TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌCKỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

TÊN ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU THIÊT BỊ GC/MS
VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN

GVHD: ĐẶNG VĂN SỬ

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12/2015


PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Lớp:03DHH2
Khoa: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
Khóa: 03
Sinh viên trường: Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ
Chí Minh
..........................................................................................................
..........................................................................................................
Sau quá trình làm đồ án, giáo viên hướng dẫn nhận xét, đánh giá
như sau:
1. NHẬN XÉT
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................

2.ĐÁNH GIÁ :
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
2

2


Ngày.... tháng 12 năm
2015

Giáo viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Em xin phép được gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô trong khoa
đã giúp em có kiến thức nền tảng để thực hiện đồ án này, cũng
như quá trình học tập giúp em luyện những kĩ năng cần thiết để
giờ em có thể nghiên cứu, tìm tòi, hoan thành được để tài của
mình. Em xin giử lời cảm ơn trực tiếp tới thầy Đặng Văn Sử đã trực
tiếp hướng dẫn em.
Do kĩ năng và kiến thức còn rất nhiều hạn chế nên thật sự bài tìm
hiểu của em còn rất nhiều thiếu sót mong thầy có thể cho em ý
kiến đóng góp để các lần tới em có thể hoàn thành tốt hơn nữa.
Em xin trân thành cảm ơn

3

3


MỤC LỤC
TÀI LIỆU KHAM KHẢO……………………………………………….……...28

4

4


PHỤ LỤC PHỤ HÌNH VÀ BẢNG


5

5


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GC-MS
1.1 GIỚI THIỆU
Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS_Gas Chromatography Mass
Spectometry) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại
nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao và được sử dụng
trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp. Thiết bị GC/MS được
cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn
hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô
tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối. Bằng sự kết hợp
2 kỹ thuật này (GC/MS_Gas Chromatography Mass Spectometry),
các nhà hoá học có thể đánh giá, phân tích định tính và định lượng
và có cách giải quyết đối với một số hóa chất. Ngày nay, người ta
ứng dụng kỹ thuật GC/MS rất nhiều và sử dụng rộng rãi trong các
nghành như y học, môi trường, nông sản, kiểm nghiệm thực phẩm
và rất nhiều nhành khác.
1.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA GC-MS
1.2.1 Sắc ký khí (GC):
1.2.1.1 Cửa tiêm mẫu (injection port): 1 microliter dung môi chứa
hỗn hợp các chất sẽ được tiêm vào hệ thống tại cửa này.
Mẫu sau đó được dẫn qua hệ thống bởi khí trơ, thường là

helium. Nhiệt độ ở cửa tiêm mẫu được nâng lên 3000C để
mẫu trở thành dạng khí..
1.2.1.2 Vỏ ngoài (oven): Phần vỏ của hệ thống GC chính là một lò
nung đặc biệt. Nhiệt độ của lò này dao động từ 400C cho tới
3200C.
1.2.1.3 Cột (column): Bên trong hệ thống GC là một cuộn ống nhỏ
hình trụ có chiều dài 30 mét với mặt trong được tráng bằng
một loại polymer đặc biệt. Các chất trong hỗn hợp được
phân tách bằng cách chạy dọc theo cột này
Nhờ có khí mang chứa trong bơm khí, mẫu từ nguồn bơm hơi được
dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt. Quá trính sắc ký xảy
ra tại đây. Sau khi ra khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau, các
cấu tử lần lượt đi vào detector, tại đó chúng được chuyển thành tín
hiệu điện. Tín hiệu này được khuếch đại rồi chuyển sang bộ ghi,
máy vi tính. Các tín hiệu này được xử lý ở đó rồi chuyển sang bộ
phận in và lưu kết quả.

GVHD: Đặng Văn Sử

6


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

Trên sắc ký đồ nhận được, sẽ có các tín hiệu ứng với các cấu tử
được tách gọi là peak. Thời gian lưu của peak là đại lượng đặc
trưng cho chất cần tách. Còn diện tích của peak là thước đo định
lượng cho từng chất trong hỗn hợp cần nghiên cứu.

