KỸ THUẬT PHỐI KHỔ , PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

KỸ THUẬT PHỐI KHỔ
MASS
SPECTROMETRIC
TECHNIQUES


GIỚI THIỆU CHUNG
VỀ KỸ THUẬT PHỐI
KHỔ
CÁC PHƯƠNG PHÁP
PHỐI KHỔ
TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN

2


GIỚI THIỆU CHUNG
VỀ KỸ THUẬT PHỐI
KHỔ

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN

3


THIỆU
CHUNG
HUMANGIỚI
RESOURCES

SLIDE
2

VỀ
PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ
LỊCH SỬ
ỨNG DỤNG
NGUYÊN TẮC CHUNG
THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ
TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


1. LỊCH SỬ
• Goldstein (1886) và
Wein (1898) thấy rằng
một chùm tia ion
dương có thể tách ra
khỏi nhau dưới tác
dụng của một điện
trường và từ trường

Cuối TK
XIX
• Sự kết hợp GC/MS
thực hiện năm 1960
và LC/MS năm 1970.

1960

• J.J.Thomson phát hiện
electron bằng thí
nghiệm tia cathode.
Đạt giải Nobel năm
1906

1897

• Munson và Field mơ tả
ion hóa hóa học

1966

• Francis Aston cơng
nhận máy khối phổ
đầu tiên và đo m/z các
hợp chất ion.

1919

• MS được sử dụng
trong phát hiện dầu
mỏ và trong phân tích
hormon/steroid (1950)

1940

• Nhiều kỹ thuật mới nhanh chóng phát triển như:
• 1968, Ion hóa tia điện (EI) (Dole, Mack và cộng sự).
• 1975, Ion hóa hóa học áp suất khí quyển (APCI) (Carroll và cộng

sự).
• 1985, F. Hillenkamp, M.Kara và đồng nghiệp mơ tả thuật ngữ ion
hóa giải hấp thụ ma trận (MALDI).
• 1989, Paul đã phát hiện ra kỹ thuật bẫy ion.

1968-1989
TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


2. ỨNG DỤNG:
• Sự phát triển của hai kỹ thuật ion hóa: electrospray (ESI) và MALDI đã cho
phép xác định khối lượng chính xác của các hợp chất có phân tử khối cao
cũng như các phân tử có khối lượng phân tử thấp và cách mạng hóa khả năng
ứng dụng của phép đo phổ khối đối với hầu hết các phân tử sinh học.
•

Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất
hay từng phần tách riêng của nó (hữu cơ)

•

Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất (vơ cơ)

•

Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó

• Các ứng dụng khoa học mới về proteomics cũng như trong điều chế thuốc.
• Một số lượng lớn các phân tử tương tự được sản xuất bằng cách tổng hợp hóa

học và phân tích để tìm ra các hợp chất hiệu quả nhất so với nhóm hóa chất
hữu cơ liên quan.
TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


2. NGUYÊN TẮC CHUNG:
• Nguyên tắc: Phổ khối (MS) là một kỹ thuật phân tích cực kỳ có giá trị trong đó
các phân tử trong mẫu thử được chuyển đổi thành các ion khí, sau đó được
tách ra theo tỷ lệ khối lượng (m / z) của chúng trong khối phổ kế và được phát
hiện.
• Phương thức tiến hành:
Chuyển chất nghiên
cứu thành thể khí
• Bằng hệ thống
chân khơng cao,
áp suất thấp 
chất rắn và lỏng
chuyến thành khí

Ion hóa và gia tốc
ion đến một vận tốc
cụ thể trong điện
trường
• Năng lượng bắn
phá phân tử thành
ion khoảng 10eV

Tách các ion trong
máy phân tích khối

Phát hiện từng chất
có tỷ lệ m / z cụ thể.
• z = m/e (số khối)

