Nguyên lý
Nguyên lý của sắc ký chiral dựa trên sự hình thành các phức chất tạm thời giữa các enantiomer phân tích và pha tĩnh chiral. Sự khác biệt về năng lượng liên kết giữa hai enantiomer với pha tĩnh chiral dẫn đến sự khác biệt về thời gian lưu và do đó tạo ra sự tách biệt trên sắc đồ. Enantiomer tạo phức chất bền hơn với pha tĩnh chiral sẽ bị lưu giữ lâu hơn và enantiomer tạo phức chất yếu hơn sẽ bị rửa giải ra khỏi cột trước. Sự khác biệt về năng lượng liên kết này phát sinh từ sự khác biệt nhỏ về cấu trúc không gian 3 chiều của hai enantiomer, cho phép một enantiomer tương tác mạnh hơn với pha tĩnh chiral so với enantiomer còn lại. Điều này có thể được hình dung như việc cố gắng lắp hai găng tay (enantiomer) vào cùng một bàn tay (pha tĩnh chiral): một găng tay (enantiomer) sẽ vừa khít hơn và do đó tương tác mạnh hơn.
Các loại pha tĩnh chiral
Có nhiều loại pha tĩnh chiral khác nhau, mỗi loại được thiết kế để tách một nhóm các enantiomer cụ thể. Việc lựa chọn pha tĩnh phù hợp phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của các enantiomer cần tách. Một số loại phổ biến bao gồm:
- Pha tĩnh dựa trên polysaccharide: Đây là loại pha tĩnh chiral phổ biến nhất, bao gồm các dẫn xuất cellulose và amylose. Chúng có khả năng tách nhiều loại hợp chất chiral nhờ sự đa dạng về cấu trúc và khả năng tạo liên kết hydro. Các ví dụ bao gồm cellulose tris(3,5-dimethylphenylcarbamate) và amylose tris(3,5-dimethylphenylcarbamate).
- Pha tĩnh dựa trên protein: Các protein như albumin bovine serum (BSA) có thể được sử dụng làm pha tĩnh chiral. Chúng thường được sử dụng để tách các enantiomer của thuốc và các phân tử sinh học do khả năng liên kết chọn lọc cao. Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là độ bền nhiệt và hóa học kém.
- Pha tĩnh dựa trên cyclodextrin: Cyclodextrin là các oligosaccharide mạch vòng có thể tạo phức với các enantiomer nhờ cấu trúc hình nón rỗng. Chúng thường được sử dụng trong sắc ký khí và sắc ký lỏng. Khả năng tách của chúng phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của phân tử khách.
- Pha tĩnh dựa trên các chất tổng hợp chiral: Các chất tổng hợp chiral như các phối tử chiral được gắn kết trên silica gel cũng được sử dụng rộng rãi. Chúng cho phép thiết kế các pha tĩnh với tính chọn lọc cao cho các enantiomer cụ thể.
Các phương pháp sắc ký chiral
Sắc ký chiral có thể được thực hiện bằng nhiều kỹ thuật sắc ký khác nhau, bao gồm:
- Sắc ký lỏng hiệu năng cao chiral (HPLC): Đây là kỹ thuật phổ biến nhất, cho phép tách nhanh và hiệu quả các enantiomer với độ phân giải cao. HPLC chiral sử dụng các pha tĩnh chiral được mô tả ở trên và cho phép kiểm soát tốt các điều kiện tách.
- Sắc ký khí chiral (GC): Kỹ thuật này phù hợp cho các hợp chất chiral bay hơi và bền nhiệt. Pha tĩnh chiral trong GC thường là các cyclodextrin hoặc các polymer chiral.
- Sắc ký lớp mỏng chiral (TLC): Kỹ thuật này thường được sử dụng cho mục đích phân tích định tính và sàng lọc nhanh. TLC chiral sử dụng các bản mỏng được phủ pha tĩnh chiral.
- Sắc ký siêu tới hạn chiral (SFC): Kỹ thuật này sử dụng chất lỏng siêu tới hạn làm pha động, cho phép tách nhanh với hiệu suất cao. SFC chiral kết hợp các ưu điểm của cả GC và HPLC.
Ví dụ
Một ví dụ điển hình là việc tách các enantiomer của ibuprofen. Ibuprofen có hai enantiomer: (S)-ibuprofen có hoạt tính chống viêm, trong khi (R)-ibuprofen gần như không có hoạt tính. Sắc ký chiral cho phép tách và định lượng từng enantiomer, đảm bảo chất lượng và hiệu quả của thuốc. Việc sử dụng sắc ký chiral trong trường hợp này là rất quan trọng để đảm bảo bệnh nhân nhận được liều lượng chính xác của enantiomer có hoạt tính.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tách chiral
Hiệu quả tách chiral phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
- Loại pha tĩnh chiral: Việc lựa chọn pha tĩnh chiral phù hợp là yếu tố quan trọng nhất. Cần xem xét cấu trúc của chất phân tích và cơ chế tách chiral của pha tĩnh.
- Pha động: Thành phần và pH của pha động có thể ảnh hưởng đến sự tương tác giữa chất phân tích và pha tĩnh chiral. Việc tối ưu hóa thành phần pha động có thể cải thiện đáng kể độ phân giải.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cột có thể ảnh hưởng đến động học của sự hình thành phức chất và do đó ảnh hưởng đến sự tách. Nhiệt độ cao hơn thường dẫn đến thời gian tách ngắn hơn nhưng có thể giảm độ phân giải.
- Tốc độ dòng: Tốc độ dòng ảnh hưởng đến thời gian tiếp xúc giữa chất phân tích và pha tĩnh. Tốc độ dòng thấp hơn thường tăng độ phân giải nhưng kéo dài thời gian phân tích.
Xác định độ tinh khiết enantiomer (enantiomeric excess, ee)
Độ tinh khiết enantiomer, thường được biểu thị bằng phần trăm ee, là thước đo tỉ lệ giữa hai enantiomer trong một mẫu. Nó được tính theo công thức:
$ee = \frac{|[R] – [S]|}{[R] + [S]} \times 100%$
Trong đó, [R] và [S] là nồng độ của enantiomer R và S tương ứng.
Ưu điểm và nhược điểm của sắc ký chiral
Ưu điểm:
- Khả năng tách các enantiomer với độ phân giải cao.
- Áp dụng được cho nhiều loại hợp chất chiral.
- Có thể được sử dụng cho cả phân tích định tính và định lượng.
Nhược điểm:
- Chi phí pha tĩnh chiral có thể cao.
- Việc lựa chọn pha tĩnh chiral phù hợp có thể phức tạp.
- Đôi khi cần phải tối ưu hóa các điều kiện sắc ký để đạt được sự tách hiệu quả.
Các kỹ thuật liên quan
- Điện di mao quản chiral (CE): Kỹ thuật này sử dụng chất phụ gia chiral trong dung dịch đệm để tách các enantiomer.
- Cộng hưởng từ hạt nhân chiral (NMR): Kỹ thuật này sử dụng các chất dịch chuyển chiral để phân biệt các enantiomer.
Xu hướng phát triển
Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực sắc ký chiral tập trung vào việc phát triển các pha tĩnh chiral mới với tính chọn lọc cao hơn, phạm vi ứng dụng rộng hơn và chi phí thấp hơn. Các kỹ thuật sắc ký lai, chẳng hạn như kết hợp sắc ký chiral với khối phổ, cũng đang được phát triển để nâng cao khả năng phân tích. Việc sử dụng các kỹ thuật mô phỏng máy tính để dự đoán khả năng tách của các pha tĩnh chiral cũng là một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn.