Khối Phổ Phân Giải Cao HRMS (High Resolution Mass Spectrometry) và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
 Bộ môn CN Hóa Hữu Cơ 

TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ
ĐỀ TÀI
KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO
VÀ
ỨNG DỤNG

MỤC LỤC
1.GIỚI THIỆU 3
Khối phổ (MS) đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ để xác định cấu tạo các hợp
chất cũng như sự biến đổi của các phản ứng . Thông thường, các phép đo quang phổ
khối lượng rất nhanh chóng , làm cho nó trở thành phương pháp lý tưởng để cung
cấp thông tin về các chất trung gian, theo dõi việc tiêu thụ chất phản ứng và sự hình
thành sản phẩm . Đây là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo, phân tích
chính xác khối lượng phân tử của chất dựa trên sự chuyển động của các hạt mang
điện hay ion trong một điện trường hoặc từ trường nhất định 3
Khối Phổ Phân Giải Cao HRMS (High Resolution Mass Spectrometry) nghiên cứu
các phản ứng xúc tác không đồng nhất. Một trong những thách thức phải đối mặt
của các nhà hóa học từ nhiều lĩnh vực (ví dụ , xúc tác , hóa sinh, khoa học vật liệu )
là xác định được danh tính của các ẩn số , cơ chế và động học của phản ứng, bản
chất và sự ổn định của các chất trung gian. Ví dụ , sự hiểu biết cơ chế phản ứng xúc
tác có thể rất thuận lợi cho việc thiết kế các chất xúc tác theo ý muốn. Các công cụ
phân tích hiệu quả (ví dụ , FT- IR , NMR , X -ray ) thường được sử dụng để nghiên
cứu trạng thái bề mặt , hấp phụ loài , trung gian , và các sản phẩm . Tuy nhiên,
nghiên cứu trong điều kiện thực tế các phản ứng hóa học và các họ trong đại diện
của hóa học và môi trường vật lý là một thách thức 3
Trong bài này, biến đổi Fourier cyclotron ion quang phổ cộng hưởng ( FT-ICR/MS )

sẽ là một công cụ mạnh mẽ với độ chính xác cao về khối lượng cũng như độ phân
giải sẽ là đại diện cho Khối Phổ Phân Giải Cao (HRMS) để làm thí nghiệm điều tra
các phản ứng hóa học . FT-ICR/MS có khả năng cung cấp các giá trị khối lượng với
độ phân giải cao của các phân tử để xác định các hợp chất . Khi theo dõi các phản
ứng tương đối phức tạp, các giá trị khối lượng của chất phản ứng , chất trung gian ,
và các sản phẩm được ghi nhận đồng thời như một hàm của thời gian 4
Các hóa chất khác nhau thì có khối lượng phân tử khác nhau. Dựa vào đó, khối phổ kế sẽ
xác định chất hóa học nào có nằm trong mẫu. Ví dụ, muối NaCl hấp thụ năng lượng
(năng lượng hấp thụ tùy theo nguồn ion, ví dụ MALDI năng lượng là tia laser) tách ra
thành các phân tử tích điện, gọi là ion), trong giai đoạn đầu của phương pháp phổ khối.
Các ion Na+, Cl- có trọng lượng nguyên tử khác biệt. Do chúng tích điện, nghĩa là đường
đi của chúng có thể được điều khiển bằng điện trường hoặc từ trường. Các ion được đưa
vào buồng gia tốc và đi qua một khe vào miếng kim loại. Một từ trường được đưa vào
buồng đó. Từ trường sẽ tác động vào mỗi ion với cùng một lực và làm trệch hướng
chúng về phía đầu đo. Ion nhẹ hơn sẽ bị lệnh nhiều hơn ion nặng vì theo định luật chuyển
động của Newton gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng của phân tử. Đầu đo sẽ xác định
xem ion bị lệnh bao nhiêu, và từ giá trị đo này, tỉ lệ khối lượng-trên-điện tíchcủa ion có
thể được tính toán. Từ đó, có thể xác đinh được thành phần hóa học của một mẫu gốc.
Trên thực tế thì hai ion Na+ và Cl- sẽ không được đo trong cùng một lần, vì các máy đo
chỉ có thể nhận ra ion điện tích dương hoặc điện tích âm nên nếu máy khối phổ kế được
điều chỉnh để đo các ion điện tích dương thì chỉ có ion Na+ là được nhận ra bởi máy.
.Một trong những tính năng lớn của khối phổ lượng là có thể tìm thấy cấu tạo không gian
của phân tử ví dụ phân tử C7H14O2 có thể là acid hoặc ester Và khả năng phát hiện ra
hợp chất với độ nhậy cực cao từ 10−6 dến 10−12 gram. Dưới đây là một khối phổ
(electrospray)của phân tử Kaempferol-rhamnose-rhamnose-glucose(m/z 741) trong loại
cỏ thaliana, phân tích với 5.10−6L (nếu dùng máy MALDI thì chỉ cần 0,5.10−6L) 10
FT-ICR/MS là 1 trong các phương pháp khối phổ, có độ chính xác và độ phân giải
cao nhất, có khả năng cung cấp các giá trị khối lượng với độ phân giải cao của các
phân tử để xác định các hợp chất . Khi theo dõi các phản ứng tương đối phức tạp,
các giá trị khối lượng của chất phản ứng , chất trung gian , và các sản phẩm được ghi

