Phẩm màu thực phẩm là một nhóm những chất có màu được dùng làm phụgia
thực phẩm, đểtạo ra hoặc cải thiện màu sắc của thực phẩm, nhằm làm tăng tính hấp dẫn
của sản phẩm. Hiện nay màu thực phẩm chủyếu có ba loại: chất màu nhân tạo, chất màu
có nguồn gốc chất khoáng và chất màu tựnhiên. Phần lớn chất màu thực phẩm nhân tạo
đều có thểgây ung thưvà có tác động khác không tốt đối với cơthể. Chất màu thực phẩm
tựnhiên là một trong các thành phần của thực phẩm tựnhiên và hầu nhưkhông độc hại.
Chẳng hạn nhưmàu xanh lá cây được chiết suất từlá dứa hoặc lá tre, màu đỏ được lấy từ
quảgấc hoặc hạt điều, màu vàng từnghệ, màu tím từlá cẩm, củdền Tuy nhiên, nhóm
phẩm màu có nguồn gốc tựnhiên có nhược điểm là độbền kém, phải sửdụng với hàm
lượng lớn nên giá thành sản phẩm cao. Do đó việc nghiên cứu vềcác phẩm màu tựnhiên
đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm.
Một trong những chất màu có nhiều trong các loại thực vật là anthocyanin.
Anthocyanin (anthos theo nghĩa hy lạp là hoa, kianos là màu xanh) là một trong những
nhóm màu tựnhiên dễtan trong nước, có nhiều trong các bộphận hoa, quả, cuống, lá, rễ
và các cơquan khác của một sốloài thực vật. Phần lớn các anthocyanin có màu đỏvà
xanh, ngoài ra cũng có màu cam, tím và đỏtía, rất thích hợp cho việc thay thếmàu tổng
hợp. Bên cạnh ưu thếvềmàu sắc, các anthocyanin còn là những chất có khảnăng kháng
oxi hóa rất mạnh. Mặc dù đã có hơn 600 loại anthocyanin được tìm thấy trong tựnhiên,
thếnhưng các nghiên cứu vềcấu trúc, màu sắc, hoạt tính sinh học cũng nhưsựphân bố
của chúng trong các loại cây cỏvẫn chưa đầy đủ. Do vậy cần phải có những nghiên cứu
sâu hơn vềcác yếu tốnày đểcó những định hướng thích hợp cho việc sửdụng, bảo quản
anthocyanin làm các phẩm màu cho thực phẩm.
24 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 4707 | Lượt tải: 6
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Ứng dụng HPLC ghép đầu dò điện hóa và diode array (hplc-Ecd-dad) để xác định hệ số hấp thu phân tử và định lượng anthocyanin trong dịch trích thực vật, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 VAI TRÒ CỦA CHẤT CHỐNG OXI HÓA1:
Trong cơ thể con người thường xuyên diễn ra nhiều hoạt động hoặc xây dựng hoặc
huỷ hoại. Có những chất tưởng như là thực phẩm chính của tế bào nhưng đồng thời cũng
lại làm hại tế bào. Có những phân tử gây ra tổn thương thì cũng có những chất đề kháng
lại hành động phá phách này. Gốc tự do, oxygen và chất chống oxy hóa là một thí dụ.
Theo các nhà khoa học thì gốc tự do có thể là thủ phạm gây ra tới trên 60 bệnh. Chúng
tấn công lên các phân tử protein, lipid, DNA… dẫn đến các căn bệnh nan y như thoái hóa
thần kinh, ung thư, tim mạch, tiểu đường, gút… Vì vậy chế độ ăn nhiều rau quả và ít
cholesterol sẽ làm giảm ung thư, kìm hãm và giảm các gốc tự do. Các chất chống oxi hóa
từ trái cây giúp bảo vệ, ngăn cản quá trình oxi hóa. Để chống lại tác hại lớn do các gốc tự
do gây ra, cơ thể con người được trang bị một hệ thống các chất chống oxi hóa.
