Tài liệu Bài tiểu luận phân tích khối phổ

  • Số trang: 26 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 39 |
  • Lượt tải: 0
transuma

Tham gia: 03/08/2015

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỈ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài: PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ BÀI TIỂU LUẬN TỔ 4 Môn: KỸ THUẬT PHÂN TÍCH SINH HÓA HIỆN ĐẠI Giảng viên hướng dẫn: Hồ Thị Tiến TP. HCM, Tháng 12 năm 2015 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỈ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  hufi Đề tài: PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ. BÀI TIỂU LUẬN NHÓM 4. Môn: KỶ THUẬT PHÂN TÍCH SINH HÓA HIỆN ĐẠI Giảng viên hướng dẫn: Hồ Thị Tiến Nhóm sinh viên thực hiện 1. 2. 3. 4. Nguyễn Văn Thanh Toàn Huỳnh Ngọc Quang Nguyễn Thanh Duy Huỳnh Thanh Hải 3008140299 3008140018 3008140188 3008140339 TP.HCM, Tháng 12 năm 2015 LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin trân thành cảm ơn cô Hồ Thị Tiến đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian học tập.Một lần nữa nhóm chúng tôi xin trân thành cảm ơn cô. Mặc dù bài tiểu luận đã hoàn thành nhưng khó tránh những sai sót.Mong rằng sẽ nhận được đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để bài tiểu luận hoàn thiện hơn. Từ đó,chúng tôi sẽ có thêm nhiều kinh nghiệm để thực hiện những bài tiều luận tiếp theo cũng như đồ án sau này và nghề nghiệp tương lai. Sau cùng chúng tôi xin chúc cô Hồ Thị Tiến và toàn thể các thầy cô trong Khoa thật dồi dào sức khỏe, niềm vui để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức của mình cho thế hệ mai sau. Trân trọng cảm ơn! NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN i LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan: Bài tiểu luận do các thành viên trong nhóm cùng chung tay làm việc,có sự phân công rõ ràng và công bằng giữa các thành viên trong nhóm. Đồng thời, không sao chép bất cứ bài tiểu luận của bất kì ai. Các nội dung trong bài báo cáo đã được tham khảo kỉ lưỡng trước khi đưa vào bài tiều luận.Chúng tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm trước cô và Khoa về những cam đoan này. TP.HCM, ngày 9 tháng 12 năm 2015 NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ii KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT EI Electron Impact (va chạm electron) CI Chemical Ionization (Ion hóa hóa học) ESI Electrospray Ionization (ion hóa bằng tia lửa điện) TSI Thermospray Ionization (ion hóa bằng nhiệt) APCI Atmospheric Pressure Chemical Ionzation (ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển) FAB tử) Fast- Atom Bombardment (bắn phá nhanh bằng nguyên FIB Fast- Ion Bombardment (bắn phá nhanh bằng ion) MALDI giải hấp laser) Matrix- Assisted Laser Desorption Ionization (ion bằng TOF Time- Of Flight analyser (bộ phân tích thời gian bay) ICR Ion Cyclotron Resonance Analyser (bộ phân tích cộng hưởng ion cylotron) iii DANH MỤC CÁC BẢNG Số thứ tự 1 2 3 4 Tên bảng Trang Bảng 3.1: Đồng vị bền của một số nguyên tố Bảng 3.2: Kết quả khảo sát lượng đồng vị Bảng 3.3: Thành phần hoá học của tinh dầu từ gỗ Sa mộc dầu (Cunninghamia konishii Hayata) phân bố ở Tây Côn Lĩnh Bảng 3.4: Dư lượng kháng sinh quinolone (ng.g-1) trong mẫu thịt gà, thịt heo, tôm, cá diêu hồng 11 12 iv 13 15- 16 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Số thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tên hình Hình 1.1: Máy khối phổ hiện nay Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy khối phổ Hình 2.2 : Giao diện ESI trong máy khối phổ và sơ đồ tạo ion dương bằng nguồn ESI Hình 2.3: Giao diện APCI giữa cột HPLC vả máy khối phổ. Hình 