1.2.2 Khối phổ (MS):
Khối phổ được dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu
trúc của nó. Hãy tưởng tượng đến một bộ đồ chơi ghép hình. Nếu
chẳng may bạn đánh rơi bộ đồ chơi này xuống nền nhà, khi đó một
số mảnh ghép bị văng ra trong khi một số khác vẫn dính với nhau.
Xem xét lại các mảnh này bạn có thể tưởng tượng ra được hình
ảnh cần ghép. Đây cũng chính là nguyên lý của Khối phổ.
1.2.2.1 Nguồn Ion (ion source): Sau khi đi qua cột sắc kí khí, các hóa chất tiếp tục
đi vào pha khối phổ. Các phân tử phải đi qua một luồng electrons và vì vậy
chúng có thể bị chia thành các mảnh nhỏ hơn và tích điện dương. Các mảnh
này được gọi là ion. Điều này là quan trọng bởi vì các hạt cần ở trạng thái
tích điện thì mới đi qua được bộ lọc.
1.2.2.2 Bộ lọc (Filter): Khi các ion di chuyển trong bộ phận khối phổ, dựa trên
khối lượng mà chúng được sàng lọc bởi một trường điện từ. Bộ lọc này có
khả năng lựa chọn, tức là chỉ cho phép các hạt có khối lượng nằm trong
một giới hạn nhất định đi qua.
1.2.2.3 Bộ cảm biến (detector): Thiết bị cảm biến có nhiệm vụ đếm số lượng các
hạt có cùng khối lượng. Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính.
Tại đây các phép tính được thực hiện và xuất ra kết quả gọi là khối phổ
(mass spectrum). Khối phổ là một biểu đồ phản ánh số lượng các ion với
các khối lượng khác nhau đã đi qua bộ lọc.
1.2.3 So sánh giữa phương pháp sắc ký và phương pháp khối phổ
1.2.3.1 Những đặc tính chung :
• Mẫu được nghiên cứu trong trạng thái khí.
• Cả hai phương pháp đều có độ nhạy cao.
• Tốc độ phân tích của cả hai phương pháp tương tự nhau.

GVHD: Đặng Văn Sử

7



Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

1.2.3.2 Sự khác biệt duy nhất giữa hai phương pháp này: là trong cột sắc ký luôn
tồn tại một áp suất lớn hơn áp suất môi trường, trong khi đó buồng ion của
máy khối phổ lại hoạt động ở một chân không cao (khoảng 10-6mmHg).
Để có thể ghép nối giữa cột sắc ký và buồng ion, giữa hai thiết bị này có
một bộ phận dùng để tách khí mang (thường là helium) trước khi vào
buồng ion hóa. Nhờ đó mà độ chân không của nguồn ion không bị ảnh
hưởng. Toàn bộ hệ thống GC/MS được nối với máy tính để điều khiển tự
động, xử lý số liệu, lưu trữ và ghi phổ. Phổ MS ghi được sẽ được so sánh
với các phổ MS chuẩn chứa trong thư viện máy tính, nhờ đó mà xác định
được các chất có trong mẫu. Thư viện phổ cần phải có nhiều phổ chuẩn để
tăng độ chính xác cho sự dò tìm và so sánh.
1.2.3.3 Những ưu điểm của phương pháp GC/MS :
• Lượng mẫu cần phân tích nhỏ.
• Nghiên cứu được các hợp chất không bền.
• Tiến hành tốt việc tách và nhận biết đồng thời hỗn hợp
nhiều cấu tử.
1.2.3.4 Nhược điểm của phương pháp là không phân tách được các chất có trọng
lượng phân tử cao, có nhiệt độ bay hơi cao.

GVHD: Đặng Văn Sử

8



Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

1.2.4 Nguyên Tắc Hoạt Động Máy Sắc Ký Khí Ghép Khối Phổ (GC/MS)
Khối phổ kế hoạt động như một máy dò cho sắc ký khí. Chất phân
tích được bơm vào cửa tiêm của sắc kí khí.

Hình 1.1 GC Column/MS Interface (1)
Nhiệt độ ở cửa tiêm mẫu được nâng lên 3000C để mẫu trở thành
dạng khí. Các mao mạch dẫn trực tiếp chúng vào nguồn ion hóa .

GVHD: Đặng Văn Sử

9


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

Cơ sở của phương pháp MS đối với các hợp chất hữu cơ là sự bắn
phá các phân tử trung hòa thành các ion phân tử mang điện tích
dương hoặc phá vỡ các mảnh ion, các gốc theo sơ đồ sau bằng các
phần tử mang năng lượng cao.