nhận đồng thời như một hàm của thời gian. Những thành tựu đáng chú ý là một số
yếu tố như: phát hiện đa kênh, đo tần số , ổn định từ trường , và sự phụ thuộc của tần
số cyclotron trên từ trường và tỷ lệ khối lượng …. Những tiến bộ đáng kể trong công
nghệ nam châm , thiết kế công cụ , và xây dựng tiếp tục tăng cường khả năng của
FT- ICR MS . FT- ICR đã được áp dụng cho một loạt các thách thức phân tích và
đặc biệt phù hợp với việc phân tích các hỗn hợp phức tạp, và trong các ứng dụng khi
độ phân giải cao và độ chính xác đo khối lượng là thông số phân tích quan trọng 12
1. GIỚI THIỆU
Khối phổ (MS) đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ để xác định cấu tạo các
hợp chất cũng như sự biến đổi của các phản ứng . Thông thường, các phép đo quang
phổ khối lượng rất nhanh chóng , làm cho nó trở thành phương pháp lý tưởng để
cung cấp thông tin về các chất trung gian, theo dõi việc tiêu thụ chất phản ứng và sự
hình thành sản phẩm . Đây là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo, phân
tích chính xác khối lượng phân tử của chất dựa trên sự chuyển động của các hạt
mang điện hay ion trong một điện trường hoặc từ trường nhất định.
Khối Phổ Phân Giải Cao HRMS (High Resolution Mass Spectrometry)
nghiên cứu các phản ứng xúc tác không đồng nhất. Một trong những thách thức phải
đối mặt của các nhà hóa học từ nhiều lĩnh vực (ví dụ , xúc tác , hóa sinh, khoa học
vật liệu ) là xác định được danh tính của các ẩn số , cơ chế và động học của phản
ứng, bản chất và sự ổn định của các chất trung gian. Ví dụ , sự hiểu biết cơ chế phản
ứng xúc tác có thể rất thuận lợi cho việc thiết kế các chất xúc tác theo ý muốn. Các
công cụ phân tích hiệu quả (ví dụ , FT- IR , NMR , X -ray ) thường được sử dụng để
nghiên cứu trạng thái bề mặt , hấp phụ loài , trung gian , và các sản phẩm . Tuy
nhiên, nghiên cứu trong điều kiện thực tế các phản ứng hóa học và các họ trong đại
diện của hóa học và môi trường vật lý là một thách thức.
Trong bài này, biến đổi Fourier cyclotron ion quang phổ cộng hưởng ( FT-
ICR/MS ) sẽ là một công cụ mạnh mẽ với độ chính xác cao về khối lượng cũng như
độ phân giải sẽ là đại diện cho Khối Phổ Phân Giải Cao (HRMS) để làm thí nghiệm
điều tra các phản ứng hóa học . FT-ICR/MS có khả năng cung cấp các giá trị khối
lượng với độ phân giải cao của các phân tử để xác định các hợp chất . Khi theo dõi

