GC-MS là sắc ký khí ghép khối phổ: máy tách tinh dầu ra thành từng hợp chất riêng lẻ rồi nhận diện từng chất theo "dấu vân tay" khối phổ của nó. Phiếu kết quả là một bảng gồm tên chất, thời gian lưu và phần trăm diện tích pic. Đọc phiếu cần trả lời ba câu: các chất chính có nằm trong khoảng bình thường của loài cây đó không, có chất lạ không nên có không, và phiếu có gắn với đúng số lô đang bán không.
Máy làm gì: tách ra trước, nhận mặt sau
Một mẫu tinh dầu được pha loãng trong dung môi, lấy chừng một microlit bơm vào buồng tiêm nóng khoảng 250 °C. Mọi chất bay hơi tức thì, được dòng khí mang (thường là heli) đẩy vào cột sắc ký. Cột là một ống mao quản dài cỡ 30 m, đường kính trong khoảng 0,25 mm, mặt trong phủ một lớp pha tĩnh mỏng.
Cột nằm trong lò, nhiệt độ được nâng dần, chẳng hạn từ 60 °C lên khoảng 240 °C. Chất nào sôi thấp và ít bám pha tĩnh thì ra khỏi cột trước, chất nặng và bám chặt thì ra sau. Có thể hình dung một đám đông chạy qua hành lang dài phủ keo: người nhẹ, ít dính chân về đích trước. Với tinh dầu, nhóm monoterpene mười carbon như limonene, pinene thường ra sớm; các monoterpene có oxy như linalool, citral ra giữa; sesquiterpene mười lăm carbon như caryophyllene ra muộn.
Đầu ra của cột nối vào khối phổ kế. Ở đó mỗi phân tử bị bắn phá bằng chùm electron năng lượng 70 eV, vỡ thành các mảnh có khối lượng khác nhau. Cách một phân tử vỡ gần như cố định, nên tập hợp các mảnh là dấu vân tay để so với thư viện phổ. Thư viện hay dùng là thư viện NIST và cuốn tra cứu của Robert P. Adams về nhận danh thành phần tinh dầu bằng GC-MS, sách gối đầu của nhiều phòng thí nghiệm hương liệu.
Đọc từng cột của phiếu kết quả
| Cột trên phiếu | Ý nghĩa | Điều cần để ý |
|---|---|---|
| STT pic | Thứ tự các chất ra khỏi cột | Phiếu tốt liệt kê đủ, kể cả pic nhỏ |
| Thời gian lưu (RT, phút) | Lúc chất ra khỏi cột | Phụ thuộc máy và điều kiện chạy, không so được giữa hai phòng thí nghiệm |
| Chỉ số lưu (RI) | Thời gian lưu quy đổi theo dãy ankan chuẩn | So được giữa các phòng, dùng để xác nhận tên chất |
| Tên hợp chất | Chất được nhận diện | Xem cột phương pháp nhận diện đi kèm |
| % diện tích | Phần diện tích pic so với tổng các pic | Là tỉ lệ tương đối, không phải phần trăm khối lượng tuyệt đối |
| Cách nhận diện | MS, RI, chất chuẩn | So với chất chuẩn là mức chắc chắn nhất |
Chỉ số lưu quan trọng vì nhiều terpene là đồng phân của nhau, phổ khối gần như giống hệt. Chỉ dựa vào phổ thì máy có thể gọi nhầm tên. Ghép thêm chỉ số lưu, tức vị trí chất ra khỏi cột so với một dãy ankan chạy cùng điều kiện, thì việc nhận diện chắc hơn nhiều.
Cột phần trăm diện tích hay bị hiểu sai nhất. Máy cộng diện tích mọi pic nó thấy rồi chia ra phần trăm. Nó không thấy những gì không bay hơi trong điều kiện chạy. Hệ quả rất thực tế: nếu ai đó pha tinh dầu với dầu thực vật như dầu dừa phân đoạn, phần dầu nền gần như không hiện pic trên lần chạy thông thường, và bảng phần trăm vẫn trông bình thường. Muốn phát hiện kiểu pha này cần thêm phép thử khác như tỉ trọng, cặn sau bay hơi, hoặc chạy định lượng có chất nội chuẩn.