Hình 1.2 GC Column/MS Interface (2)

Hình 1.3 Ionization Chamber (1)


Hình 1.4 Ionization Chamber (2)
Năng lượng bắn phá phân tử thành ion phân tử khoảng 10eV, sự
phá vỡ này phụ thuộc cấu tạo chất, phương pháp và năng lượng
bắn phá quá trình ion hóa. Ion phân tử có số khối (m/e) ký hiệu là
M+ Có nhiều phương pháp ion hóa khác nhau như va chạm
GVHD: Đặng Văn Sử

10


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

electron, ion hóa photon, ion hóa trường, bắn phá ion, bắn phá
nguyên tử nhanh .

Hình 1.5 Ionization Chamber (2)

DC và RF (x / y) được sử dụng để tách biệt các ion đi qua một ống
sơ tán cao. Các mảnh khối lượng của một chất phân tích đi qua, tại
một thời điểm quét nếu chúng phù hợp với x / y thì cho phép mảnh
khối lượng đi vào máy dò khối phổ. Thời gian của toàn bộ một lần
quét từ m / z thấp đến m/z cao, ví dụ: khoảng 0,6 giây. Và phạm vi
m/z có thể được điều chỉnh bởi các nhà phân tích. Những mảnh bị
loại được hút ra bằng hệ thống chân không và do đó cường độ tín
hiệu của những mảnh đó trong quá trình quét không có mặt trong
phổ. Quá trình quét MS xảy ra rất nhanh chóng.

GVHD: Đặng Văn Sử


11


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

Các ion ra khỏi bộ phân tách có cường độ nhỏ ( cỡ nano ampe)
nên được khuếch đại để phát hiện. Một trong những thiết bị này là
máy nhận e, nó tạo ra các ion thứ cấp khi có ion ban đầu đập vào
bề mặt kim loại. Độ khuếch đại khoảng 106 khi sử dụng 16 đi ốp

Hình 1.6 Mas Detector

Hình 1.7 Scan
GVHD: Đặng Văn Sử

12


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

Các tín hiệu từ bộ khuếch đại truyền ra được nạp vào nhớ máy tính
và sử lý kết quả và đưa ra màn hình, các phổ được biểu diễn dưới
dạng (%B) đỉnh cao nhất ứng với 100% , các đỉnh khác nhỏ hơn

GVHD: Đặng Văn Sử


13


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM
1.2.5

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

Sơ đồ thiết bị GC/MS

Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị GC/MS
GVHD: Đặng Văn Sử

14


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

1.3 VAI TRÒ GC-MS
1.3.1 Phân tách: GC-MS có thể phân tách các hỗn hợp hóa chất phức tạp trong
không khí hay trong nước. Có thể hình dung điều này như một cuộc chạy
đua. Tất cả các vận động viên cùng xuất phái tại 1 thời điểm nhưng người
nào chạy nhanh hơn sẽ về đích trước. Ở đây, tốc độ được quyết định bởi
tính bay hơi. Chất nào có tính bay hơi cao sẽ di chuyển nhanh hơn chất có
tính bay hơi thấp.
1.3.2 Định lượng: GC-MS có thể định lượng một chất bằng cách so sánh với
mẫu chuẩn, là chất biết trước và đã được định lượng chuẩn bằng GC-MS.

1.3.3 Nhận dạng: Nếu trong mẫu có một chất lạ xuất hiện, khối phổ có thể nhận
dạng cấu trúc hóa học độc nhất của nó (giống như dấu vân tay của 1
người). Cấu trúc của chất này sau đó được so sánh với một thư viện cấu
trúc của các chất đã biết. Nếu không tìm được chất tương ứng trong thư
viện thì nhà nghiên cứu có thể dựa trên cấu trúc mới tìm được để phát triển
các ý tưởng về cấu trúc hóa học. Nói cách khác, nhà nghiên cứu thu được
một dữ liệu mới và có thể đóng góp vào thư viện cấu trúc nói trên sau khi
tiến hành thêm các biện pháp để xác định được chính xác loại hợp chất mới
này.

GVHD: Đặng Văn Sử

15


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ION HOÁ
Các phân tử ở dạng khí phải được ion hóa bằng các phương pháp thích hợp.
1.4.1 Phương pháp va chạm electron (Electron impact - EI):
Phương pháp phổ biến, dòng khí của mẫu đi vào buồng ion
hóa, va chạm với dòng electron từ một sợi đốt (catod)
chuyển động vuông góc với dòng phân tử mẫu. Áp suất
buồng ion hóa đạt 0,005 torr,t° = 200 ± 0,25 °C. Các e va
chạm với phân tử trung hoà tạo các mảnh ion, mảnh gốc hay
phân tử trung hòa nhỏ. Sau đó các ion đi qua một điện
trường 400 – 4000V để tăng tốc, vận tốc ion tỷ lệ với khối
lượng của chúng.