2.4: Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống MALDI Hình 2.5: Biểu đồ lựa chọn kiểu tạo ion Hình 2.6: Bộ phân tích từ hội tụ đơn Hình 2.7: Bộ phân tích tứ cực đơn Hình 2.8: Sơ đồ bẫy ion Hình 2.9: Bộ phân tích tứ cực chập ba Hình 2.10: Sơ độ bộ phân tích thời gian bay TOF Hình 2.11: Sơ đồ bẫy Penning và quá trình tạo tín hiệu Hình 3.1: Sự thay đổi cấu dạng do cảm ứng với cAMP của Epac2 được xác định bằng DXMS Hình 3.2: Đường hồi qui của 8 quinolone v Trang 2 3 6 6 7 7 8 9 9 9 10 10 14 15 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................................... ii KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH ........................................................................................ v LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................................1 GIỚI THIỆU...................................................................................................................................2 I. 1.1. Tổng quan. ...............................................................................................................................2 1.2. Nguyên lý của khối phổ...........................................................................................................3 MÁY KHỐI PHỔ .......................................................................................................................3 II. 2.1. Tổng quan về máy khối phổ...........................................................................................................3 2.2. Nguyên lí làm việc của máy khối phổ. ..................................................................................4 2.3. Chi tiết các bộ phận của máy khối phổ. ................................................................................4 2.3.1. Bộ nạp mẫu: Có thể phân thành hai nhóm chính: ........................................................4 2.3.1.1. Nạp mẫu trực tiếp. ....................................................................................................4 2.3.1.2. Nạp mẫu gián tiếp. ...................................................................................................4 2.3.2. Bộ nguồn ion ...................................................................................................................4 2.3.2.1. Va chạm electron (EI) ..............................................................................................5 2.3.2.2. Ion hóa hóa học (CI). ..............................................................................................5 2.3.2.3. Nguồn ion bằng phun sương khử solvat ...................................................................5 2.3.2.4. Nguồn ion hóa bằng giải hấp ...................................................................................6 2.3.3. Bộ phân tích khối ............................................................................................................7 2.3.3.1. Bộ phận tích từ .........................................................................................................7 2.3.3.2. Bộ phân tích tứ cực ..................................................................................................8 2.3.3.3. Bộ phân tích thời gian bay (TOF) ......................................................................... 10 2.3.3.4. Bộ phân tích cộng hưởng ion cyclotron (ICR) ...................................................... 10 2.3.4. Detector ........................................................................................................................ 11 2.3.4.1. Nhân electron ........................................................................................................ 