Chất chống oxi hóa là các chất có khả năng ngăn ngừa, chống lại và loại bỏ tác
dụng độc hại của các gốc tự do trực tiếp hoặc gián tiếp. Chất chống oxi hóa có thể phản
ứng trực tiếp với gốc tự do hoạt động, tạo ra những gốc mới kém hoạt động hơn, ngăn
cản các chuỗi phản ứng dây chuyền do gốc tự do khơi mào.
. .
2
. .
HO Anthocyanin H H O Anthocyanin
ROO Anthocyanin H ROOH Anthocyanin
Chất chống oxi hóa cũng có thể tạo phức gián tiếp với ion kim loại chuyển tiếp, ức
chế enzyme xúc tác trong phản ứng sinh gốc tự do nhằm ngăn sự hình thành gốc tự do
trong cơ thể.
Để trở thành 1 chất chống oxi hóa cần thỏa 2 điều kiện:
Khi hiện diện ở nồng độ thấp (bằng chất nền) nó có thể trì hoãn hoặc ngăn
chặn sự tự oxi hóa hoặc sự oxi hóa các gốc tự do trung gian.
Các gốc tự do hình thành sau khi lọc bỏ phải ổn định, qua liên kết hidro nội
phân tử ở quá trình oxi hóa tiếp theo. Chất chống oxi hóa giữ các gốc tự do ở một nồng
độ thấp, cho phép chúng thực hiện các chức năng sinh học hữu ích mà không gây ra tổn
hại nào2,3.
2
Nghiên cứu gần đây cho rằng flavonoid và polyphenol có trong trái cây, hoa quả
đóng góp đáng kể vào khả năng chống oxi hóa. Tiêu thụ thường xuyên các polyphenol
làm tăng tuổi thọ vì giúp làm giảm sự kích động và giảm bệnh tim mạch. Ước tính mỗi
ngày chúng ta tiêu thụ từ vài trăm miligram tới một gram flavonoid.
Anthocyanin là những polyphenol thuộc nhóm flavonoid, có hoạt tính chống oxi
hóa do có các nhóm OH trên vòng thơm. Tính chất hóa học của polyphenol, hay khả năng
của hydrogen phenolic, chính là hoạt động chống oxi hóa, chúng làm sạch các gốc tự do
bằng phản ứng cho nguyên tử hydrogen phenolic trên vòng thơm, khi đó phenol trở thành
gốc phenoxyl.
1.2 GIỚI THIỆU VỀ NHÓM ANTHOCYANIN2,4,5
1.2.1 Cấu trúc của nhóm anthocyanin
Anthocyanidin là cấu trúc cơ bản của anthocyanin. Anthocyanidin (aglycon) gồm
vòng A liên kết với nhân dị vòng C chứa oxi, vòng C liên kết C-C với vòng thơm B. Khi
anthocyanidin ở dạng glycoside (liên kết với đường), chúng được gọi là anthocyanin.
O+
R1
OH
OH
OH
R3
O
O
HO
HO OH
CH2OH
B
A C
Anthocyanin R1 R2
Cyanidin-3-glu -OH -H
Delphinidin-3-glu -OH -OH
Pelargonidin-3-glu -H -H
Malvidin-3-glu -OCH3 -OCH3
Peonidin-3-glu -OCH3 -H
Petunidin-3-glu -OH -OCH3
Hình 1: Cấu trúc các anthocyanin thường gặp.
3
Sự phân bố các anthocyanidin trong rau quả như sau: Cy 50%, Dp 12%, Pg 12%,
Pn 12%, Pt 7% và Mv 7%. Các dẫn xuất glycoside hiện diện ở dạng 3- monoside, 3-
bioside, 3,5- và 3,7-diglucoside. 3-glucoside có nhiều hơn 2.5 lần so với 3,5-diglucoside,
cyanidin-3-glucoside là loại anthocyanin phổ biến nhất 6.
1.2.2 Tính chất của các anthocyanin6,7
Độ ổn định:
Các anthocyanin dễ bị phân hủy. Độ ổn định của anthocyanin phụ thuộc pH, nhiệt
độ lưu trữ, cấu trúc hóa học, nồng độ, ánh sáng, oxygen, dung môi, sự hiện diện các
enzyme, flavonoid, protein và các ion kim loại.
Tùy vào pH mà anthocyanin có thể tồn tại ở 4 dạng cấu trúc: dạng cation
flavylium, baz quinodial, baz carbinol và chalcone. Khi dung dịch ở pH < 3.2,
anthocyanin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng: cation flavylium và baz quinodial màu đỏ/vàng.
Cấu trúc của các anthocyanin thay đổi tùy thuộc vào pH. Hầu như 100% ở dạng cation
flavylium khi pH = 1.5, còn khi pH = 2.5 chỉ có khoảng 67% dạng cation. pH tăng làm
tăng việc mất proton, chuyển về dạng quinol màu đỏ/xanh.
Vòng B cũng ảnh hưởng tới độ ổn định của anthocyanin, các nhóm thế -OH hoặc -
OMe làm giảm độ ổn định các aglycon (anthocyanidin) ở môi trường trung tính, vì vậy
Pelargonidin có duy nhất một nhóm OH nên ổn định nhất. Trái với aglycon,
monoglycoside và hầu hết diglycoside ổn định hơn ở điều kiện pH trung tính. Điều này
được giải thích do phân tử đường tránh được sự thoái hóa của các dạng trung gian kém
bền thành acid phenolic và aldehyde.
O+
R1
R2
OH
OH
R3
OH
B
A C
4
Anthocyanidin M (g/mol) Công thức R1 R2 R3
Cyanidin 287.2 C15H11O6+ -OH -OH -H
Delphinidin 303.2 C15H11O7+ -OH -OH -OH
Pelargonidin 271.2 C15H11O5+ -H -OH -H
Malvidin 331.2 C17H15O7+ -OCH3 -OH -OCH3
Peonidin 301.2 C16H13O6+ -OCH3 -OH -H
Petunidin 317.2 C16H13O7+ -OH -OH -OCH3
Hình 2: Cấu trúc tổng quát của ion flavilium.
Màu sắc
Màu sắc của các anthocyanin thay đổi theo pH môi trường.
pH = 1: màu đỏ của cation flavynium (hình A).
pH = 2 ÷ 4: màu xanh của quinoidal (B và D)
pH = 5 ÷ 6: hai dạng không màu carbinol pseudo baz (E) và chalcone (F)
pH > 7: anthocyanin bị thoái hóa tùy vào các nhóm thế (phản ứng thoái hóa).
pH = 4 ÷ 6: có 4 dạng cấu trúc anthocyanin cùng tồn tại: ion dương flavylium,
quinoidal khan (cấu trúc không có nước), carbinol baz không màu và chalcone màu vàng
nhạt. Cân bằng giữa các dạng quinoidal baz và carbinol thông qua cation flavylium (cấu
trúc D, A và E). Khi pH tăng, dạng baz khan tăng, trong điều kiện acid, dạng ion
flavynium màu đỏ là chủ yếu.
5
Hình 3: Các dạng tồn tại của anthocyanin ở các pH khác nhau và phản ứng biến đổi của
anthocyanin. R1= H hay saccharide, R2 và R3 = H hoặc methyl8.
1.2.3 Các phương pháp xác định anthocyanin 9
Do số lượng và độ phức tạp của anthocyanin, các phương pháp sắc ký lỏng hiệu
năng cao (HPLC) không thể phân tách tất cả hợp chất phenolic từ hỗn hợp ban đầu và đòi
hỏi quá trình chuẩn bị mẫu phức tạp để có thể nghiên cứu được một hợp chất tinh khiết.