1.4.2 Phương pháp ion hóa hóa học (chemical ionization - CI):
Ion hóa hóa học là cho dòng phân tử khí va chạm với một
dòng ion dương hoặc âm để biến phân tử trung hòa thành
ion phân tử hay ion mảnh. Dòng ion này được hình thành từ
phân tử dạng khí H2, CH4, H2O, CH3OH, NH3… qua sự ion
hóa như bắn phá chúng bằng dòng electron mang năng
lượng cao. Mỗi phân tử dạng khí có thể tạo ra các ion dương
khác nhau làm tác nhân trong ion hóa hóa
1.4.3 Phương pháp ion hóa trường (field ionization):
- Sử dụng điện trường mạnh để làm bật ra e từ phân tử.
Với bề mặt kim loại anod có hình nhọn hay sợi mỏng và
dưới chân không cao (10-6 torr) sẽ phát sinh lực tĩnh điện
đủ làm bật e ra khỏi phân tử mà không đòi hỏi năng lượng
quá dư.
- Trong phương pháp ion hóa trường, nguồn ion được tạo ra
nhờ một kim nhỏ có d = vài µm làm anod gắn ngay trước
khe vào buồng ion hóa, khe vào chính là catod, còn có khe
hội tụ để tập trung nguồn ion.
1.4.4
Phương pháp ion hóa photon:
- Nhiều quá trình ion hóa đòi hỏi năng lượng từ 10eV
tương ứng với các photon có bước sóng khoảng 83 –
155nm nằm trong vùng tử ngoại chân không do đó có thể
thực hiện quá trình va chạm photon.
- Khối phổ đạt đƣợc cũng tương tự phương pháp va chạm
electron. Do năng lượng nhỏ hơn nên phổ này chủ yếu cho
ion phân tử và một số mảnh có số khối lớn tượng tự
phương pháp ion hóa trường.
GVHD: Đặng Văn Sử


16


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

- Người ta cũng sử dụng nguồn laser làm nguồn ion hóa, đó
là nguồn đơn sắc (laser rubi) mang năng lượng cao.

GVHD: Đặng Văn Sử

17


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

1.5 Full scan MS
Khi thu thập dữ liệu trong chế độ quét toàn bộ, một loạt mục tiêu
của các mảnh khối lượng được xác định và đưa vào phương pháp
đo. Một ví dụ điển hình là một phạm vi rộng của các mảnh khối
lượng để giám sát sẽ là m/z 50 tới m/z 400. Một MS không nên
được thiết lập để tìm kiếm các mảnh khối lượng quá thấp. Ngoài ra
nếu một là sử dụng một phạm vi quét lớn thì độ nhạy của thiết bị
giảm do thực hiện quét mỗi giây từ mỗi lần scan sẽ phát hiện một
loạt các mảnh vỡ hàng loạt.
Full scan rất hữu ích trong việc xác định các hợp chất không rõ
trong một mẫu. Nó cung cấp nhiều thông tin hơn SIM khi nói đến

xác nhận hay giải quyết các hợp chất trong một mẫu. Trong
phương pháp phát triển công cụ này có thể được phổ biến, đầu
tiên phân tích, kiểm tra trong chế độ full scan để xác định thời
gian lưu giữ và mảnh vân tay hàng loạt trước khi chuyển đến một
phương pháp cụ SIM.
1.6 SIM
Trong việc theo dõi ion chọn lọc (SIM) mảnh ion nhất định được
chọn và những mảnh vỡ hàng loạt được phát hiện bởi khối phổ
kế. Những lợi thế của SIM là có giới hạn phát hiện thấp hơn kể từ
khi thiết bị được chỉ nhìn vào một số lượng nhỏ các mảnh vỡ (ví dụ
ba mảnh) trong mỗi lần scan. Vì chỉ có một vài mảnh vỡ hàng loạt
được theo dõi, nhiễu thường thấp hơn. Để tăng khả năng cho kết
quả chính xác, nó quan trọng để đảm bảo rằng các tỷ lệ ion của
các mảnh vỡ khối khác nhau được so sánh với một tiêu chuẩn
tham chiếu được biết đến.