11 2.3.4.2. Nhân quang ........................................................................................................... 11 ỨNG DỤNG ............................................................................................................................. 11 III. 3.1. Xác định các đồng vị. ................................................................................................................. 11 3.1.1. Cơ sở lí thuyết ..................................................................................................................... 11 3.1.2. Ví dụ minh họa .................................................................................................................... 12 3.2. Định tính .............................................................................................................................. 12 3.2.1. Cơ sở lí thuyết ............................................................................................................... 12 3.2.2. Ví dụ minh họa ............................................................................................................. 12 3.3. Xác định công thức cấu tạo. ............................................................................................... 14 3.3.1. Cơ sở lí thuyết ............................................................................................................... 14 3.3.2. Ví dụ minh họa ............................................................................................................. 14 3.4. Định lượng ........................................................................................................................... 15 3.4.1. Cơ sở lí thuyết ............................................................................................................... 15 3.4.2. Ví dụ minh họa ............................................................................................................. 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................................... 17 PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 LỜI MỞ ĐẦU Trong sự phát triển của xã hội ngày nay, tất cả các công việc đều được cơ giới hóa hiện đại hóa phù hợp với xã hội ngày càng văn minh. Các nghành khoa học càng cần phải đổi mới và hiện đại nhất là trong nghành khoa học nghiên cứu Nghành Công Nghệ Sinh Học là một trong số đó. Là một ngành khoa học nghiên cứu với những kỉ thuật công nghệ cao đáp ứng nhu cầu đặt ra của Nghành, vì vậy cần những kỉ thuật, những phương tiện để đáp ứng các nhu cầu đó. Đây cũng là một trong những lí do mà môn “Kỷ thuật phân tích sinh hóa hiện đại “ được xem là một trong những môn cơ sở nghành cung cấp cho người học một cách nhìn tổng quan về các phương pháp, trang thiết bị phục vụ cho việc nghiên cứu của các môn học sau này. Trên cơ sở những kiến thức đã được học trong môn học: nhóm chúng tôi đã được giao thực hiện đề tài “Phân tích khối phổ” với mục đích là tìm hiểu thêm đề nâng cao kiến thức đã học cho bản thân và các bạn. Mặc dù đã cố gắng do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không được nhiều nên đề tài của chúng tôi còn rất nhiều hạn chế và sai sót. Đề tài này nhóm chia làm 3 phần như sau: Phần I: Giới thiệu: Tìm hiểu tổng quan cũng như nguyên lí làm việc của máy khối phổ. Phần II: Máy khối phổ: Trình bày sơ nét các bộ phận và các thức hoạt động của máy:     Bộ nạp mẫu Bộ nguồn ion Bộ phân tích khối Detector Phần III: Ứng dụng: Trình bày một cách khái quát các ứng dụng của kỷ thuật này đồng thời đưa ra những ví dụ cụ thể đã được các nhà khoa học đi trước thực