Hơn nữa số lượng chất chuẩn đáng tin cậy của họ flavonoid rất ít. Tuy nhiên may mắn là
thành phần chính của các flavonoid ở lượng đáng kể trong khẩu phần ăn cũng như rau
quả ít hơn tổng lượng anthocyanin tồn tại. Anthocyanin thường hiện diện trong mẫu ban
đầu dưới dạng hỗn hợp các chất. Do đó cần một bước tách trước khi định danh. Phương
pháp được dùng nhiều nhất để tách và xác định anthocyanin trong trái cây là phương
pháp sắc ký lỏng pha đảo. Anthocyanin có thể hấp thu ánh sáng tử ngoại và khả kiến nên
phương pháp HPLC kết hợp với đầu dò UV/Vis giúp phân tách hiệu quả các nhóm mang
màu, cung cấp thông tin về bản chất các aglycone. Đầu dò này giúp thu phổ của
6
anthocyanin trong quá trình phân tích sắc ký. Phổ hấp thu có thể giúp nhận danh 1 hợp
chất nếu chúng được phân giải tốt và nếu có sẵn chuẩn để so sánh. Tuy nhiên, có rất
nhiều anthocyanin trong tự nhiên và một số có thời gian lưu giống nhau và phổ hấp thu
phức tạp, điều này gây khó khăn trong việc nhận danh nếu chỉ dùng phương pháp HPLC
đầu dò DAD. Do đó khi sử dụng phương pháp này ghép với một số kĩ thuật khác sẽ làm
tăng độ chính xác. Một trong các kỹ thuật này là sử dụng khối phổ MSn ghép với HPLC-
DAD để định danh anthocyanin trong mẫu ban đầu (hoa, quả, lá cây…). Khối phổ ứng
với mỗi peak cho thấy tỉ lệ m/z của ion phân tử và MSn chỉ ra các mảnh vỡ, giúp cung
cấp chính xác các thông tin về aglycone cũng như các nhóm thế. Ngoài ra do anthocyanin
có hoạt tính điện hóa nên có thể sử dụng đầu dò điện hóa ECD thay cho đầu dò DAD để
làm tăng độ nhạy và độ chọn lọc, giới hạn phát hiện thấp. Các anthocyanin được tách bởi
HPLC tới bề mặt điện cực, tại đây phản ứng trao đổi điện tử sẽ xảy ra, dòng sinh ra tỉ lệ
với nồng độ của chúng. Bên cạnh đó, ta có thể sử dụng thêm phương pháp vol-ampe để
định rõ đặc điểm của các chất chống oxi hóa hoạt động như một tác nhân khử trên bề mặt
điện cực trơ.
Với mong muốn nghiên cứu về cấu trúc, màu sắc và sự phân bố của các
anthocyanin trong rau quả, trong đề tài này, bước đầu chúng tôi tiến hành thiết lập
phương pháp xác định hệ số hấp thu phân tử và nồng độ của các anthocyanin bằng
phương pháp sắc ký lỏng cao áp đầu dò UV/Vis ghép đầu dò điện hóa ECD, từ đó áp
dụng xác định cấu trúc cơ bản của aglycone trong dịch trích các cây Lobelia Cardinalis,
Hygrophila Polysperma, Oxalis Natans (có nguồn gốc từ Đan Mạch) bằng phương pháp
sắc ký lỏng cao áp ghép khối phổ LC-UV/Vis-MS3.
7
CHƯƠNG 2: NGUỒN GỐC CÁC LOẠI CÂY10
2.1 LOBELIA CARDINALIS
Họ: Lobeliaceae.
Nguồn gốc: Lobelia được đặt tên sau tên nhà sinh vật học M. de l’ Obel (1538-
1616), cardinalis: là màu đỏ thắm sáng, tức là màu của bông hoa.