GVHD: Đặng Văn Sử

18


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

CHƯƠNG 2
ỨNG DỤNG CỦA GC/MS
2.1 MỘT SỐ NGHÀNH ỨNG DỤNG GC/MS
2.1.1 Giám sát môi trường và dọn dẹp.
GC-MS đang trở thành công cụ của sự lựa chọn cho việc theo

dõi các chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trường. Các chi phí của GCMS đã giảm đáng kể, và độ tin cậy đã tăng lên cùng một lúc, đã
góp phần vào việc áp dụng rộng rãi của nó trong nghiên cứu
môi trường. Có một số hợp chất mà GC-MS là không đủ nhạy cảm
để nhận diện, bao gồm một số loại thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ,
nhưng GC/MS phân tích được hầu hết các mẫu môi trường, trong
đó có nhiều loại thành phần chính của thuốc trừ sâu, rất nhạy hiệu
quả.
2.1.2 Pháp y hình sự.
GC-MS có thể phân tích các hạt từ một cơ thể con người để giúp
liên kết một tên tội phạm vào một tội ác. Các phân tích bằng
lửa các mảnh vỡ bằng GC-MS cũng được thành lập, và có cả một
Hội được thành lập ở Mỹ cho thử nghiệm và vật liệu (ASTM) chuẩn
để phân tích các mảnh vụn cháy. GCMS / MS là đặc biệt hữu ích ở
đây là các mẫu thường chứa ma trận rất phức tạp và kết quả, được
sử dụng tại tòa án, cần phải có độ chính xác cao.
2.1.3 Thực thi pháp luật.
GC-MS càng được sử dụng để phát hiện các chất ma túy bất hợp
pháp, và cuối cùng có thể thay thế chó phát hiện ma tuý. Nó cũng
thường được sử dụng trong pháp y để tìm ra thuốc / hoặc các chất
độc trong các mẫu sinh học của nghi phạm, nạn nhân, hoặc người
đã chết .
2.1.4 Phân tích thể thao chống doping.
GC-MS là công cụ chính được sử dụng trong các phòng thí nghiệm
thể thao chống doping để kiểm tra mẫu nước tiểu của vận động
viên cho các loại thuốc tăng cường hiệu suất, ví dụ như các steroid
đồng hóa.
GVHD: Đặng Văn Sử

19



Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

2.1.5 Thực phẩm, đồ uống và nước hoa phân tích.
Thực phẩm và đồ uống có chứa nhiều hợp chất thơm, một số tồn
tại tự nhiên trong nguyên liệu và một số hình thành trong quá
trình chế biến. GC-MS được sử dụng rộng rãi cho việc phân tích
các
hợp
chất
trong
đó
bao
gồm este, axit béo, rượu, aldehyde, terpenes vv… Nó cũng được
sử dụng để phát hiện và đo lường chất gây ô nhiễm từ sự hư hỏng
hoặc làm giả mà có thể có hại và thường được điều khiển bởi cơ
quan chính phủ, ví dụ như thuốc trừ sâu.
2.1.6 Y học
Hàng chục bệnh chuyển hóa bẩm sinh còn được gọi là lỗi bẩm sinh
của sự trao đổi chất là doanh nghiệp bị phát hiện bởi các xét
nghiệm sàng lọc sơ sinh, đặc biệt là các thử nghiệm bằng cách sử
dụng sắc ký khí khối phổ. GC-MS có thể xác định các hợp chất
trong nước tiểu ngay cả ở nồng độ nhỏ. Các hợp chất này thường
không có mặt nhưng xuất hiện ở những người bị rối loạn chuyển
hóa. Điều này ngày càng trở thành một cách phổ biến để chẩn
đoán IEM chẩn đoán sớm hơn và tổ chức điều trị cuối cùng dẫn
đến một kết quả tốt hơn. Nó bây giờ có thể thử nghiệm một trẻ sơ
sinh cho hơn 100 rối loạn chuyển hóa di truyền của một xét

nghiệm nước tiểu khi sinh dựa trên GC-MS.
Trong sự kết hợp với ghi nhãn đồng vị của các hợp chất chuyển
hóa, các GC-MS được sử dụng để xác định các hoạt động trao
đổi chất. Hầu hết các ứng dụng dựa trên việc sử dụng 13 C như việc
ghi nhãn và các phép đo của 13 C- 12 tỷ lệ với C tỷ lệ đồng vị khối
phổ kế (Irms); MS với một máy dò được thiết kế để đo lường một
vài ion chọn và trở về giá trị như tỷ lệ.

GVHD: Đặng Văn Sử

20


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

2.2 VÍ DỤ VỀ ỨNG DỤNG GC/MS TRONG PHÂN TÍCH DƯỢC PHẨM
PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ TÍNH KHÁNG OXY
HÓA CỦA NGHỆ ĐEN (Curcuma zedoaria Berg) TRỔNG Ở
VIỆT NAM
Trích : TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 04 - 2007
Tóm tắt:
Nghệ đen- Curcuma zedoaria Berg. (Zingiberaceae) từ lâu đã
được sử dụng làm thuốc cổ truyền ở Việt Nam. Tinh dầu từ củ
nghệ tươi và khô được tách bằng phương pháp chưng cất lôi
cuốn hơi nước. Tinh dầu và dịch trích eter dầu hỏa của củ Nghệ
đen được phân tích thành phần bằng phương pháp GC-MS.
Thành phần chính của dịch ete dầu hỏa là Curzeren
(34,27 ± 2,02%)

γ − Elemen (15,23 ± 1,25%)
và
trong khi thành phần
γ − Elemen ((14,18 ± 1,37%)
(18,79 ± 1,45%))
chính của tinh dầu là
đến
,
Curzeren

((14,28 ± 1,99%)

(( 22,53 ± 2,18%)

đến

(16,67 ± 2,06%))

,

Germacron

(24,28 ± 2,19%))

đến
.
Khảo sát tính kháng oxy hóa bằng phương pháp Ferric
Thyocianat cho thấy tinh dầu Nghệ có khả năng kháng oxy hóa
tương đối cao


((74,8 ± 1,1%) (77,8 ± 0,7%))

-

ở nồng độ 20mg/ml. Cao

eter dầu hỏa có khả năng kháng oxy hóa cao nhất

(( 61,4 ± 0,8%)

-

(84 ,5 ± 1,2%))

ở nồng độ từ 5-20 mg/ml. Các kết quả phân tích cho
thấy có sự khác biệt lớn về thành phần sesquiterpen trong Nghệ
đen ở Việt Nam và ở các nước khác.
2.2.1 Giới thiệu
Nghệ đen (Curcuma zedoaria Berg.) thuộc loại thân thảo, cao
đến 1,5m. Cây mọc hoang dại ở nhiều nơi: bờ suối, ruộng bỏ
hoang, miền núi,…Nguồn gốc ở Hymalaya, Srilanka, Ấn Độ,
Indonesia, Malaysia. Ở Việt Nam, Nghệ đen được trồng nhiều ở
Bình Dương, Đà Lạt, Gia Lai…để làm thuốc. Củ nghệ đen có
hình trụ, dài 2-5cm, đường kính 1-3cm. Vỏ có màu xám, phần
thịt có màu trắng ở lớp bên ngoài, màu tím nhạt ở lớp trong, có
mùi thơm đặc trưng. Trong y học cổ truyền, từ lâu đời nghệ đen
được dùng để trị bệnh xanh xao, thiếu máu, tăng cường bài tiết
GVHD: Đặng Văn Sử

21



Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

mật, tăng trương lực ống tiêu hóa, kém ăn, nấm mãn tính
đường ruột, viêm loét dạ dày,…
Những phương pháp trích ly tinh dầu, thành phần hóa
học, hoạt tính kháng oxy hóa được khảo sát trên hai loại nguyên
liệu là củ nghệ đen tươi và khô. Những kết quả đạt được góp
phần khẳng định giá trị thiết thực của loài thực vật này.
2.2.2 Nguyên liệu và phương pháp thực nghiệm
2.2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu:
Nghệ đen sau khi mua về được tách riêng các phần rễ, thân, lá,
củ. Rửa sạch đất, loại bỏ các phần hư. Tách riêng phần củ, thân,
lá và phơi khô, cắt lát để sấy, sấy nguyên liệu ở nhiệt độ 50 đến
60 0C trong khoảng 20 giờ. Sau đó nguyên liệu được xay nhỏ và
±
xác định độ ẩm. Độ ẩm củ nghệ tươi là (76,38
0,16%); nghệ
±
khô là (10,47
0,08%). Các hóa chất sử dụng: eter dầu hỏa
0
(60-90 C), CH2Cl2, EtOH 96% (Trung Quốc)
2.2.2.2 Điều chế các cao của củ nghệ đen:
500g bột củ nghệ đen lần lượt được trích với dung môi
eter dầu hỏa, CH2Cl2, EtOH 96% bằng hệ thống trích Soxhlet.
Các dịch trích cùng loại dung môi được tập hợp lại và cô quay

