Câu hỏi 2
IMSO 2022 · Indonesia · Khoa học thực nghiệm · Ngày 1 tháng 12 năm 2022
2 thí nghiệm | 25 điểm | 150 phút cho toàn bộ bài thi.
THÍ NGHIỆM 2
Sắc ký màu kẹo: Điều gì tạo nên những màu sắc đó?
Giới thiệu
Hầu hết chất ta tiếp xúc hằng ngày đều không tinh khiết, nghĩa là chúng là hỗn hợp. Tương tự, các hợp chất tổng hợp trong phòng thí nghiệm hóa học hiếm khi được tạo ra ở dạng tinh khiết.
Theo nguyên văn tài liệu, sắc ký do Mikhail Tsivet đề xuất đầu tiên năm 1900, dùng để tách các hợp chất trong hỗn hợp. Kỹ thuật này đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp y tế và thực phẩm.
Trong cuộc chiến chống đại dịch Covid-19, sắc ký là phương pháp phân tích mạnh trong phòng thí nghiệm mà các nhà nghiên cứu sử dụng để tìm hiểu vi-rút Sars-CoV-2 và phát triển phương pháp điều trị, vắc-xin cùng công cụ chẩn đoán tốt hơn. Xét nghiệm nhanh kháng nguyên SARS-CoV-2 (ART) là xét nghiệm miễn dịch sắc ký nhanh nhằm phát hiện định tính các kháng nguyên đặc hiệu của SARS-CoV-2 trong vùng mũi hầu người.
Kiến thức lý thuyết
Trong sắc ký giấy, một giọt dung dịch chứa một chất hoặc hỗn hợp được chấm lên một đường gần một đầu của mảnh giấy lọc hình chữ nhật. Giấy là pha tĩnh, đường này là vạch xuất phát. Mép dưới giấy được đặt vào dung môi triển khai, đóng vai trò pha động. Theo mô tả của nguồn, hiện tượng mao dẫn làm dung môi đi lên giấy với tốc độ đều, tạo một vạch ướt ngang giấy; đó là tiền tuyến dung môi.
Vị trí các vết, tức các chất đã tách, được mô tả bằng hệ số lưu giữ Rf (Hình 1), định nghĩa như sau:
Diễn giải công thức: Rf bằng quãng đường chất đi được tính từ vạch xuất phát chia cho quãng đường tiền tuyến dung môi đi được tính từ chính vạch xuất phát đó.
Vì hệ số lưu giữ của một hỗn hợp thay đổi theo điều kiện, mẫu có thành phần đã biết thường được phân tích đồng thời trên cùng tờ giấy hoặc bản mỏng. Rf là tính chất đặc trưng của một hợp chất trong một dung môi và trên một pha tĩnh nhất định.
Hình 1: Ví dụ tính Rf. Tiền tuyến dung môi cách vạch xuất phát 8,5 cm; vết vàng cách 5,8 cm, bản gốc ghi Rf = 5,8/8,5 = 0,72; vết xanh lơ cách 3,1 cm, bản gốc ghi Rf = 3,1/8,5 = 0,36. Lưu ý biên soạn: kết quả màu vàng trong hình gốc có lỗi số học; xem lời giải. Đây là số liệu minh họa của nguồn, không phải kết quả thí nghiệm với kẹo của em.
Danh sách dụng cụ
- 1 gói nhỏ kẹo sô-cô-la bọc đường màu (ví dụ M&M’s®)
- Giấy lọc
- Bút mực
- Bút chì
- Thước
- Pipet hoặc ống nhỏ giọt
- Đĩa petri hoặc nắp nhựa (đĩa nhỏ)
- Que kem hoặc tăm
- Kẹp giấy loại kẹp bướm (3 chiếc)
- Cốc thủy tinh 100 mL hoặc bình thủy tinh
- Cốc thủy tinh 500 mL hoặc bình thủy tinh miệng rộng (2 chiếc)
- Bình 1 lít
- Muối (natri clorua)
- Thìa cà phê
- Cốc đong hoặc ống đong
- Cân khối lượng (không bắt buộc)
- 1100 mL nước tinh khiết, không khoáng
- 200 mL cồn etylic 70% (cồn sát khuẩn)
- Que gỗ hoặc que xiên (3 chiếc)
- Băng dính hoặc keo để dán sắc ký đồ lên giấy thi khi nộp
- Khăn giấy hoặc giấy lau để vệ sinh và lau nước đổ
- Túi rác nhỏ
Cách tiến hành
Phần 1: Chuẩn bị dải giấy sắc ký
1\. Cắt giấy lọc cà phê thành các dải rộng khoảng 2 cm, dài 7,5 cm. Cần ít nhất 6 dải giấy sắc ký (giấy lọc cà phê).