Thử đọc một phiếu sả chanh
Bảng dưới đây là số minh hoạ, làm tròn, gần với dạng thường gặp của dầu sả chanh (Cymbopogon citratus). Mục đích là tập cách đọc, không phải chuẩn để đối chiếu.
| Hợp chất | % diện tích (minh hoạ) | Nhận xét |
|---|---|---|
| 6-methyl-5-hepten-2-one | 1,5 | Chất phụ quen thuộc của sả |
| Limonene | 0,5 | Ít, bình thường |
| Linalool | 1,2 | Bình thường |
| Neral (citral b) | 32 | Nửa thứ hai của citral |
| Geraniol | 3 | Bình thường |
| Geranial (citral a) | 42 | Chất chính, lớn hơn neral |
| Geranyl acetate | 2 | Bình thường |
| β-caryophyllene | 1 | Sesquiterpene, ra muộn |
| Không xác định | 3 | Nên được ghi ra, không giấu |
Cách đọc: geranial và neral cộng lại là citral, chất tạo mùi chanh của sả. Ở đây citral khoảng ba phần tư tổng diện tích, geranial lớn hơn neral, một tỉ lệ quen thuộc của sả chanh. Nếu phiếu cho citral thấp, lại có nhiều citronellal và citronellol, rất có thể đó là sả Java (Cymbopogon winterianus), loài khác, hoặc hai loại đã bị trộn. Nếu dòng "không xác định" bị bỏ hẳn và tổng vẫn tròn 100%, nên hỏi phòng thí nghiệm đã xử lý phần còn lại thế nào.
Những dấu hiệu bất thường người làm nghề hay soi
Chất không thuộc về cây
Một số dung môi và chất pha loãng có bay hơi nên hiện pic rõ trên phiếu: dipropylene glycol (DPG), diethyl phthalate (DEP), benzyl alcohol, triethyl citrate, isopropyl myristate. Đây là dung môi quen thuộc của ngành dầu thơm. Thấy chúng trên phiếu của một chai ghi "nguyên chất" là đủ để dừng lại.
Tỉ lệ lệch khỏi loài
Mỗi loài có một "bộ khung" các chất chính với khoảng dao động đã biết. Oải hương thật có rất ít long não; nếu long não và cineole cao bất thường, khả năng cao có lavandin trong chai. Dầu tía tô đất (melissa) hiệu suất cực thấp, nên trên thị trường từng có nhiều mẫu bị độn dầu màng tang (Litsea cubeba) hoặc citral rời; phiếu sẽ cho citral cao mà thiếu các chất phụ đặc trưng của melissa.
Dấu vết của chất tổng hợp
Linalool tổng hợp từ hoá dầu thường kéo theo vết dehydrolinalool và dihydrolinalool, hai chất hầu như không có trong linalool tự nhiên. Một phiếu đọc kỹ có thể bắt được những pic nhỏ này.
Đẹp quá mức
Một phiếu cho mọi chất chính rơi đúng giữa khoảng chuẩn trong sách, lô nào cũng y hệt lô nào qua nhiều năm, đáng nghi hơn là đáng tin. Dầu tự nhiên dao động theo mùa vụ. Phiếu giống nhau tới từng số lẻ giữa các lô thường là phiếu được chép lại.
GC-MS không trả lời được hết mọi câu
- Đồng phân quang học: linalool tự nhiên trong oải hương chủ yếu là dạng (R), còn linalool tổng hợp là hỗn hợp hai dạng tỉ lệ ngang nhau. Cột thường không phân biệt được; cần cột sắc ký đối quang (chiral).
- Nguồn gốc carbon: muốn biết một chất đến từ cây hay từ dầu mỏ, phòng thí nghiệm dùng phép đo carbon-14 hoặc tỉ lệ đồng vị bền. Carbon từ dầu mỏ đã mất hết carbon-14 sau hàng triệu năm.