chân không (500C, 30mmHg) để loại dung môi đến khi thu được
cao rắn có khối lượng không đổi.
2.2.2.3 Khảo sát điều kiện chưng cất tinh dầu củ nghệ đen:
Tinh dầu được chưng cất từ củ nghệ bằng hệ thống chưng cất
lôi cuốn hơi nước có hồi lưu. Chúng tôi khảo sát hàm lượng tinh
dầu thu được trên hai loại nguyên liệu nghệ tươi và nghệ khô
theo 2 phương pháp: phương pháp gia nhiệt đốt nóng thông
thường (PPT) và phương pháp gia nhiệt bằng vi sóng (PPVS) với
sự thay đổi tỷ lệ L/R (thể tích nước (ml) / khối lượng nguyên liệu
(g)): 1:3, 1:4, 1:5, 1:6 (đối với nghệ tươi) và 1:11, 1:15, 1:19,
1:23 (đối với nghệ kho) theo thời gian chưng cất.
Đồng thời, nhằm đánh giá sơ bộ chất lượng tinh dầu, tiến hành
khảo sát tính chất hóa lý của chúng như: màu, mùi, vị, tỷ trọng,
chiết suất, góc quay cực, chỉ số acid, chỉ số xà phòng, chỉ số
ester, chỉ số iod.
2.2.2.4 Khảo sát thành phần hóa học của tinh dầu theo phương pháp GC-MS
Thành phần hóa học của tinh dầu và cao ete dầu hỏa (phần
không xà phòng hóa) được định danh và định lượng bằng
GVHD: Đặng Văn Sử

22


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

phương pháp sắc ký ghép khối phổ (GC/MS) tại Trung tâm Phân
tích và kiểm nghiệm thuốc thú y Trung ương II.
Các mẫu được phân tích trên máy GC: FISONS GC 8000 series,

đầu dò khối phổ: FISONS Intruments MD 800.
Điều kiện sắc ký
φ
Cột: DB5MS, chiều dài 30m, đường kính 0,25mm,
=
0,25

µm

Chương trình nhiệt độ:
0

900C (1 phút)
phút)

/ phut
5C 
→

0

1300C

/ phut
2C 
→

0

1800C


/ phut
15C
→

2700C ( 5

µl
Nhiệt độ buồng hóa hơi 2500C, thể tích tiêm 1 , chia dòng 1%.
Khí mang là Helium với áp suất khí mang : pHe = 18 psi.
Điều kiện khối phổ
Chương trình MS : Theo chế độ Full Scan FC 43 (29 – 500
a.m.u). Bắn phá ion: El+. Electron energy: 70eV. Cường độ dòng
µA
Emission: 150 . Nhiệt độ bộ nguồn: 200 0C. Nhiệt độ bộ phận
giao tiếp (Interface): 2500C. Sau đó, các khối phổ mẫu được so
sánh với khối phổ chuẩn trong thư viện NIST Ver 2.0a.
2.2.2.5 Khảo sát tính kháng oxy hóa của Nghệ đen:
Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu và các dịch trích
Nghệ đen được khảo sát bằng phương pháp Ferric Thyoyanat
(FTC) của Mitsuda, Osawa (1967). Sau đó phương pháp này
được cải tiến bởi Kikizaki và Nakatani (1993)
Các mẫu cần khảo sát lần lượt được pha ở các nồng độ
khác nhau, từ 100-400mg trong 8nl cồn tuyệt đối. Sau đó, thêm
vào mỗi dung dịch 4ml acid linoleic 2,51% trong EtOH và 8ml
dung dịch đệm phosphat (pH 7). Cuối cùng, các dung dịch được
đậy kín, lắc ở nhiệt độ phòng và để trong tối.
Sau mỗi tháng thời gian nhất định (24-48 giờ), lấy ra
0,1ml dung dịch. Lần lượt cho vào 9,7ml dung dịch EtOH 75%
(theo thể tích); 0,1ml dung dịch NH4SCN 30% và 0,1ml dung

dịch FeCl2 20mM (trong HCl 3,5%). Chính xác 3 phút sau khi cho
FeCl2 vào dung dịch phản ứng, tiến hành đo độ hấp thu của
dung dịch tại bước sóng 500nm. Thí nghiệm kết thúc khi mẫu
trắng đạt độ hấp thu cao nhất tại bước sóng này.