Phân bố: ở trung tâm và phía tây của Nam Mỹ.
Mô tả: Lobelia thuộc loại cây vùng đầm lầy, cao hơn 1m, cuống thẳng đứng, mập,
dầy 0.2 - 3 cm, màu xanh oliu hoặc màu đỏ rượu. Lá dạng so le, đuôi lá dài 1 - 4cm.
Phiến lá hình elip rất hẹp, dài 18cm, rộng 4cm, rũ xuống phía dưới và bén ở phần đỉnh lá.
Rìa lá khía tai bèo răng cưa. Phiến lá chìm dưới nước có hình chữ nhật hoặc giọt nước
hẹp, dài 11cm rộng 4.5cm, nhưng thường nhỏ hơn, có đỉnh tròn hơi xanh. Phần rìa hơi
khía tai bèo.
Cụm hoa là 1 chùm dài tới 20cm với nhiều hoa sáng đỏ chụm lại về 1 bên; 5 lá đài
dài 1cm. Tràng hoa có 2 môi dài 2cm, môi dưới có 3 thùy con, môi trên 2 thùy lá. 5 nhị
hoa hợp sinh để tạo ống, nhô ra khoải tràng hoa. Không có trái.
Cách trồng: do khả năng tồn tại tốt, Lobelia Cardinalis được xem là loại thực vật
thủy sinh phổ biến. Loại phát triển chậm ít thỏa mãn được các điều kiện về nhiệt độ dưới
nước (thường 22-26oC). Tùy cường độ ánh sáng, các loại thực vật yếu hoặc mạnh hơn sẽ
phát triển. Trong những hồ rộng, nó dùng để trang trí nếu cành giâm được trồng thành
hàng chéo từ trước đến sau. Cũng có thể trồng ở rìa hồ để trang trí. Loại này không chịu
được rét.
Sinh thái học: Lobelia cardinalis sống trên sông hồ đầm lầy. Cây ra hoa trong môi
trường tự nhiên từ tháng 7 tới tháng 9.
8
Hình 4: Lobelia L. dortmanna (a) (1cm), hoa nhìn từ 1 phía (b) (5mm), L. alsinoides (c)
(1cm), L.concolor (d) (1cm), trái (e).
Hình 5: Lobelia cardinalis.
9
Hình 6: Lobelia cardinalis có màu sắc gây chú ý.
2.2 HYGROPHILA POLYSPERMA
Họ: Acanthaceae.
Tên khác: Justicia polysperma Roxburgh (1832), Ruellia polysperma Wallich,
Heliadeplhis polysperma Nees.
Phân bố: Ấn độ, Bhutan, Mexico.
Mô tả: thuộc loại thực vật đầm lầy quanh năm có rễ sát mặt đất hoặc thẳng đứng,
sâu xuống nước 15-20cm, cọng lá không có lông dày 1-2mm. Lá đồng hình một khối cơ
bản hoặc dị hình với dạng lông chim hoặc lá dưới nước hình chỉ, hình tuyến tính, nhiều
đoạn tòe ra có lá nổi bật và cuống phát triển tốt. Cánh hoa màu trắng hoặc tím, có 5 thùy
bằng nhau hoặc 2 môi, môi ngoài lõm đứng thẳng có 2 răng (2 thùy), môi trong 3 thùy. 4
nhị hoa thường là 2 nhị không được sử dụng, chỉ nhị liên kết theo đôi bằng 1 màng mỏng,
bao phấn có 2 ngăn, túi phấn không có cựa. Lá chéo chữ thập không có cuống hoặc
cuống ngắn. Phiến lá hình elip rất hẹp, dài 7cm và rộng 1.5cm, mềm có màu xanh nhẹ,
xanh vàng hoặc hơi nâu. Chồi đâm ra với các đốt giữa ngắn, lá thấp dài khoảng 1cm rộng
0.5cm có lông tơ, nhỏ dần khi lên trên đỉnh. Cụm hoa dài 5 - 10cm với nhiều hoa bé có
trục đơn; 2 lá bắc 5 1mm, lông tơ; 5 lá đài lông tơ dài 5 - 6mm rộng không lớn hơn
0,5mm. Tràng hoa có hình thuôn ít hơn đài hoa, 2 môi, màu trắng hoặc tím xanh nhạt,
môi trên có 2 thùy con, môi dưới 3 thùy, 2 nhị. Không thấy có hạt.