2\. Kẻ một đường bằng bút chì cách mép mỗi dải giấy 1 cm, như Hình 2 bên dưới.
- Đây là vạch xuất phát hay vạch nền.
- Chấm màu kẹo cho từng dải đúng trên vạch này như Hình 3.
Hình 3: Mỗi dải giấy sắc ký có vạch xuất phát. Phẩm màu cần thử được chấm vào giữa vạch xuất phát.
Lưu ý biên soạn: nguồn nhắc Hình 2 nhưng chú thích hình được cung cấp ghi Hình 3; giữ nguyên cách đánh số của nguồn. Chữ origin/baseline trong hình là vạch xuất phát; spot là vết mẫu.
Phần 2: Chiết phẩm màu kẹo
3\. Chọn ba màu kẹo muốn thử.
- Ví dụ, chọn M&M’s® đỏ, xanh lục và xanh lam.
4\. Cho một ít nước vào cốc 100 mL.
5\. Dùng pipet nhỏ một giọt nước lên đĩa sạch hoặc nắp nhựa như Hình 4. Đặt một viên kẹo vào giọt nước.
Hình 4: Để chiết màu, đặt viên kẹo trong một giọt nước trong ba phút. Khi lấy kẹo ra, một vũng dung dịch màu còn lại.
6\. Để kẹo trong giọt nước ba phút để phẩm màu hòa tan.
7\. Lấy kẹo ra, nhúng đầu pipet, que kem sạch hoặc tăm vào giọt nước đã có màu.
8\. Chấm dung dịch màu lên dải sắc ký bằng cách chạm đầu pipet hoặc que gỗ vào chính giữa vạch xuất phát như Hình 5.
Hình 5: Chấm dịch màu đã chiết lên dải giấy sắc ký bằng đầu que gỗ hoặc pipet.
- Để vết trên dải giấy khô hoàn toàn (khoảng 1 phút).
- Lặp bước 8 thêm 3–5 lần để có đủ lượng phẩm màu, giúp nhìn rõ các thành phần khi chúng tách trên giấy.
9\. Lặp bước 5 với hai màu kẹo còn lại muốn thử.
Phần 3: Bố trí thí nghiệm
10\. Chuẩn bị dung dịch muối 0,1% làm dung môi sắc ký.
- Thêm 1/8 thìa cà phê muối vào 4 cốc nước (xấp xỉ 1 g muối vào 1 L nước).
- Lắc hoặc khuấy đến khi muối tan hoàn toàn.
11\. Rót một ít dung dịch muối vào cốc 500 mL.
12\. Kẹp hai dải giấy đã chuẩn bị vào một que gỗ.
- Đảm bảo hai dải không chạm nhau hoặc thành cốc, mép dưới ngang nhau.
- Đặt que ngang miệng cốc để các dải treo thẳng xuống cốc.
- Nếu cần, thêm dung dịch muối sao cho mép cuối dải giấy vừa chạm mặt dung dịch, như Hình 6.
Hình 6: Bố trí sắc ký tương tự hình ví dụ. Mép dưới các dải giấy chỉ vừa chạm dung môi. Hình thể hiện cốc, que đỡ, kẹp và các dải giấy.
13\. Để dung môi đi lên giấy nhờ mao dẫn; khi tiền tuyến cách mép trên khoảng 0,5 cm thì lấy giấy ra. Tùy loại giấy, thời gian khoảng 15–30 phút. Kiểm tra thường xuyên giấy và tiền tuyến; nếu chạy quá lâu, phẩm màu có thể ra khỏi giấy và hình dạng vết bị biến đổi.
- Kiên nhẫn, không lấy dải ra quá sớm. Theo lời hướng dẫn gốc, giữ giấy trong dung môi lâu hơn giúp tách tốt hơn!
14\. Dùng bút chì đánh dấu vị trí dung môi đã lên đến.
15\. Để dải giấy khô, đo quãng đường bằng cm và tính Rf cho từng thành phần màu của kẹo hoặc phẩm màu thực phẩm. Ghi kết quả vào bảng.
16\. Lặp bước 12–15 cho đến khi chạy hết các dải.