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


3. THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ:

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


3. THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ:
 A) HỆ THỐNG CHÂN KHƠNG CAO
( TORR HOẶC )
•  Tất cả các khối phổ kế hoạt động trong chân không để giảm thiểu va chạm giữa các ion và phân tử
khơng khí.
• Nếu khơng có độ chân khơng cao, các ion được tạo ra trong nguồn sẽ khơng đến được máy dị. Ở áp
suất khí quyển, đường đi tự do trung bình của một ion điển hình là khoảng 52nm; tại 1 mtorr, nó là
40 mm; và tại 1 torr, nó là 40 m.
• Trong hầu hết các thiết bị, hai loại bơm chân không được sử dụng
o Một bơm cánh quạt quay (để tạo ra sự giảm áp suất chính). Bơm cánh quạt quay có thể là một bơm dầu để
cung cấp chân khơng ban đầu (khoảng 1 torr),
o Sau đó là bơm phân tử hoặc bơm khuếch tán để tạo ra độ chân không cao (1 mtorr đến 1 ntorr). Đây là một
tuabin khí tốc độ cao với các rotor xen kẽ (lưỡi dao di chuyển) và stator (tức là lưỡi cố định hoặc cánh cố định).
TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN

3. THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ:
B) BỘ PHẬN DẪN MẪU:
• Mẫu từ hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), sắc ký khí (GC), điện di mao quản
• Solid probe hoặc plate trong MALDI
• Bơm mẫu trực tiếp hoặc qua xi lanh
 Lượng mẫu 0,1 -1 mg

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


3. THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ:
C) NGUỒN ION HÓA (ĐỂ CHUYỂN ĐỔI PHÂN TỬ THÀNH ION
PHA KHÍ):
MALDI
Ion hóa phun điện (ESI – Electrospray ionization)
Bắn phá nguyên tử nhanh (FAB - fast atom
bombardment)
Ion hóa bằng va chạm điện tử (electron impact)
Ion hóa hóa học trực tiếp (direct chemical ionization)
TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


3. THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ:
D) BỘ LỌC / PHÂN TÍCH KHỐI CÁC ION:
Thời gian bay (TOF)

Tứ cực (quadrupole)

Bẫy ion (ion trap)

Từ trường (magnetic sector)
Cộng hưởng từ ion cyclotron (Ion
cyclotron Fourier)

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


3. THÀNH PHẦN CỦA KHỐI PHỔ KẾ:
E) DETECTOR (MÁY DÒ)

Dynode chuyển đổi
(conversion
dynode)

Hệ số nhân
electron (electron
multiplier)

Tấm vi mạch nhạy
ion (microchannel
plate)

Máy dò mảng
(array detector)

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN


CÁC PHƯƠNG PHÁP
PHỐI KHỔ

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN

15


Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn

SỰ ION HÓA (IONISATION)
• Từ 1 phân tử trung hịa về điện tích:
 Mất đi electron : Phân tử tích điện dương (Cation)
 Nhận thêm electron: Phân tử tích điện âm (Anion).
• Các ion được phân tích bằng phối khổ

A

+

e-

AMASS SPECTROMETRIC

A

_

e-

A
+

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN

16


CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI KHỔ
ION HÓA TÁC ĐỘNG
ĐIỆN TỬ
ELECTRON IMPACT
IONISATION (EI)

PHƯƠNG PHÁP BẮN
PHÁ NGUYÊN TỬ
NHANH
FAST ATOM BOMBARDMENT
(FAB)

ION HÓA HÓA HỌC
CHEMICAL IONISATION (CI)

ION HÓA PHUN ĐIỆN
ELECTROSPRAY IONISATION
(ESI)

TƯ VẤN
VIÊNĐẦU TIÊN

17


1. ION HĨA TÁC ĐỘNG ĐIỆN TỬ
(ELECTRON IMPACT IONISATION (EI))
• EI được sử dụng rộng
rãi để phân tích các
chất

chuyển

chất

thải

thành

và

phần

hóa,
các
thuốc

trong y dược.
• EI là một đầu dị khối
phổ cho sắc kí khí
GC/MS.

Hình: Sơ đồ cấu tạo EI

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


1. ION HÓA TÁC ĐỘNG ĐIỆN TỬ
(ELECTRON IMPACT IONISATION (EI))
Gồm các bộ phận:
•

Dây

tóc

làm

bằng

vonfarm hoặc rhenium
(Filament).

•

Buồng

tác

động

(Source chamber).
•

Bộ phận cho mẫu vào
(Sample insertion).

•

Nơi electron phân tích
đi ra.

Hình: Sơ đồ cấu tạo EI

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


1. ION HÓA TÁC ĐỘNG ĐIỆN TỬ
(ELECTRON IMPACT IONISATION (EI))
Mẫu ở dạng khí
được đưa vào
buồng nhận mẫu

Dịng các
electron được tạo
ra từ dây tóc đã
làm nóng

Các dịng này
nhanh chóng di
chuyển đến
nguồn +70 eV

Các mảnh ion đi
ra đưa vào hệ
thống sắc kí đồ

Tương tác với
chất phân tích,
phân cắt thành
các mảnh ion.

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


1. ION HÓA TÁC ĐỘNG ĐIỆN TỬ
(ELECTRON IMPACT IONISATION (EI))
Một số lưu ý:
•

Dưới tác động của sự ion hóa, các chất hữu cơ sẽ bị phân cắt thành nhiều
mảnh ở các kích thước khác nhau, có cả chất mang điện và khơng mang
điện.

•

Chỉ có chất mang điện tích mới được sắc kí đồ nhận ra.

•

Các đoạn ion có thể bị phá vỡ hơn mức bình thường. Vì thế khơng có
nhiều ion tồn tại, làm giảm tín hiệu thu nhận được.

•

Một ví dụ đơn giản là n-butane (CH3CH2CH2CH3) và một số các phân đoạn
chính ở hình 9.3.a. Phổ EI tương ứng ở hình 9.3b:

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


1. ION HÓA TÁC ĐỘNG ĐIỆN TỬ
(ELECTRON IMPACT IONISATION (EI))

Các con đường phân đoạn trong n-butane và phổ EI. Trong phổ, độ phong
phú tương đối được vẽ từ 0 đến 100% trong đó đỉnh lớn nhất được đặt ở
100% (đỉnh cơ sở).

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


2. ION HĨA HĨA HỌC (CHEMICAL
IONISATION (CI))

• CI sử dụng cho các loại mẫu tương tự EI.
• Một phương pháp hữu ích trong việc xác định trọng lượng phân tử, với
các phân tử ion có độ nhạy cao được hình thành bởi vì ít sự phân đoạn
hơn => làm tăng khả năng sạch hơn trong quang phổ.
•

Về cấu tạo và nguyên tắc giống như EI, tuy nhiên mẫu được dẫn vào
buồng với các khí như methane (CH4) hoặc ammonia (NH3). Các chất
khí này có tác dụng làm giảm lực ion hóa của các electron.

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


3. PHƯƠNG PHÁP BẮN PHÁ NGUYÊN
TỬ NHANH (FAST ATOM BOMBARDMENT
(FAB))
• Phát triển trong những năm đầu 1980.
• Là sự ion hóa mềm, dẫn đến sự hình thành các ion có năng lượng bên
trong thấp và ít phân mảnh.
• Cho phép phân tích các phân tử sinh học mà khơng cần tạo dẫn xuất
trước.

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn


3. PHƯƠNG PHÁP BẮN PHÁ NGUYÊN
TỬ NHANH (FAST ATOM BOMBARDMENT
(FAB))
Mẫu trộn với chất
nền có độ nhớt cao

như
:
glycerol,
thioglycerol,
mnitrobenzyl alcohol

Hỗn hợp đặt trên
một đầu dò

Xác định khối phổ
ion dương và âm

Chèn hoặc kéo & thả ảnh của bạn

Nguồn bắn phá
bằng chùm ion hóa
các ngun tử
trung tính (Ar, He,
Xe) với vận tốc cao

Hình thành các loại
ion giả phân tử
(M + H)+ và (M – H)-

25