10
Cách trồng: Hygrophila Polysperma là thực vật thủy sinh điển hình nhất thích hợp
với những điều kiện dưới nước mà các loại thực vật khác không thể thích hợp. Chúng
phát triển trong vùng nước mềm (ít Ca Mg) nhiệt độ khoảng 22 tới 28oC. Dưới ánh sáng
cường độ cao, phần đỉnh chồi sẽ phát triển. Khi ánh sáng yếu thực vật cũng vẫn phát triển
bình thường nhưng chậm hơn, chồi nhỏ hơn nên ít đẹp. Bề mặt hồ chỉ có vai trò phụ
trong việc cung cấp chất dinh dưỡng cho cây. Việc thêm CO2 vào hồ làm màu mỡ và
giúp phát triển hệ sinh thái nhưng không cần thiết cho Hygrophila Polysperma.
Đây là loại cây sống gần hoặc vùng giữa hồ. Rễ cần tỉa gọn gàng mỗi 2-4 tuần vì
chúng phát triển rất nhanh. Hygrophila Polysperma thích hợp trồng trong loại hồ mới.
Hoa nở rất hiếm khi có chồi.
Sinh thái học: Hầu như không có tài liệu nào đề cập tới sinh thái học của
Hygrophila Polysperma. Ở phía bắc Mexico, kênh đào Laguna Media Luna là nơi
Hygrophilia Polysperma được tìm thấy với các điều kiện rất khắc nghiệt: nhiệt độ của
nước 29oC, pH 7.9, GH 55odH, KH 12odH. Chúng phát triển dưới nước và ra hoa.
Hình 7: Hygrophila Polysperma a, cụm hoa, b, đỉnh chồi, c, đỉnh chồi thể hiện sự thay
đổi ở dạng lá.
11
Hình 8: Hygrophilia Polysperma.
2.3 OXALIS NATANS
Hình 9: Oxalis Natans (a) ống dạng nhị (1mm), (b) bầu nhụy hoa, (c) thân và hoa
Họ: thuộc họ Oxalisdaceae, có xấp xỉ 900 loài trong họ Oxalidaceae.
12
Phân bố: xuất hiện ở vùng nhiệt đới và những vùng khí hậu ôn hòa, thường là có
khắp nơi trên thế giới trừ những vùng thuộc các cực của trái đất. Có 800 loại, 2 loại sống
dưới nước: Oxalis Disticha và Oxalix Natans ở nam mỹ, khoảng 270 loài ở Nam Phi,
chúng rất đa dạng ở Brazil, Mexico.
Mô tả: phiến lá hình tim gắn ở đầu của cuống dài, những loại cây này thường sống
khoảng 1 đến 2 năm. Lá chia ra 3 đến 10 lá hình bầu dục, sắp xếp theo hình chân vịt cùng
kích cỡ. Các chủng loại chính có 3 lá chét, một số loài có thể thay đổi nhanh về hình dạng
lá khi ánh sáng cường độ quá mạnh. Hoa có 5 cánh và 10 nhị, màu sắc thay đổi từ trắng,
hồng, đỏ hoặc vàng. Màu sắc của cây cùng với việc sử dụng lá cây như một thực phẩm
giàu dinh dưỡng, Oxalis Natans hứa hẹn là loại phẩm màu tự nhiên thay thế cho màu
nhân tạo.