- Mỗi lần làm phải bảo đảm có đủ dung môi trong cốc; thêm dung dịch muối khi cần.
17\. Lặp bước 10–16 với dung môi cồn etylic 70% và chỉ một màu kẹo.
Phần 4: Kết quả
18\. Lập bảng giống Bảng 1 cho từng loại kẹo và màu kẹo hoặc phẩm màu đã thử.
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: ____________________
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: ____________________
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: ____________________
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: Cồn etylic 70%
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Dán các sắc ký đồ tại đây và ghi nhãn đúng:
[Vùng nộp bài để trống: dán và ghi nhãn tất cả sắc ký đồ thực tế.]
Phần 5: Vệ sinh
19\. Lau sạch và sắp xếp bàn bằng khăn giấy và cồn.
Câu hỏi
1\. Vì sao một số phẩm màu tách thành nhiều màu khác nhau còn số khác thì không? [1 điểm]
2\. Vì sao một số màu di chuyển lên giấy xa hơn những màu khác? [1 điểm]
3\. Vì sao mức dung môi phải thấp hơn vạch xuất phát? [1 điểm]
4\. Vì sao không nên dùng bút mực để kẻ vạch xuất phát? [1 điểm]
5\. Em có thể nghĩ ra cách cải thiện sự tách giữa các vết khác nhau không? [1 điểm]
6\. Xem danh sách phẩm màu trên bao bì kẹo sô-cô-la. Thử xác định phẩm màu nào tương ứng với từng vết trên sắc ký đồ. [1 điểm]
HẾT BÀI THỰC NGHIỆM
Lưu ý an toàn do biên soạn: Làm dưới sự giám sát của người lớn. Tránh bỏng do nước nóng ở Thí nghiệm 1. Cồn etylic dễ cháy: tránh xa lửa, tia lửa và nguồn nhiệt; thông thoáng và tránh tiếp xúc mắt. Không ăn kẹo dùng thí nghiệm hay uống dung dịch. Tuân thủ quy định an toàn và xử lý chất thải của phòng thí nghiệm. Ở bước 17, thay dung dịch muối bằng cồn 70%; không áp dụng công thức thêm muối ở bước 10 vào cồn.
2 thí nghiệm | 25 điểm | 150 phút cho toàn bộ bài thi.
THÍ NGHIỆM 2
Sắc ký màu kẹo: Điều gì tạo nên những màu sắc đó?
Giới thiệu
Hầu hết chất ta tiếp xúc hằng ngày đều không tinh khiết, nghĩa là chúng là hỗn hợp. Tương tự, các hợp chất tổng hợp trong phòng thí nghiệm hóa học hiếm khi được tạo ra ở dạng tinh khiết.
Theo nguyên văn tài liệu, sắc ký do Mikhail Tsivet đề xuất đầu tiên năm 1900, dùng để tách các hợp chất trong hỗn hợp. Kỹ thuật này đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp y tế và thực phẩm.
Trong cuộc chiến chống đại dịch Covid-19, sắc ký là phương pháp phân tích mạnh trong phòng thí nghiệm mà các nhà nghiên cứu sử dụng để tìm hiểu vi-rút Sars-CoV-2 và phát triển phương pháp điều trị, vắc-xin cùng công cụ chẩn đoán tốt hơn. Xét nghiệm nhanh kháng nguyên SARS-CoV-2 (ART) là xét nghiệm miễn dịch sắc ký nhanh nhằm phát hiện định tính các kháng nguyên đặc hiệu của SARS-CoV-2 trong vùng mũi hầu người.
Kiến thức lý thuyết
Trong sắc ký giấy, một giọt dung dịch chứa một chất hoặc hỗn hợp được chấm lên một đường gần một đầu của mảnh giấy lọc hình chữ nhật. Giấy là pha tĩnh, đường này là vạch xuất phát. Mép dưới giấy được đặt vào dung môi triển khai, đóng vai trò pha động. Theo mô tả của nguồn, hiện tượng mao dẫn làm dung môi đi lên giấy với tốc độ đều, tạo một vạch ướt ngang giấy; đó là tiền tuyến dung môi.
Vị trí các vết, tức các chất đã tách, được mô tả bằng hệ số lưu giữ Rf (Hình 1), định nghĩa như sau:
Diễn giải công thức: Rf bằng quãng đường chất đi được tính từ vạch xuất phát chia cho quãng đường tiền tuyến dung môi đi được tính từ chính vạch xuất phát đó.