hiện. Chúng tôi mong sự góp ý của cô Hồ Thị Tiến, các thầy cô trong khoa và các bạn để bài luận này hoàn thiện và ngày càng tốt hơn. NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN Page | 1 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Khối phổ (mass spectrometry – MS), là một kỹ thuật quang phổ do nhà vật lí học người Anh Joseph John Thomson phát minh ra vào năm 1897. Chính nhờ kỉ thuật này đã giúp Thomson phát hiện ra các đồng vị của nguyên tố và chứng minh sự tồn tại hai đồng vị của khí Neon. Với phát minh này đã giúp Thomson giành được giải thưởng Nobel năm 1906. GIỚI THIỆU I. 1.1. Tổng quan. Từ năm 1940 phân tích khối phổ hữu cơ ra đời để ứng dụng vào phân tích sản phẩm trong ngành cộng nghiệp dầu hỏa. Đến những năm 70, khối phổ đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu y sinh. Hiện nay phân tích khối phổ là một trong những kỉ thuật phổ biến được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau để xác định thành phần các chất vô cơ và hữu cơ. Hình 1.1: Máy khối phổ hiện nay Phương pháp khối phổ (MS) là một kỹ thuật phân tích hóa học giúp xác định hàm lượng và loại chất hóa học có trong một mẫu bằng cách đo tỷ lệ khối lượng trên điện tích và số lượng của các ion pha khí từ phân tử hoặc nguyên tử của mẫu. Tỉ số này được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử hoặc bằng dalton. Nếu biết được điện tích của ion thì ta dễ dàng xác định được khối lượng của ion đó. Như vậy, trong nghiên cứu khối phổ của bất kỳ chất nào, trước tiên nó phải được chuyển sang trạng thái bay hơi, sau đó được ion hoá bằng các phương pháp thích hợp. Các ion tạo thành được đưa vào nghiên cứu trong bộ phân tích khối của máy khối phổ. Tùy theo loại điện tích của ion nghiên cứu mà người ta chọn kiểu quét ion dương (+) Page | 2 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 hoặc âm (-). Kiểu quét ion dương thường cho nhiều thông tin hơn về ion nghiên cứu nên được dùng phổ biến hơn. 1.2. Nguyên lý của khối phổ Khối phổ là kỹ thuật phân tích đo phổ về khối lượng của các phân tử tích điện khi chúng di chuyển trong điện trường. Các ion được tạo thành trong buồng ion hóa, được gia tốc và tách riêng nhờ bộ phận phân tích khối phổ trước khi đến detector. Tất cả các quá trình này diễn ra trong hệ thiết bị chân không, áp suất trong hệ giao động trong khoảng từ 10-3 Pa đến 10-6 Pa. Tín hiệu tương ứng với các ion sẽ được thể hiện bằng một số vạch (pic) có cường độ khác nhau tập hợp lại thành một khối phổ đồ hoặc phổ khối. Dữ liệu phổ khối được tự động ghi lại và sử dụng để nhận dạng mẫu bằng các công cụ tin sinh học. Đồng thời, có thể xác định cấu trúc cũng như là định lượng các chất trong mẫu mà ta phân tích. II. MÁY KHỐI PHỔ 2.1. Tổng quan về máy khối phổ. Hệ thống khối phổ có nhiều loại và được ứng dụng rất đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau. Tùy theo chức năng và nhiệm vụ mà các bộ phận được cấu tạo khác nhau nhưng thông thường một máy khối phổ thường có năm bộ phận chính như sau:  Bộ phận nạp mẫu: Đưa mẫu vào máy, nếu mẫu ở dạng lỏng hoặc rắn cần phải chuyển sang dạng hơi bằng các biện pháp thích hợp.  Bộ nguồn ion: Ion hóa các phân tử, nguyên tử của mẫu ở trạng thái khí hoặc hơi.  Bộ phân tích khối: Tách các ion theo tỉ số khối lượng và điện tích của ion (m/z). Các ion được gia tốc và tách riêng nhờ tác dụng của từ trường , điện trường để đi đến detector.  Bộ phận ghi phổ (detector): Có nhiệm vụ chuyển các ion đã đến thành tín hiệu điện đo bằng hệ điện tử của máy khối phổ.  