụ đóng vai trò là pha tĩnh cho sắc ký.

Có hai loại cột:

• Cột đóng gói
• Cột mao quản

 

Mẫu thử

• Mẫu phải dễ bay hơi nếu bạn muốn phân tích bằng sắc ký khí. Nó có thể ở dạng khí hoặc lỏng.
• Nếu ở trạng thái lỏng, mẫu cần được chuyển đổi thành dạng hơi.

Mẫu được sử dụng phải có khả năng chịu được nhiệt độ cao hơn. Ngoài ra, chúng ta nên ghi nhớ bản chất ban đầu và hoạt động của mẫu không thay đổi trong quá trình bay hơi.

Pha tĩnh

• Pha tĩnh cung cấp nền tảng mà các phân tử chạy trên đó. Thành trong của cột có lót chất hấp phụ đóng vai trò như pha tĩnh.
• Cả chất lỏng cũng như chất rắn đều có thể đóng vai trò pha tĩnh. Hơn nữa, vật liệu được sử dụng phải có khả năng chịu nhiệt độ rất cao trong buồng hoặc lò nướng.

Nếu pha tĩnh là chất rắn, chúng tôi gọi kỹ thuật này là sắc ký khí-rắn. Trong khi đó, khi pha tĩnh là chất lỏng, chúng tôi gọi kỹ thuật này là sắc ký khí-lỏng.

Pha động

• Khí được sử dụng cho pha động thường trơ hoặc không phản ứng về bản chất. Điều này tránh mọi hoạt động hóa học giữa mẫu và khí hoặc khí và pha tĩnh.
• Hầu hết các phòng thí nghiệm phân tích thích sử dụng khí heli hoặc khí nitơ cho mục đích này vì khí này trơ trong khi khí nitơ không phản ứng.
• rây phân tử
• Phần này vẫn được gắn giữa xi lanh khí và buồng. Nó lọc ra tất cả các tạp chất không mong muốn như hydrocacbon, oxy hoặc hàm lượng nước có thể cản trở quá trình.

Detector

Một bộ máy dò phát hiện (còn gọi là Detector) các phân tử rửa giải ra khỏi cột ở cuối cột.

Có một số loại detector hiện diện trong sắc ký khí như:

• Đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID)
• Đầu dò dẫn nhiệt (TCD)
• Đầu dò GS/MS
• …

Làm việc trên sắc ký khí

• Mẫu cần tách được chuẩn bị bằng cách trộn với dung môi dễ bay hơi thích hợp như heptan, axeton hoặc metanol. Mẫu được tiêm vào cổng tiêm.
• Nhiệt độ cổng tiêm vẫn cao hơn 20-50 độ so với cột. Điều này cho phép sự bay hơi nhanh chóng của mẫu.
• Khí di động sau đó được giải phóng vào cột và mẫu bắt đầu.
• Các thành phần riêng biệt theo điểm sôi tương ứng của chúng.
• Phát hiện kết quả trong sắc ký khí
• Ngay khi các mẫu chạy qua cột, máy dò sẽ phát hiện chất rửa giải. Sau khi nó gửi tín hiệu đến máy tính để tạo đỉnh.
• Chúng cho giá trị cực đại liên quan đến thời gian lưu của mẫu.
• Diện tích dưới pic cung cấp thông tin về nồng độ của mẫu.

 

Tìm hiểu về sắc ký khí với ví dụ

Giả sử nếu chúng ta chạy ba mẫu,

• Chứa metanol: Mẫu 1
• Chứa axeton: Mẫu 2
• Không xác định: Mẫu 3

Đỉnh của metanol xuất hiện sau 5 phút trong khi cực đại của axeton xuất hiện sau 3 phút.

Vì vậy, khi mẫu chưa biết hiển thị cực đại sau 5 phút và 8 phút, thì nó xác nhận rằng mẫu thu được sau 5 phút là metanol. Và, vì đồ thị biểu thị không có đỉnh sau 3 phút, điều này cho thấy không có axeton.

Sắc ký lỏng là gì?

• Sắc ký lỏng là loại sắc ký tiên tiến nhất sử dụng chất lỏng làm pha động. Hiện nay, sắc ký lỏng dùng để chỉ sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
• Như tên gợi ý, hiệu suất cao có nghĩa là độ phân giải cao, trong khi sắc ký lỏng biểu thị pha động lỏng. Hơn nữa, HPLC được gọi là sắc ký lỏng cao áp ở một số nơi vì nó hoạt động dưới áp suất rất cao.