Cách trồng: Oxalis Natans không sống ở nhiệt độ quá thấp, chúng không là cây
quanh năm, khi trồng từ hạt hoặc rễ thường trồng vào mùa xuân, nếu trồng bên ngoài thì
dùng đất chua, tưới nhiều nước. Chúng phát triển dễ dàng và ra hoa nhiều năm. Khi có
bóng râm lá sẽ phát triển cao hơn, hoa xòe lớn hơn.
Sinh thái học: chủng loại Oxalis Natans xuất hiện ở Savanna và Grassland Bione,
ở đây vào mùa hè thường có mưa. Môi trường sống biến đổi từ vùng đồng cỏ, rừng, đất
ẩm đến những vùng có đất đá sỏi.
13
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ SẮC KÝ LỎNG11
3.1 PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC)
HPLC là một phương pháp tách và phân tích các hợp chất được sử dụng rộng rãi
và phổ biến nhất hiện nay vì nhiều lí do: có độ nhạy tương đối cao, có khả năng định
lượng tốt, thích hợp cho việc tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ bị phân hủy nhiệt, có
phạm vi ứng dụng trải rộng trong nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu khoa học trong các phòng
thí nghiệm đến công nghiệp và một số lĩnh vực khác.
Hợp chất có thể phân tích bằng sắc ký lỏng như acid amin, protein, acid nucleic,
hydrocacbon, carbohydrate, thuốc kháng sinh, thuốc trừ sâu, các hợp chất vô cơ… Dựa
vào sự khác nhau về cơ chế chiết tách sử dụng trong sắc ký lỏng hiệu năng cao mà người
ta có thể phân chia nó ra làm các loại: sắc ký hấp phụ, sắc ký phân bố, sắc ký ion, sắc ký
rây phân tử… trong đó sắc ký phân bố được ứng dụng rộng rãi và phổ biến. Tùy theo độ
phân cực pha tĩnh và dung môi pha động, người ta phân biệt: sắc ký lỏng pha thường và
sắc ký lỏng pha đảo.
Sắc ký lỏng pha thường: pha tĩnh có độ phân cực cao hơn độ phân cực của dung
môi pha động, dùng để tách và phân tích các hợp chất có độ phân cực cao với phân tử
lượng không lớn lắm.
Sắc ký lỏng pha đảo: ngược với sắc ký pha thường, pha tĩnh có độ phân cực thấp,
pha động có độ phân cực cao hơn. Phương pháp này dùng để phân tích các hợp chất từ
không phân cực đến phân cực vừa. Dung môi sử dụng là dung môi phân cực, trong đó
nước đóng vai trò quan trọng mà lại rẻ tiền, do đó sắc ký lỏng pha đảo được sử dụng
nhiều nhất.
3.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG 12
3.2.1 Hệ số phân bố
Cân bằng của một cấu tử trong hệ sắc ký có thể được mô tả bằng phương trình đơn
giản sau:
A pha động A pha tĩnh
14
Hệ số cân bằng K cho cân bằng này được gọi là tỉ lệ phân bố và được tính như sau:
Cs: nồng độ cấu tử trong pha tĩnh
Cm: nồng độ cấu tử trong pha động
S: Pha tĩnh
M: Pha động
K tùy thuộc bản chất pha tĩnh, pha động và chất hòa tan. K nhỏ: chất di chuyển
nhanh; K lớn: chất di chuyển chậm.
Thông thường K 1 để chất có ái lực với pha tĩnh nếu không thì nó sẽ di chuyển
nhanh quá làm cho khó tách. Hai chất muốn tách ra khỏi nhau thì phải có K khác nhau.
3.2.2 Thời gian lưu tR
Là thời gian để chất phân tích sau khi tiêm vào cột đến đầu dò được tính theo công
thức:
tR = t’R + tM
tM: thời gian lưu chết của cấu tử không bị giữ lại trên cột, được tính gần đúng theo công
thức:
2
M
0,5 ( )t L dc
V
trong đó:
L: chiều dài cột, cm
time
M
S
C
CK
15
dc: đường kính cột, cm
V: tốc độ dòng pha động, mL/phút
Có thể nhận danh chất thông qua thời gian lưu vì trong điều kiện thí nghiệm trên
cột thiết bị sắc ký lỏng nhất định, thời gian lưu của chất đó là một đại lượng xác định.
Thời gian lưu càng lớn thì hệ số phân bố càng lớn.
3.2.3 Hệ số dung lượng
Để mô tả tốc độ lưu của cấu tử phân tích trong cột người ta sử dụng một hệ số
quan trọng gọi là hệ số dung lượng k’.
Cs.Vs'
C .VM M M
Vsk K
V
Vs: thể tích pha tĩnh
Vm: thể tích pha động
k' có thể tính theo công thức
k’ phải > 1 để peak của chất tan tách khỏi peak của dung môi nhưng không quá
lớn vì lúc đó thời gian phân tích sẽ kéo dài và mũi bị tù do chất ở trong cột quá lâu.
Khoảng k’ lý tưởng là từ 2 đến 5 nhưng khi phân tích một hỗn hợp phức tạp chúng ta có
thể chấp nhận k’ trong khoảng từ 0,5 đến 20.
k’ tăng hoặc giảm tùy thuộc độ mạnh của dung môi pha động. Trong sắc ký phân
bố pha đảo ngược, độ mạnh của dung môi tăng theo phần trăm chất hữu cơ.
Thông thường trong sắc ký phân bố pha đảo ngược, khi giảm dung môi hữu cơ
trong pha động 10% thì k’ sẽ tăng lên gấp 2 đến 3 lần.
3.2.4 Hiệu năng
Khi nói đến hiệu năng của cột là nói đến khả năng tách mũi sắc ký của một cấu tử
trên cột. Độ hiệu năng N được biểu diễn như số đĩa lý thuyết của cột. N càng lớn hiệu
năng tách của cột càng lớn.
M
MR'
t
ttk
2
2
1
R
2
R
w
t5,55
w
t16
H
LN
16
Với W: bề rộng mũi sắc ký
W1/2: bề rộng của mũi ở phân nửa chiều cao
Số đĩa lý thuyết càng lớn, bề rộng W càng nhỏ, mũi càng nhọn.
3.2.5 Độ chọn lọc
2 2 2
1 1 1
'α
'
R M R
R M R
K t t t
K t t t
Độ chọn lọc là một thông số rất quan trọng, liên quan tới khả năng tách của các
cấu tử cần phân tích, nó tùy thuộc bản chất của pha tĩnh, pha động.
Hai chất tách được khi # 1 và càng lớn, khả năng tách càng cao.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chọn lọc như thành phần dung môi pha động,
pH của môi trường, bản chất của pha tĩnh, nhiệt độ. Trong đó sự thay đổi pha động từ
dung môi này sang dung môi khác sẽ làm thay đổi đáng kể.
3.2.6 Độ phân giải
Độ phân giải (Rs) tùy thuộc vào điều kiện pha động, pha tĩnh và đặc tính của hợp
chất cần phân tích mà ta có được sắc ký đồ với những mũi phủ lên nhau hoặc tách hẳn
nhau. Độ phân giải Rs là một thông số dùng để đánh giá mức độ tách phổ, khả năng tách
của các mũi sắc ký sẽ có ý nghĩa quan trọng trong việc phân tích một cách định lượng.
Phương trình trên thích hợp cho việc tính Rs khi 2 mũi tách hẳn nhau (Rs 1,5).
Trong trường hợp Rs nhỏ hơn, tức mũi bị trùng lấp thì việc xác định W1 và W2 sẽ
khó khăn hơn là W1/2(1) và W1/2(2) lúc này Rs sẽ được tính theo:
2 1
1/2(1) 1/2(2)
1,18