các phản ứng tương đối phức tạp, các giá trị khối lượng của chất phản ứng , chất
trung gian , và các sản phẩm được ghi nhận đồng thời như một hàm của thời gian.
FT- ICR MS đạt được độ phân giải cao và độ chính xác khi đo khối lượng tốt nhất
trong các phương pháp khối phổ . Những thành tựu đáng chú ý là một số yếu tố như:
phát hiện đa kênh, đo tần số , ổn định từ trường , và sự phụ thuộc của tần số
cyclotron trên từ trường và tỷ lệ khối lượng …. Những tiến bộ đáng kể trong công
nghệ nam châm , thiết kế công cụ , và xây dựng tiếp tục tăng cường khả năng của
FT- ICR MS . FT- ICR đã được áp dụng cho một loạt các thách thức phân tích và
đặc biệt phù hợp với việc phân tích các hỗn hợp phức tạp, và trong các ứng dụng khi
độ phân giải cao và độ chính xác đo khối lượng là thông số phân tích quan trọng.
2. TỔNG QUAN VỀ KHỐI PHỔ
2.1 KHỐI PHỔ LÀ GÌ?
Là phương pháp nghiên cứu các chất, bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử
chất đó, dựa trên điện tích của ion; dùng thiết bị chuyên dụng là khối phổ kế.
Kĩ thuật này có nhiều ứng dụng, thường được kết hợp với một số sinh học phân tử
khác như:
– Khối phổ kết hợp với sắc ký khí.
– Khối phổ kết hợp với sắc ký lỏng.
– Khối phổ kết hợp điện di
2.2 SỰ HÌNH THÀNH VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
2.2.1 Sự ion hoá: nghiên cứu các chất bằng phương pháp khối phổ, các phân tử chất
nghiên cứu phải ở dạng khí hoặc hơi, phải được ion hoá bằng các phương pháp thích
hợp (va chạm điện tử ,bằng trường điện từ ,ion hoá học,chiếu xạ bằng các photon.)
2.2.2 Phương pháp ion hoá:
Ion hóa bằng va chạm điện tử
Trong buồng ion hoá, các điện tử phát ra từ cathode làm bằng vonfram hoặc reni,
bay về anode với vận tốc lớn. Các phân tử chất nghiên cứu ở trạng thái hơi sẽ va
chạm với điện tử trong buồng ion hoá, có thể nhận năng lượng điện tử và bị ion hoá.
Ion hoá bằng trường điện từ
Tại buồng ion hoá đặt các “mũi nhọn” là bộ phận phát từ trường dưới dạng dây dẫn

mảnh (2.5 µm) hay các lưỡi mảnh , đặt điện áp vào các “mũi nhọn”. cho một trường
điện từ có gradien 10
7
-10
10
V/cm, các điện tử sẽ bị bứt khỏi phân tử chất nghiên cứu
do hiệu ứng đường hầm nên không gây sự kích thích,vẫn giữ nguyên ở trạng thái cơ
bản, do đó các vạch phổ sẽ rất mảnh.
2.3 MÁY KHỐI PHỔ:
Là một thiết bị dùng cho phương pháp phổ khối, cho ra phổ khối lượng của một
mẫu, để tìm ra thành phần của nó.
Có thể ion hóa mẫu và tách các ion của nó với các khối lượng khác nhau và lưu lại
thông tin dựa vào việc đo đạc cường độ dòng ion
2.3.1 Cấu tạo:
Một khối phổ kế thông thường gồm 3 phần:
• phần nguồn ion
• phần phân tích khối lượng
• phần đo đạc.
Cấu tạo:
• Máy gồm một đĩa đựng mẫu, máy bắn laser, một ống tròn đảo chiều điện cực
liên tục và detector.
• Bất kỳ máy khối phổ nào cũng có bốn khối chức năng sau đây:
• Hệ thống nạp mẫu
• Buồng ion hoá
• Bộ phân tích
• Bộ ghi tín hiệu
Dựa vào bộ phận phân tích mà người ta chia các loại máy khối phổ như sau:
• Bộ phận tích từ.
• Bộ phận tích tứ cực.
• Bộ phận tích theo thời gian

• Bộ phận tích cộng hưởng ion cyclotron.
Theo tính năng bộ ghi, người ta chia các máy khối phổ thành hai loại:
• Máy khối phổ ký ghi bằng kính ảnh. Tín hiệu phổ được ghi
bằng kính ảnh ở dạng vạch có độ đen khác nhau.
• Máy khối phổ kế: các tín hiệu của chùm ion được ghi dưới dạng
xung điện bằng các dao động ký điện tử nhiều kênh, hoặc đưa
vào máy tính điện tử,tín hiệu sẽ được đưa ra dưới dạng bảng số
hoặc đồ thị thích hợp.
Ngày nay trong phân tích khối phổ người ta dùng các máy khối phổ kế.
2.3.2 nguyên lý hoạt động của máy khối phổ
• Mẫu chất cần phân tích sẽ được chuyển thành trạng thái hơi, sau đó mới bắt
đầu quá trình đo khối phổ
• Để đo được đặc tính của các phân tử cụ thể, máy khối phổ sẽ chuyển chúng
thành các ion,kiểm soát chuyển động của chúng bởi các điện từ trường bên
ngoài
• quá trình được thực hiện trong môi trường chân không
• Trong khi áp suất khí quyển vào khoảng 760 mmHg, áp suất môi trường xử
lý ion thường từ 10
-5
đến 10
-8
mmHg (thấp hơn một phần tỉ của áp suất khí
quyển).
• Ion sau khi được tạo thành sẽ được phân tách bằng cách gia tốc và tập trung
chúng thành một dòng tia mà sau đó sẽ bị uốn cong bởi một từ trường ngoài.
• Các ion sau đó sẽ được thu nhận bằng đầu dò điện tử và thông tin tạo ra sẽ
được phân tích và lưu trữ trong một máy vi tính.
2.3.3 Diễn giải cách hoạt động và ví dụ:
Các hóa chất khác nhau thì có khối lượng phân tử khác nhau. Dựa vào đó, khối phổ
kế sẽ xác định chất hóa học nào có nằm trong mẫu. Ví dụ, muối NaCl hấp thụ

năng lượng (năng lượng hấp thụ tùy theo nguồn ion, ví dụ MALDI năng lượng
là tia laser) tách ra thành các phân tử tích điện, gọi là ion), trong giai đoạn đầu
của phương pháp phổ khối. Các ion Na
+
, Cl
-
có trọng lượng nguyên tử khác
biệt. Do chúng tích điện, nghĩa là đường đi của chúng có thể được điều khiển
bằng điện trường hoặc từ trường. Các ion được đưa vào buồng gia tốc và đi
qua một khe vào miếng kim loại. Một từ trường được đưa vào buồng đó. Từ
trường sẽ tác động vào mỗi ion với cùng một lực và làm trệch hướng chúng về
phía đầu đo. Ion nhẹ hơn sẽ bị lệnh nhiều hơn ion nặng vì theo định luật
chuyển động của Newton gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng của phân tử. Đầu
đo sẽ xác định xem ion bị lệnh bao nhiêu, và từ giá trị đo này, tỉ lệ khối lượng-
trên-điện tíchcủa ion có thể được tính toán. Từ đó, có thể xác đinh được thành
phần hóa học của một mẫu gốc. Trên thực tế thì hai ion Na
+
và Cl
-
sẽ không
được đo trong cùng một lần, vì các máy đo chỉ có thể nhận ra ion điện tích
dương hoặc điện tích âm nên nếu máy khối phổ kế được điều chỉnh để đo các
ion điện tích dương thì chỉ có ion Na
+
là được nhận ra bởi máy. .Một trong
những tính năng lớn của khối phổ lượng là có thể tìm thấy cấu tạo không gian
của phân tử ví dụ phân tử C
7
H
14