Vì hệ số lưu giữ của một hỗn hợp thay đổi theo điều kiện, mẫu có thành phần đã biết thường được phân tích đồng thời trên cùng tờ giấy hoặc bản mỏng. Rf là tính chất đặc trưng của một hợp chất trong một dung môi và trên một pha tĩnh nhất định.
Hình 1: Ví dụ tính Rf. Tiền tuyến dung môi cách vạch xuất phát 8,5 cm; vết vàng cách 5,8 cm, bản gốc ghi Rf = 5,8/8,5 = 0,72; vết xanh lơ cách 3,1 cm, bản gốc ghi Rf = 3,1/8,5 = 0,36. Lưu ý biên soạn: kết quả màu vàng trong hình gốc có lỗi số học; xem lời giải. Đây là số liệu minh họa của nguồn, không phải kết quả thí nghiệm với kẹo của em.
Danh sách dụng cụ
- 1 gói nhỏ kẹo sô-cô-la bọc đường màu (ví dụ M&M’s®)
- Giấy lọc
- Bút mực
- Bút chì
- Thước
- Pipet hoặc ống nhỏ giọt
- Đĩa petri hoặc nắp nhựa (đĩa nhỏ)
- Que kem hoặc tăm
- Kẹp giấy loại kẹp bướm (3 chiếc)
- Cốc thủy tinh 100 mL hoặc bình thủy tinh
- Cốc thủy tinh 500 mL hoặc bình thủy tinh miệng rộng (2 chiếc)
- Bình 1 lít
- Muối (natri clorua)
- Thìa cà phê
- Cốc đong hoặc ống đong
- Cân khối lượng (không bắt buộc)
- 1100 mL nước tinh khiết, không khoáng
- 200 mL cồn etylic 70% (cồn sát khuẩn)
- Que gỗ hoặc que xiên (3 chiếc)
- Băng dính hoặc keo để dán sắc ký đồ lên giấy thi khi nộp
- Khăn giấy hoặc giấy lau để vệ sinh và lau nước đổ
- Túi rác nhỏ
Cách tiến hành
Phần 1: Chuẩn bị dải giấy sắc ký
1\. Cắt giấy lọc cà phê thành các dải rộng khoảng 2 cm, dài 7,5 cm. Cần ít nhất 6 dải giấy sắc ký (giấy lọc cà phê).
2\. Kẻ một đường bằng bút chì cách mép mỗi dải giấy 1 cm, như Hình 2 bên dưới.
- Đây là vạch xuất phát hay vạch nền.
- Chấm màu kẹo cho từng dải đúng trên vạch này như Hình 3.
Hình 3: Mỗi dải giấy sắc ký có vạch xuất phát. Phẩm màu cần thử được chấm vào giữa vạch xuất phát.
Lưu ý biên soạn: nguồn nhắc Hình 2 nhưng chú thích hình được cung cấp ghi Hình 3; giữ nguyên cách đánh số của nguồn. Chữ origin/baseline trong hình là vạch xuất phát; spot là vết mẫu.
Phần 2: Chiết phẩm màu kẹo
3\. Chọn ba màu kẹo muốn thử.
- Ví dụ, chọn M&M’s® đỏ, xanh lục và xanh lam.
4\. Cho một ít nước vào cốc 100 mL.
5\. Dùng pipet nhỏ một giọt nước lên đĩa sạch hoặc nắp nhựa như Hình 4. Đặt một viên kẹo vào giọt nước.
Hình 4: Để chiết màu, đặt viên kẹo trong một giọt nước trong ba phút. Khi lấy kẹo ra, một vũng dung dịch màu còn lại.
6\. Để kẹo trong giọt nước ba phút để phẩm màu hòa tan.
7\. Lấy kẹo ra, nhúng đầu pipet, que kem sạch hoặc tăm vào giọt nước đã có màu.
8\. Chấm dung dịch màu lên dải sắc ký bằng cách chạm đầu pipet hoặc que gỗ vào chính giữa vạch xuất phát như Hình 5.
Hình 5: Chấm dịch màu đã chiết lên dải giấy sắc ký bằng đầu que gỗ hoặc pipet.
- Để vết trên dải giấy khô hoàn toàn (khoảng 1 phút).
- Lặp bước 8 thêm 3–5 lần để có đủ lượng phẩm màu, giúp nhìn rõ các thành phần khi chúng tách trên giấy.