Bộ xử lí dữ liệu: Dữ liệu được ghi lại và nhận dạng bằng hệ thống tin sinh học. Tín hiệu điện từ detector được khuếch đại trước khi chuyển thành tín hiệu số phục vụ xử lí dữ liệu theo những yêu cầu khác nhau: ghi phổ khối, so sánh với dữ liệu phổ trong thư viện phổ hay định lượng mẫu,…: Page | 3 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy khối phổ Các bộ phận này sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau. 2.2. Nguyên lí làm việc của máy khối phổ. Ban đầu, mẫu được nạp vào máy ở dưới dạng khí hoặc hơi . Sau đó mẫu được chuyển đến bộ nguồn ion để được ion hóa thành các ion ở các trạng thái tích điện khác nhau, tiếp theo các ion mẫu sẽ được phân tách dựa trên sự khác biệt về tỉ số giá trị m/z, detector ghi dữ liệu phổ về khối của các ion đã phân tách với sự trợ giúp của các phần mềm tin sinh học cho phép tìm kiếm trên các cơ sở dữ liệu và phân tích kết quả thu được. Máy khối phổ không đo khối lượng (m) mà chúng đo giá trị m/z (mass/charge ratio). Tùy thuộc vào các loại nguồn và bộ phân tích khối mà máy khối phổ có cấu hình và nguyên tắc hoạt động khác nhau. 2.3. Chi tiết các bộ phận của máy khối phổ. 2.3.1. Bộ nạp mẫu: Có thể phân thành hai nhóm chính: 2.3.1.1. Nạp mẫu trực tiếp. Mẫu được đưa trực tiếp vào máy không cần thông qua bất kì thiết bị phân tích khác. Chẳng hạn, với mẫu lỏng ta có thể đặt mẫu vào trong chén thạch anh hoặc trên bề mặt kim loại và đưa vào buồng trung gian (áp suất giảm) trước khi đưa vào buồng chân không của máy. Ở đây phần hơi của mẫu có thể được tách nhờ một màng bán thấm và đưa thẳng vào buồng ion hóa. Đôi khi người ta nhiệt phân mẫu, khí tạo ra được đưa vào buồng ion hóa của máy khối phổ hoặc dùng kết nối GC/MS (Gas Chromatography/ Mass Spectrometry). 2.3.1.2. Nạp mẫu gián tiếp. Ở đây bộ nạp mẫu có đầu ra kết nối với một thiết bị phân tích khác được nối với máy quét phổ, chẳng hạn như các kiểu sau:  GC/ MS (Gas Chromatography/ Mass Spectrometry): Đầu ra của cột mao quản của hệ thống sắc kí khí (GC) được nối trực tiếp với bộ nguồn ion của máy khối phổ.  LC/MS (Liquid Chromatography/ Mass Spectrometry): Khi chất phân tích khó bay hơi hoặc dễ phân hủy nhiệt không thể phân tích bằng GC, cần kết nối với hệ thống sắc kí lỏng (LC). Khó khăn ở đây là phải chuyển chất phân tích từ pha lỏng sang pha hơi để ion hóa.(Sẽ được trình bày cụ thể ở phần 2.3.2)  SFC/ MS ( Supercritical Fluid Chromatography/ Mass Spectrometry): Pha động là CO2 siêu tới hạn được chuyển thành pha khí trước khi đi vào buồng ion hóa.  CE/ MS (Capillary Electrophoresie/ Mass Spectrometry): Các chất trong dung dịch rữa giải từ mao quản được đưa vào buồng ion hóa. Trong một số trường hợp cần thêm dung môi để tăng tốc độ dòng. Hạn chế của kết nối này là thể tích mẫu nhỏ và cần phải dùng dung dịch đệm dễ bay hơi. 2.3.2. Bộ nguồn ion Đây là bộ phận ion hóa mẫu phân tử, nguyên tử sang trạng thái hơi hoặc khí, trên thực tế thì có rất nhiều phương pháp ion hóa mẫu. Dưới đây là một trong nhiều phương pháp đó cụ thể như sau: Page | 4 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 2.3.2.1. Va chạm electron (EI) Trong buồn ion hóa các electron (e) phát ra từ một catot vonfram hoặc reni khi đốt nóng. Chùm tia e này bay về phía anot với vận tốc lớn (có năng lượng khoảng 70 eV) va chạm với phân tử hoặc nguyên tử của mẫu. Một e tấn công một phân tử với năng lượng lớn sẽ loại một e khác khỏi phân tử này. Quá trình ion hóa mẫu bằng phương pháp EI thường tao ra ion dòng điện đơn có một e không cặp đôi. Đó là ion gốc, phân tử ban đầu mang điện tích gọi là ion phân tử. Quá trình ion hóa bằng phương pháp EI có thể tạo ra catot và anot: M + 1eM+ + 2eM + 1eMKí hiệu + chỉ một cation gốc được tạo thành. Ưu điểm:  Làm việc với cation gốc cho nhiều thông tin hơn. Nhược điểm:  Tạo ra nhiều mảnh nhỏ  Ít hoặc thậm chí không có ion phân tử nên khó biện giải phổ.  Không thích hợp với chất phân cực hoặc dễ bị nhiệt phân hủy (phải hơi hóa mẫu trước). 2.3.2.2. Ion hóa hóa học (CI). Ion hóa hóa học là kỉ thuật ion hóa “mềm” hơn kỉ thuật va chạm electron. Ở đây người ta dùng khí metan (CH4), amoniac (NH3), va cham với chùm tia electron năng lượng cao để tạo ra các ion hoặc gốc tự do. Ví dụ với khí metan: Đầu tiên va chạm electron sẽ ion hóa thuốc thử: Tiếp theo là tạo ra ion thứ cấp: Cation CH5+ là tiểu phân cho proton mạnh sẽ phản ứng với chất phân tích M của mẫu: Ưu điểm:  Ít phân mảnh chất phân tích M Nhược điểm:  Tạo ra ion MH+ có khối lượng lớn hơn một đơn vị so với khối lượng phân tử tương đối của chất phân tích. 2.3.2.3. Nguồn ion bằng phun sương khử solvat Kỷ thuật này tạo ra ion từ phân tử trong dung dịch, dung dịch ở trong một mao quản kim loại (tốc dộ dao động từ 1- 10 ml/ phút). Người ta đặt một điện trường giữa đầu mao quản và điện cực (≤ +4000 V) tạo ra các giọt mịn hạt sương mang điện tích và gia tốc đến điện cực ( ion hóa bằng tia điện- ESI) Ưu điểm:  Ion hóa được các chất phân cực và các chất có khối lượng phân tử lớn (M ≤ 100000) Page | 5 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Nhược điểm:  Chỉ có thể thực hiện với mẫu lỏng. Hình 2.2 : Giao diện ESI trong máy khối phổ và sơ đồ tạo ion dương bằng nguồn ESI Ngoài dùng tia ESI ta có thể dùng một số các tia sau:  Ion hóa bằng nhiệt (TSI): Tương tự như kỉ thuật ESI tuy nhiên mẫu phải đi qua mạo quản ở nhiệt độ được kiểm soát để tạo thành các giọt mịn.  Ion hóa học ở áp suất khí quyển (APCI): Pha động được chuyển thành cát giọt sương nhờ dòng Nito và nhiệt (khoảng 500oC), thường được kết nối với HPLC/MS. Hình 2.3 minh họa giao diện APCI giữa cột HPLC vả máy khối phổ. Hình 2.3: Giao diện APCI giữa cột HPLC vả máy khối phổ. 2.3.2.4. Nguồn ion hóa bằng giải hấp Nguyên tắc của kỷ thuật này là dựa trên quá trình phát thứ cấp: bắn phá một mẫu ở dạng lỏng hay rắn bằng một chùm tia sơ cấp: electron, photon hoặc ion. Page | 6 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Gồm ba kỉ thuật thường gặp:  Bắn phá nhanh bằng nguyên tử (FAB): Dùng agon hay xenon để bắn phá.  Bắng phá nhanh bằng ion (FIB): Dùng ion Cs+ để bắn phá.  Ion bằng dãy hấp laser (MALDI): Mẫu được hòa tan trong dung môi thích hợp và được ion hóa bằng xung laser có bước sóng trong vùng UV-IR, thường dùng cho các mẫu phân tử có khối lượng lớn (M > 100000). Hình 2.4: Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống MALDI Hình dưới đây cung cấp cho ta thông tin lựa chọn kiểu nguồn ion hóa thích hợp với từng mẫu phân tích: Hình 2.5: Biểu đồ lựa chọn kiểu tạo ion 2.3.3. Bộ phân tích khối Được coi là quả tim của máy khối phổ có nhiệm vụ tách các ion có trị số m/z khác nhau thành từng phần riêng biệt. 2.3.3.1. Bộ phận tích từ  Bộ hội tụ đơn: Mô tả như hình 2.6 Page | 7 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Hình 2.6: Bộ phân tích từ hội tụ đơn Tỉ số khối lượng và điện tích của ion (m/z) được xác định theo công thức: Trong đó: m: Khối lượng ion z: Điện tích của ion B: Cường độ từ trường r: Bán kính chuyển động của điện tích V: Gia tốc cường độ điện trường.  Bộ hội tụ kép. Gồm hai phần để tăng độ phân giải khối:  Bộ tách tĩnh điện.  Bộ phân tích từ. Nhờ cách quét này ta nhận được phổ khối có độ phân giải rất cao dao động trong khoảng từ 100000- 150000. Nhiều trường hợp có thể cho tỉ số m/z chính xác đến nổi có thể dùng để xác định thành phần nguyên tố của chất phân tích. 2.3.3.2. Bộ phân tích tứ cực  Bộ tứ cực đơn Bao gồm 4 cực bằng kim loại đặt song song và sát nhau, có một khoảng không giữa 4 cực đó để cho các ion bay qua (Hình 2.7). Có điện thế một chiều và tín hiệu xoay chiều cao tần áp vào các cặp đối diện của bốn cực. Page | 8 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Hình 2.7: Bộ phân tích tứ cực đơn  Bẫy ion tứ cực Hoạt động theo nguyên lí của bộ phân tích khối tứ cực đơn, chỉ khác ở một điểm là các ion được lưu giữ và đưa dần ra khỏi bẫy.