O
2
có thể là acid hoặc ester Và khả năng phát
hiện ra hợp chất với độ nhậy cực cao từ 10
−6
dến 10
−12
gram. Dưới đây là một
khối phổ (electrospray)của phân tử Kaempferol-rhamnose-rhamnose-
glucose(m/z 741) trong loại cỏ thaliana, phân tích với 5.10
−6
L (nếu dùng máy
MALDI thì chỉ cần 0,5.10
−6
L).
2.3.4 Ứng dụng:
• 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
• Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất
• Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng
của nó
• Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác
(phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng)
• Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung
tính trong chân không)
• Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với
nhiều hướng tiếp cận khác nhau.
3. KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO
3.1 LỊCH SỬ
FT-ICR được phát minh bởi Melvin B. Comisarow và Alan G. Marshall [8] tại Đại

học British Columbia. Bài báo đầu tiên xuất hiện trong Chemical Physics Letters
vào năm 1974. [9] Lấy cảm hứng từ các công trình đã phát triển trước đó như ICR
(ion cyclotron resonance ) và FT-NMR (Fourier Transform Nuclear Magnetic
Resonance). Marshall đã tiếp tục phát triển các kỹ thuật đó tại Đại học bang Ohio và
Đại học bang Florida.
3.2 . TỔNG QUAN VỀ FT-ICR MS:
FT-ICR/MS là 1 trong các phương pháp khối phổ, có độ chính xác và độ
phân giải cao nhất, có khả năng cung cấp các giá trị khối lượng với độ phân giải
cao của các phân tử để xác định các hợp chất . Khi theo dõi các phản ứng tương
đối phức tạp, các giá trị khối lượng của chất phản ứng , chất trung gian , và các
sản phẩm được ghi nhận đồng thời như một hàm của thời gian. Những thành tựu
đáng chú ý là một số yếu tố như: phát hiện đa kênh, đo tần số , ổn định từ trường
, và sự phụ thuộc của tần số cyclotron trên từ trường và tỷ lệ khối lượng ….
Những tiến bộ đáng kể trong công nghệ nam châm , thiết kế công cụ , và xây
dựng tiếp tục tăng cường khả năng của FT- ICR MS . FT- ICR đã được áp dụng
cho một loạt các thách thức phân tích và đặc biệt phù hợp với việc phân tích các
hỗn hợp phức tạp, và trong các ứng dụng khi độ phân giải cao và độ chính xác
đo khối lượng là thông số phân tích quan trọng.
Trong lĩnh vực rộng của khối phổ , FTICR -MS thu hút sự chú ý vì sự kết
hợp của tính chính xác khối lượng cao với độ phân giải siêu cao và khối lượng rất
cao. Kỹ thuật đa năng này không chỉ áp dụng trong hóa học hữu cơ , vô cơ , cơ học,
môi trường, mà còn trong nghiên cứu về công nghệ sinh học. Mặc dù nói chung , bất
kỳ chất nguồn trong hay ngoài nào cũng có thể được sử dụng cho mẫu ion hóa , sự
kết hợp với ion hóa phun điện tử ( ESI ) hoặc ma trận hỗ trợ tia laser giải hấp / ion
hóa ( MALDI ) thường bị đụng độ . Nó chỉ là gần đây rằng một nguồn MALDI mới
đã được phát triển đặc biệt cho FTICR - MS. Tự động giới thiệu mẫu để tạo điều
kiện phân tích thông lượng cao với các kỹ thuật trên mạng của ESI là đơn giản
nhưng cũng có thể làm với phương pháp ion hóa MALDI. Khả năng của ESI để ion
hóa các hợp chất ở áp suất khí quyển làm cho nó tuân theo khớp nối với sắc ký lỏng
hiệu năng cao (HPLC ) và mao mạch điện (CE) . Các phân tích tế bào có thể được

