Sắc ký khí (Gas chromatography / GC) là kỹ thuật phân tích hóa lý dùng để tách, định tính và định lượng các cấu tử dễ bay hơi hoặc có thể dẫn xuất hóa thành dạng bay hơi trong hỗn hợp, dựa trên sự phân bố vi sai giữa pha tĩnh và pha động là khí trơ.
Sắc ký khí là một phương pháp phân tích hóa học được sử dụng để tách các chất trong hỗn hợp. Phương pháp này dựa trên sự phân tán của các chất trong một hệ thống khí và chất thể tĩnh. Trong sắc ký khí, hỗn hợp chất được đưa vào một cột sắc ký được điều chỉnh nhiệt độ, sau đó các chất sẽ phân tán và di chuyển với tốc độ khác nhau trong cột. Khi các chất đạt tới đầu dò, chúng được phát hiện và ghi lại dưới dạng đồ thị. Các sắc ký khí thường được sử dụng trong các ứng dụng như phân tích chất hữu cơ, phân tích môi trường và kiểm tra chất lượng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Trong sắc ký khí, cột sắc ký là nơi diễn ra quá trình phân tách chất. Các cột sắc ký có thể là cột cố định hoặc cột tự động.
Cột cố định thường được làm từ vật liệu như thép không gỉ hoặc thủy tinh và được phủ một lớp chất mang tính chọn lọc tác động đến quá trình phân tách các chất. Lớp chất này thường là chất thụ động, như silica gel hoặc alumina, hoặc chất mang tính chọn lọc, như dầu silicone, dimethylpolysiloxane hoặc polietylen glikol. Chất thụ động thu hút các phân tử dạng chất tĩnh trong mẫu, trong khi chất mang tính chọn lọc cho phép phân tách dựa trên sự khác nhau về cấu trúc và tương tác với môi trường sắc ký.
Cột tự động, còn được gọi là cột bơm, sử dụng lực đẩy để đưa các chất từ trạng thái khí vào cột sắc ký. Lực đẩy này có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một bơm hoặc bằng cách áp dụng áp lực hoặc chân không tại đầu cột.
Khi mẫu được đưa vào cột sắc ký, nó được tách thành các phần tử riêng lẻ dựa trên các yếu tố như cấu trúc hóa học, khối lượng phân tử, tương tác với chất mang tính chọn lọc và khả năng phân tách. Sự tách biệt của các chất được xác định bởi thời gian cần thiết cho mỗi chất để đi qua cột sắc ký, được ghi lại dưới dạng đồ thị được gọi là sắc ký.
Một số phương pháp phát hiện thường được sử dụng trong sắc ký khí bao gồm phát hiện dựa trên khối lượng (như cân tử), UV/Visible (sử dụng ánh sáng có bước sóng khác nhau), phát hiện dựa trên ion (sử dụng một dòng ion lựa chọn) và phát hiện dựa trên hợp chất (như khí ion hoặc phổ cộng hoá trị).
Sắc ký khí là một phương pháp phân tích quan trọng vì nó có độ nhạy cao, độ chính xác cao và khả năng phân tích nhanh chóng. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kiểm soát chất lượng, nghiên cứu môi trường, phân tích dược phẩm và thực phẩm, và phân tích chất hữu cơ.
Động Lực Học Phân Tách và Phương Trình Van Deemter
Hiệu quả phân tách của cột sắc ký mao quản được mô tả thông qua chiều cao tương đương đĩa lý thuyết () theo phương trình Van Deemter:
Trong đó đại diện cho sự khuếch tán xoáy (eddy diffusion, bằng 0 đối với cột mao quản mở), là hệ số khuếch tán dọc của chất tan trong pha động, là hệ số cản trở truyền khối giữa pha tĩnh và pha động, và là tốc độ dòng tuyến tính của khí mang. Việc lựa chọn khí mang có độ nhớt và hệ số khuếch tán thích hợp (như hydro hoặc heli) cho phép đạt vận tốc dòng tối ưu với chiều cao đĩa nhỏ nhất, tối đa hóa số đĩa lý thuyết ().