(Hình 2.8) Hình 2.8: Sơ đồ bẫy ion  Bộ tứ cực chập ba Gồm ba bộ phận tứ cực nối tiếp nhau. Bộ Q1 và Q3 làm nhiệm vụ phân tích, Q1 sẽ tách các ion (một số ion sẽ được chọn lọc), Q2 (áp suất cao) tạo ra phân ly do va chạm làm các ion bị phân mảnh và được chuyển đến Q3 để tách riêng ra sau đó mới đến detector.(Hình 2.9) Page | 9 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Hình 2.9: Bộ phân tích tứ cực chập ba 2.3.3.3. Bộ phân tích thời gian bay (TOF) Các ion ra khỏi buồng ion hóa được gia tốc nhờ điện thế 10- 20 Kv bay qua một ống phân tích ( không có điện từ trường) có chiều dài đến 2m. Thời gian bay hết ống 𝑚 này tỉ lệ với √ 𝑧 của các ion. Chủ yếu dùng để phân tích các chất có khối lượng phân tử lớn (khoảng vài ngàn đơn vị) Hình 2.10: Sơ độ bộ phân tích thời gian bay TOF 2.3.3.4. Bộ phân tích cộng hưởng ion cyclotron (ICR) Bộ phận này dùng cho máy khối phổ kết hợp với chuyển đổi Fourier (FT- ICR). Các ion tạo ra trong buồng ion hóa đi qua một hệ thống bơm đảm bảo độ chân không cao ( từ 10-10- 1011 mBar) vào bẫy ion (bẫy Penning) được đặt trong từ trường B. Các ion nằm trong bẫy bị kích thích bởi điện trường xoay chiều tần số radio (RF) cho đến khi chúng chạm vào thành bẫy (cộng hưởng). Một dòng xoay chiều tạo ra khi ion chuyển động gần tới bản detector được ghi lại theo thời gian và sẽ chuyển thành tính hiệu ghi theo vận tốc góc 𝜔c . Sau cùng sẽ chuyển phổ tốc độ thành phổ khối. Phương trình mô tả quan hệ giữa 𝜔c và m : Page | 10 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ TỔ 4 Hình 2.11: Sơ đồ bẫy Penning và quá trình tạo tín hiệu Kỷ thuật ICR- MS có độ nhạy cao nhất hiện nay độ phân giải có thể đến 107. 2.3.4. Detector 2.3.4.1. Nhân electron Tác động của các ion lên bề mặt của chất bán dẫn tạo ra các electron, tiếp tục tăng tốc va chạm với các bán dẫn khác tạo ra nhiều electron. Các electron được thu nhận và số lượng của chúng tỉ lệ với cường độ tín hiệu ở detector. 2.3.4.2. Nhân quang Các electron tạo ra bằng cách va chạm tương tư như phần nhân electron thay vì va chạm vào bề mặt bán dẫn thì sẽ va cham vào bề mặt phát quang để tạo ra các hat photon. Các hạt photon này được thu nhận và số lượng của chúng tỉ lệ với cường độ tín hiệu ở detector. III. ỨNG DỤNG 3.1. Xác định các đồng vị. 3.1.1. Cơ sở lí thuyết Các nguyên tử đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng số điện tích hạt nhân chỉ khác nhau về số notron, nên khối lượng nguyên tử khác nhau. Có thể dùng kỉ thuật khối phổ để xác định đồng vị của các nguyên tố trong mẫu. Bảng 3.1 cho biết khối lượng thành phần các đồng vị bền của một số nguyên tố. Bảng 3.1: Đồng vị bền của một số nguyên tố Khối lượng Thành phần chính xác của thiên nhiên đồng vị (%) H 1 1,0078 99,985 1 D 2 2,0141 0,015 12 12,0000 98,893 6 C 13 13,0034 1,107 14 14,00031 99,634 7 N 15 15,0001 0,366 16 15,9949 99,529 8 O 17 16,9991 0,037 18 17,9992 0,204 35 34,9698 75,529 17 Cl 37 36,9659 24,471 79 78,9183 50,537 35 Br 81 80,9163 49,463 Trong thiên nhiên các nguyên tố thường gồm hỗn hợp nhiều đồng vị, nên với các ion phân tử ngoài tín hiệu của ion M+ còn có thể thu nhận các tín hiệu của các ion phân tử khác có khối lượng (M- 1)+, (M +1)+, (M+2)+ tạo thành từ các đồng vị. Vì vậy Số hiệu nguyên tử (Z) Kí hiệu nguyên tố Khối lượng đồng vị Page | 11 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
- Xem thêm -