sử dụng như buồng phản ứng cho các phản ứng ion / phân tử, và phân mảnh ion
nhiều bước có thể được thực hiện để phân tích cấu trúc. Để kết thúc , một số kỹ
thuật có sẵn: hồng ngoại nhân quang phân ly ( IRMPD ) , bề mặt gây ra phân ly
(SID) , vật đen phân ly hồng ngoại ( BIRD ), phân mảnh tia cực tím ( UVPD ) , vụ
va chạm gây ra va chạm hoặc kích hoạt phân ly (CID hoặc CAD) và bắt electron
phân ly ( ECD) . Kể từ khi được giới thiệu vào năm 1974 bởi Comisarow và
Marshall , quan tâm FTICR -MS đã tăng lên đều đặn và do đó , một lượng lớn các
công cụ đã được cài đặt trên toàn thế giới . Mặc dù nguyên tắc ICR- MS không phải
là mới , nó chỉ là kết quả từ sự ra đời của kỹ thuật ion hóa của ESI và MALDI,
nhưng nó đã thu hút được sự chú ý của các nhà phân tích peptide và protein . Trong
số rất nhiều các ý kiến được công bố , Marshall và cộng sự và Amster đã cho ra một
tổng quan tốt hơn và giới thiệu kỹ thuật này.
3.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:
3.3.1.CẤU TẠO:
Xem xét các thành phần của kỹ thuật này, FT-ICR MS rõ ràng không chỉ có các tính
năng phân tích với độ phân giải và độ chính xác khối lượng rất cao, mà còn có thể
dễ dàng phân biệt FTICR-MS với các loại quang phổ kế khối lượng. Hoạt động của
FTICR-MS, hệ thống được trang bị với ba thành phần chính: một nam châm siêu
dẫn, một hệ thống chân không siêu cao, và một tế bào phân tích . Để máy hoạt
động, việc cần thiết là buộc các ion chuyển động trong máy gia tốc từ trường tương
ứng, cung cấp từ một nam châm vĩnh cửu , nam châm điện , hoặc một nam châm
siêu dẫn . Nam châm siêu dẫn thường được sử dụng vì nhân nam châm vĩnh cửu và
nam châm điện chỉ sản xuất mạnh từ trường yếu, còn nam châm diêu dẫn có cường
độ từ trường ngày càng tăng nên hiệu suất của thiết bị FTICR -MS được cải thiện.
Như vậy , việc giải quyết khối lượng tỉ lệ thuận giữa cường độ từ trường di truyền
và khối lượng cao nhất với tỷ lệ ( m / q ) có thể được xác định trong các tế bào phân
tích trong nếp gấp, với bình phương của từ trường phụ trách. Điều này đã dẫn đến
việc sử dụng các nam châm siêu dẫn ngày càng mạnh mẽ và các công cụ sử dụng
nam châm với cường độ mạnh là 11,5 T ( Tesla ) hoặc thậm chí 20 T đã được xây
dựng . Nói chung , nam châm siêu dẫn với thế mạnh từ trường là 3,0 T , 4,7 T , 7,0 T

, 9,4 T hay được sử dụng. Heli lỏng là cần thiết để duy trì các cuộn dây ở nhiệt độ
4,2 Kelvin. Thiết bị phụ trợ như máy bơm quay , máy tính, vv, phải được bảo vệ
chống lại các từ trường mạnh . Nam châm có thể được bảo vệ một cách thụ động
hoặc với sắt tấm hoặc tích cực bằng cách đặc trong một vùng từ trường đền bù .

3.3.2 Nguyên tắc hoạt động:
Trung tâm của FTICR -MS là tế bào phân tích . Ở đây các ion đang bị mắc kẹt , tiếp
xúc với từ trường , buộc phải chuyển động cyclotron của nó , phân tích , và sẽ được
dò ra . Sử dụng một tế bào ion bẫy để tăng cường thời gian dò , để tăng độ nhạy và
độ phân giải . Các tế bào nằm trong khu vực đồng nhất của từ trường . Trái ngược
với NMR ( cộng hưởng từ hạt nhân khối phổ), các từ trường được đặt theo chiều
ngang và có một lỗ khoan rộng để chứa các tế bào phân tích . Chức năng của các tế
bào phân tích được phát huy tốt nhất ở dạng là một tế bào khối (Hình 1), mặc dù rất
nhiều thiết kế khác nhau khác ( hình trụ , thoi , vv) đã được xây dựng. Ba cặp đối
nghịch nhau của tấm kim loại hình thành các khối lập phương được định vị, mà một
cặp ( tấm kim loại bẫy ) nằm mỗi vuông góc và hai cặp khác ( kích thích và dò )
song song với các đường sức từ . Trong hình 1. một trong những tấm bẫy có một lỗ
thông qua đó các ion có thể nhập vào tế bào (Hình 1) .
Hình 1: Chuyển động cyclotron và quá trình kích thích được thể hiện bằng sơ đồ

Ion bị mắc kẹt và được lưu trữ nhiều giờ trong tế bào bằng cách áp dụng một
điện áp nhỏ lên các tấm bẫy (thường là + /- 1-2 Volts , tùy thuộc vào sự phân cực
của các ion ) . Đồng thời các tấm kích thích và các tấm phát hiện được giữ với điện
thế của mặt đất . Thành phần thứ ba là hệ thống chân không siêu cao. Mặc dù tất cả
các loại khối phổ kế đòi hỏi chân không, FTICR -MS là nhạy cảm nhất trong lĩnh
vực này . Như đã đề cập ở trên , các ion có thể được lưu trữ trong thời gian dài trong
tế bào phân tích . Thời gian dừng dài của các ion trong tế bào chỉ có thể trong chân
không rất cao, là nguyên nhân các phân tử khí còn sót lại từ không khí làm phiền các
chuyển của các ion và do đó rút ngắn thời gian để phân tích và phát hiện . Độ phân
giải siêu cao để thực hiện khối lượng phân tích, áp suất 10-9 đến 10-10 mbars là cần

thiết trong phổ FTICR khối lượng . Chân không như vậy được cung cấp bởi máy
bơm phân tử tuabin máy bơm hoặc đông lạnh. Trong trường hợp của ESI , trong đó
chất tan bị ion hóa dưới áp suất khí quyển , nhiều giai đoạn bơm được yêu cầu để
vượt qua sự chênh lệch áp lực rất lớn từ các ion ban đầu để phát hiện ion.
3.3.3 Ion chuyển động
ion mô tả ba hình thức rời rạc của chuyển động trong các tế bào phân tích : bẫy
chuyển động, chuyển động cyclotron, và magnetron chuyển động (Hình 2) . Sau khi
tiêm vào các tế bào , các ion trải qua dao động điều hòa trong điện trường giữa các
tấm bẫy ( bẫy chuyển động ) . Đồng thời , các ion trong tế bào phân tích tiếp xúc với
từ trường mạnh và trải qua chu kỳ ổn định chuyển động trong một mặt phẳng vuông
góc với từ trường, được gọi là chuyển động cyclotron. Chuyển động của các ion
song song với từ trường không bị ảnh hưởng bởi lĩnh vực này. Mỗi ion quay với tần
số điển hình của nó đối với khối lượng tỷ lệ của nó (m / q), cái gọi là tần số
cyclotron. Tần số này nằm trong khoảng vài kilohertz đến vài MHz. Chuyển động
thứ ba, được gọi là chuyển động magnetron, mà tập trung vào các trục di động, phát
sinh từ sự kết hợp của từ trường và điện trường. Sự kết hợp của ba chuyển động dẫn
đến một phong trào ba chiều phức tạp của các ion trong tế bào phân tích.

3.3.4 Cyclotron Motion
Chuyển động theo chu kỳ của các ion do một vùng từ trường mạnh là cơ sở của
FTICR-MS. Ở đây chúng tôi giải thích một cách đơn giản theo nguyên tắc cyclotron
chuyển động. Trong một vùng từ trường B, ion với điện tích q và vận tốc thực v
vuông góc với cả các ion tốc độ và từ trường dòng , tuân theo lực Lorentz F
L
,
[phương trình. (1)].
Lực Lorentz là hướng vào bên trong và là đối trọng của lực ly tâm F
Z
được hướng ra
ngoài (Hình 3) và được định nghĩa bởi ion khối lượng m, các ion vận tốc v