9\. Lặp bước 5 với hai màu kẹo còn lại muốn thử.
Phần 3: Bố trí thí nghiệm
10\. Chuẩn bị dung dịch muối 0,1% làm dung môi sắc ký.
- Thêm 1/8 thìa cà phê muối vào 4 cốc nước (xấp xỉ 1 g muối vào 1 L nước).
- Lắc hoặc khuấy đến khi muối tan hoàn toàn.
11\. Rót một ít dung dịch muối vào cốc 500 mL.
12\. Kẹp hai dải giấy đã chuẩn bị vào một que gỗ.
- Đảm bảo hai dải không chạm nhau hoặc thành cốc, mép dưới ngang nhau.
- Đặt que ngang miệng cốc để các dải treo thẳng xuống cốc.
- Nếu cần, thêm dung dịch muối sao cho mép cuối dải giấy vừa chạm mặt dung dịch, như Hình 6.
Hình 6: Bố trí sắc ký tương tự hình ví dụ. Mép dưới các dải giấy chỉ vừa chạm dung môi. Hình thể hiện cốc, que đỡ, kẹp và các dải giấy.
13\. Để dung môi đi lên giấy nhờ mao dẫn; khi tiền tuyến cách mép trên khoảng 0,5 cm thì lấy giấy ra. Tùy loại giấy, thời gian khoảng 15–30 phút. Kiểm tra thường xuyên giấy và tiền tuyến; nếu chạy quá lâu, phẩm màu có thể ra khỏi giấy và hình dạng vết bị biến đổi.
- Kiên nhẫn, không lấy dải ra quá sớm. Theo lời hướng dẫn gốc, giữ giấy trong dung môi lâu hơn giúp tách tốt hơn!
14\. Dùng bút chì đánh dấu vị trí dung môi đã lên đến.
15\. Để dải giấy khô, đo quãng đường bằng cm và tính Rf cho từng thành phần màu của kẹo hoặc phẩm màu thực phẩm. Ghi kết quả vào bảng.
16\. Lặp bước 12–15 cho đến khi chạy hết các dải.
- Mỗi lần làm phải bảo đảm có đủ dung môi trong cốc; thêm dung dịch muối khi cần.
17\. Lặp bước 10–16 với dung môi cồn etylic 70% và chỉ một màu kẹo.
Phần 4: Kết quả
18\. Lập bảng giống Bảng 1 cho từng loại kẹo và màu kẹo hoặc phẩm màu đã thử.
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: ____________________
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: ____________________
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: ____________________
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Màu kẹo: ____________________
Dung môi: Cồn etylic 70%
| Màu thành phần | Giá trị Rf của thành phần |
| --- | --- |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
| ________________ | ________________ |
Tổng số thành phần: ____________________ [2 điểm]
Dán các sắc ký đồ tại đây và ghi nhãn đúng:
[Vùng nộp bài để trống: dán và ghi nhãn tất cả sắc ký đồ thực tế.]
Phần 5: Vệ sinh
19\. Lau sạch và sắp xếp bàn bằng khăn giấy và cồn.
Câu hỏi
1\. Vì sao một số phẩm màu tách thành nhiều màu khác nhau còn số khác thì không? [1 điểm]
2\. Vì sao một số màu di chuyển lên giấy xa hơn những màu khác? [1 điểm]
3\. Vì sao mức dung môi phải thấp hơn vạch xuất phát? [1 điểm]
4\. Vì sao không nên dùng bút mực để kẻ vạch xuất phát? [1 điểm]
5\. Em có thể nghĩ ra cách cải thiện sự tách giữa các vết khác nhau không? [1 điểm]
6\. Xem danh sách phẩm màu trên bao bì kẹo sô-cô-la. Thử xác định phẩm màu nào tương ứng với từng vết trên sắc ký đồ. [1 điểm]
HẾT BÀI THỰC NGHIỆM
Lưu ý an toàn do biên soạn: Làm dưới sự giám sát của người lớn. Tránh bỏng do nước nóng ở Thí nghiệm 1. Cồn etylic dễ cháy: tránh xa lửa, tia lửa và nguồn nhiệt; thông thoáng và tránh tiếp xúc mắt. Không ăn kẹo dùng thí nghiệm hay uống dung dịch. Tuân thủ quy định an toàn và xử lý chất thải của phòng thí nghiệm. Ở bước 17, thay dung dịch muối bằng cồn 70%; không áp dụng công thức thêm muối ở bước 10 vào cồn.