GVHD: Đặng Văn Sử

23


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

A500nm, mẫu trắng - A500nm, mẫu có chất kháng oxy hóa
%kháng oxy hóa =

A500nm, mẫu trắng

x 100%

2.3 Kết quả và bàn luận:
2.3.1 Điều kiện chưng cất tối ưu cho nghệ khô và nghệ tươi:
o Tinh dầu nghệ tươi theo phương pháp chưng cất cổ điển:
NTT
o Tinh dầu nghệ tươi theo phương pháp chưng cất có hỗ trợ
vi sóng: NTVS
o Tinh dầu nghệ khô theo phương pháp chưng cất cổ điển:
NKT
o Tinh dầu nghệ khô theo phương pháp chưng cất có hỗ trợ

vi sóng: NKVS
o Cao eter dầu hỏa trích ly bằng Soxhlet: cao EDH
Chỉ tiêu so sánh
NTT
NTVS
NKT
NKVS
Cao EDH
Hàm Lượng Tinh
6,68±0,05 6,10±0,07 8,66±0,14 7,76±0,06 4,60±0,06
dầu* (%)
Thời gian (phút)
170
140
110
90
90
Tỉ lệ (R/L) tối ưu
1:4
1:4
1:15
1:15
1:10
(*): Tính trên lượng nguyên liệu khô tuyệt đối.
Bảng 2.1 Hàm lượng tinh dầu và thời gian chưng cất giữa các phương pháp dựa
trên các điểm tối ưu.
PPT cho hàm lượng tinh dầu cao hơn PPVS. Tuy nhiên, PPVS
tiêu tốn ít thời gian hơn PPT (khoảng 9-12,5%). Hàm lượng tinh
dầu thu được bằng PPVS có thể cao hay thấp hơn PPT là tùy
thuộc vào thành phần hóa học của dược liệu.

Khi chưng cất, dù là phương pháp nào, nghệ khô luôn luôn
cho lượng tinh dầu cao và tiêu tốn ít thời gian chưng cất hơn
nghệ tươi vì nghệ tươi có hàm lượng ẩm cao (>76%).
Hàm lượng tinh dầu cao nhất ở tỷ lệ 1:4 đối với nghệ tươi và
tỷ lệ 1:15 đối với nghệ khô. Với lượng nước quá ít (tỉ lệ 1:1; 1:2),
ở nhiệt độ sôi của nước nguyên liệu sẽ bị vón cục, cháy khét
làm biến tính chất lượng tinh dầu. Ở tỷ lệ R/L cao hơn, khi lượng
nước chưng quá nhiều, nhiệt độ chưng cao và thời gian kéo dài
sẽ làm cho một số thành phần của tinh dầu bị hòa tan trong
nước, làm giảm lượng tinh dầu thu được.
GVHD: Đặng Văn Sử

24


Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM

Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa học

2.3.2 Tính chất hóa lý của tinh dầu Nghệ đen:
Chỉ số hoá lý NTT
NTVS
NKT
Màu
Vàng sậm
Vàng Tươi
Xanh lục đậm
Mùi
Rất nồng
Rất nồng

Nồng
Trạng thái
Trong, sánh
Trong, rất sách Trong,hơi sách
Vị
Đắng, cay
Đắng, cay
Đắng, cay
Bảng 2.2 Các tính chất hoá lý của tinh dầu,

NKV
Xanh lục
Nồng
Trong, rất sách
Đắng, cay

2.3.3 Thành phần hóa học của tinh dầu Nghệ đen:

Chỉ số acid

1:40

0,992±0,0
03
1,523±0.0
18
32,01±0,2
5
1:25


Chỉ số ester

0,52±0,01

0,78±0,02

13,4±0,8

22,6±0,2

0,981±0,
009
1,520±0,
012
9,38±0,2
3
1:35
0,72±0,0
1
26,7±0,4

194±4

146±2

198±2

Tỷ trọng,
Chiết xuất,
Độ quay cực,


Chỉ số xà phòng
Chỉ số iod

0,986±0,0
05
1,521±0.0
13
9,26±0,34

0,993±0,
009
1,524±0,
015
34,08±0,
35
1:23
0,82±0,0
2
32,4±1,2
184±1

Hình 2.8 kết quả GC của tinh dầu củ nghệ tươi từ chưng cất cổ điển.

Hình 2.9 Kết quả GC của tinh dầu củ nghệ tươi từ chưng cất cổ điển có hỗ
trợ vi sóng
GVHD: Đặng Văn Sử
25

Hình 10 : kết quả GC của tinh dầu củ nghệ khô từ chưng cất cổ điển có hỗ trợ vi sóng