- Chất không bay hơi: dầu nền, sáp, nhựa không hiện trên lần chạy thường như đã nói ở trên.
- Kim loại nặng, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật: cần phương pháp phân tích riêng.
- Cột đơn có thể gộp pic: hai chất ra cùng lúc trên một loại cột. Phòng thí nghiệm kỹ thường chạy thêm một cột phân cực khác để tách.
Tiêu chuẩn ISO 11024 hướng dẫn cách xây dựng và đọc "hồ sơ sắc ký" cho tinh dầu, tức khoảng phần trăm của các chất đặc trưng. Nhiều tiêu chuẩn cho từng loại tinh dầu dựa trên cách tiếp cận này. Bài về tiêu chuẩn ISO và TCVN trong cùng danh mục nói kỹ hơn.
Một phiếu kiểm nghiệm đáng tin trông thế nào
- Có tên, địa chỉ phòng thí nghiệm, ngày phân tích, người ký.
- Mã mẫu hoặc số lô trùng với số lô trên chai.
- Ghi điều kiện chạy: loại cột, chương trình nhiệt, cách nhận diện.
- Kèm hình sắc ký đồ, tức đồ thị các pic, không chỉ có bảng số.
- Có dòng phần không xác định, có tổng.
- Tốt hơn nữa là phòng thí nghiệm được công nhận theo ISO/IEC 17025; ở Việt Nam hệ thống công nhận này có tên VILAS, số hiệu VILAS thường in trên phiếu và tra được.
Phiếu do chính người bán tự lập, không ghi phòng thí nghiệm nào, không có sắc ký đồ, chỉ là một bảng đánh máy, thì giá trị làm bằng chứng thấp. Không phải ai đưa phiếu như vậy cũng gian, nhưng người mua không có cách nào kiểm tra.
Nếu cần tự gửi mẫu, có thể tìm các phòng thí nghiệm hoá phân tích của viện nghiên cứu, trường đại học hoặc trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng ở địa phương. Khi gửi nên nói rõ tên khoa học dự kiến của mẫu để phòng thí nghiệm chọn cách đối chiếu phù hợp.
Câu hỏi thường gặp
GC-MS là viết tắt của gì?
GC-MS là Gas Chromatography – Mass Spectrometry, tiếng Việt là sắc ký khí ghép khối phổ. Phần sắc ký khí tách hỗn hợp thành từng chất, phần khối phổ nhận diện từng chất. Đây là phương pháp chuẩn để phân tích thành phần tinh dầu.
Phần trăm trên phiếu GC-MS có phải hàm lượng thật không?
Không hẳn. Đó là phần trăm diện tích pic so với tổng diện tích các pic máy thấy, gọi là tỉ lệ tương đối. Những chất không bay hơi như dầu nền không được tính vào. Muốn định lượng chính xác cần chạy có chất chuẩn.
Có phiếu GC-MS là tinh dầu chắc chắn nguyên chất?
Chưa chắc. Phiếu phải gắn đúng số lô, có tên phòng thí nghiệm và sắc ký đồ. Ngay cả phiếu thật cũng không phát hiện được việc pha dầu thực vật hay dùng chất tổng hợp giống hệt chất tự nhiên nếu không làm thêm phép thử khác.
Chỉ số lưu (RI) trên phiếu tinh dầu dùng để làm gì?
Chỉ số lưu quy đổi thời gian một chất ra khỏi cột theo dãy ankan chuẩn, nhờ đó so được giữa các phòng thí nghiệm. Nó giúp xác nhận tên chất khi phổ khối của nhiều đồng phân terpene gần giống nhau.
Làm sao biết phiếu kiểm nghiệm tinh dầu là phiếu chép lại?
Dấu hiệu thường gặp là nhiều lô khác nhau dùng chung một phiếu, số liệu giống nhau từng số lẻ qua các năm, không có tên phòng thí nghiệm hay sắc ký đồ. Tinh dầu tự nhiên luôn dao động giữa các mẻ, nên phiếu của từng lô phải khác nhau ít nhiều.