Nguyên tắc đằng sau sắc ký lỏng

Nguyên tắc làm việc của sắc ký lỏng hoặc HPLC là hoàn toàn khác so với Sắc ký khí. Nguyên tắc bắt đầu với quá trình cân bằng, trong đó cột được cân bằng với dung dịch đệm, sau đó là liên kết mẫu, rửa và cuối cùng là rửa giải.

Các loại HPLC

Có hai loại HPLC chính dựa trên tính phân cực của pha tĩnh và pha động:

• Pha bình thường: Pha động không phân cực trong khi tĩnh là phân cực.
• Pha đảo ngược: Pha động là cực và pha tĩnh là không phân cực.

Các thành phần của sắc ký lỏng

Cột

• Cột được nhồi chặt bằng vật liệu hấp phụ kích thước nhỏ (2 đến 50 micron). Các cột có thiết kế sao cho chúng có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện áp suất cao có thể dao động từ 50-350 bar. Vật liệu dùng để xây dựng các cột khá chắc chắn để chịu được áp lực cao.

Có ba loại cột:

• Cột hấp dẫn
• Cột lọc gel
• Cột trao đổi ion

Pha tĩnh

• Cột HPLC bao gồm các vật liệu hấp phụ như silica, môi trường hydroxyapatite hoặc nhựa/hạt polystyrene. Ví dụ: Polystyren divinylbenzen.
• Các hạt có đường kính nhỏ hơn dẫn đến khả năng phân tách được cải thiện với độ phân giải tăng lên. Điều này là do nó cung cấp diện tích bề mặt lớn hơn để các phân tử mẫu tương tác.

Pha động

• Kỹ thuật này sử dụng hỗn hợp các dung môi khác nhau làm pha động.
• Việc lựa chọn pha động phụ thuộc vào loại mẫu bạn đang tách.
• Có một bể chứa di động riêng biệt để lưu trữ chất lỏng pha động. Bình chứa này vẫn được gắn với một máy bơm đẩy di động vào cột với áp suất cao.

Detector (Đầu dò hay bộ phát hiện)

• Giống như sắc ký khí, các loại máy dò khác nhau vẫn được gắn ở cuối cột để phân tích dịch rửa giải đi ra.

Một số máy dò phổ biến là:

• Detector hồng ngoại
• Detector tia cực tím
• Detector huỳnh quang
• Khối khối phổ kế
• Phát hiện chỉ số khúc xạ
• Detector điện hóa
• …

Hiểu về sắc ký lỏng với ví dụ

• Để phát hiện các thành phần của mẫu, bạn cần một tài liệu tham khảo tiêu chuẩn để so sánh. Do đó, các mẫu đã biết được chạy để tham khảo.
• Ví dụ: chúng tôi đã chạy các mẫu 1 glucose và 2 sucrose làm tài liệu tham khảo đã biết và thu được cực đại sau 5 phút và 8 phút. Và sau đó chúng tôi đã chạy mẫu 3 như chưa biết.

 

Sau khi chạy kết quả chưa biết, các pic thu được sau 5 phút và 8 phút xác nhận sự hiện diện của glucose và sucrose tương ứng

Sự khác biệt chính giữa sắc ký lỏng và sắc ký khí

• Sắc ký khí tách và phân tích các hợp chất trong pha dễ bay hơi của chúng. Ngược lại, sắc ký lỏng rất hữu ích để phân chia các phân tử cấu thành ở trạng thái hòa tan.
• Pha động là khí trong trường hợp sắc ký khí. Để so sánh, pha động là chất lỏng trong sắc ký lỏng.
• Pha tĩnh có thể là chất lỏng hoặc khí trong sắc ký khí. So sánh, đó là vật liệu hấp phụ rắn trong sắc ký lỏng.
• Cột dài và hẹp, được đóng gói hoặc mao quản trong sắc ký khí. Trong khi cột ngắn và rộng; cột đóng gói.
• Sắc ký khí hoạt động ở nhiệt độ cao, trong khi sắc ký lỏng hoạt động ở áp suất cao.
• Kỹ thuật sắc ký khí là một công việc có chi phí tương đối thấp. Nhưng sắc ký lỏng rất đắt tiền.

Phần kết luận

Bài đăng sẽ cung cấp sự khác biệt chính giữa sắc ký khí và lỏng cùng với tổng quan chi tiết về các thành phần, cơ chế hoạt động và phát hiện của chúng.

Cấu hình cơ bản của một hệ thống sắc ký lỏng HPLC

Sắc ký trao đổi ion – Tổng quan