xy
trong
hệ x-y và quỹ đạo bán kính r [phương trình. (2)].
Hình 2: Cyclotron chuyển động của các ion trong từ trường gây ra bởi các đối
trọng của F
z
lực ly tâm và lực Lorentz F
L
Do đó , ion tích điện dương xoay ngược chiều kim đồng và ion âm xoay chiều kim
đồng hồ (Hình 3) . Bằng cách cân bằng phương trình (1) và (2) và giới thiệu các
thành phần tần số ω , vận tốc v
c
hình chữ nhật , thể hiện trong phương trình ( 3),
cái gọi là cyclotron phương trình ( 4) thu được ,
Chuyển động máy gia tốc được đặc trưng bởi một tần số cyclotron và mỗi
ion của tỉ lệ m / q được đặc trưng bởi tần số cyclotron điển hình của nó. Tuy nhiên,
nó được chỉ ra bằng tần số đo là không đúng giống hệt với cyclotron nhưng trong
thực tế bằng sự khác biệt được giữa cyclotron và magnetron tần số, sau đó là phụ
thuộc vào khả năng bẫy . Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đến tính chính xác khối
lượng của một đo lường . Ion với m / q khác nhau có thể được phân tích, phát hiện,
và cách nhau bằng các tần số cyclotron khác nhau của nó . bởi vì v
C
tỉ lệ nghịch với
m / q , nhỏ hơn khối lượng tỷ lệ , cao hơn các tần số cyclotron tương ứng. Cyclotron
tần số chỉ phụ thuộc vào điện tích q của ion , khối lượng m của nó. và cảm ứng từ B
là hằng số . Trong lĩnh vực này FTICR -MS là duy nhất so với các kỹ thuật khối phổ
khác . Vì vận tốc của các ion không có vai trò , năng lượng biến đổi tập trung như
trong tất cả các loại máy quang phổ khối lượng , là không cần thiết . Ngoài ra, chiều
dài con đường được mô tả bởi các ion trong vòng quay trong một đo lường có thể
lên đến vài km, tương phản đến công cụ lĩnh vực ngành từ, nơi mà độ dài ion tối đa

là vài mét.
3.3.5 Sự phát tín hiệu
Sau phần mở đầu , các ion được lưu trữ trong các phân tích di động bằng cách
sử dụng các tấm bẫy (Hình 1) như đã nêu trên . Đồng thời , nó bắt đầu các chuyển
động cyclotron của nó, vì nằm trong vùng từ trường . Dưới những điều kiện ban đầu
các ion được phân phối thống kê trong tế bào. Ion với cùng m / q có cùng tần số
cyclotron nhưng năng lượng khác nhau và do đó vận tốc khác nhau trong quỹ đạo
của mình và bán kính khác nhau. Để có được một tín hiệu đo lường, các ion phải
được kích thích bằng cách áp dụng một điện áp hình sin với các tấm kích thích
(transmitter) , nằm song song với từ trường (Hình 1) . Các ion phân phối năng nỗ có
cùng m / q là mạch lạc , trong đó ít nhất 100 ion kết hợp của một m / q là cần thiết
để tạo ra một tín hiệu đo lường. Sự gắn kết của một " ion gói " chỉ ổn định trong
một thời gian dài nếu từ trường đủ đồng nhất và áp suất 10
-9
Mbar hoặc thấp hơn
chiếm ưu thế trong tế bào. Nếu không thì " ion gói " sẽ bị phân hủy bởi va chạm với
các phân tử không khí còn sót lại . Đối với nguyên tắc ion phát hiện Comisarow cho
thấy mô hình của một quay đơn cực (Hình 4) .
Hình 4: Tạo tín hiệu gây ra bởi các đơn cực quay. Kết quả là một "hình ảnh hiện
tại" được sản xuất
Khi một " ion gói " luôn đi gần các tấm dò một " hình ảnh hiện tại" là do
trong hai tấm bằng thu hút ( phát hiện tích cực -ion) hoặc đẩy ( phát hiện tiêu cực
-ion) . Kết quả là một điện áp bên trong mất dần đi theo thời gian. Trong làn sóng
điện từ ( miền thời gian ) các tần số cyclotron của tất cả các ion được chứa ( đa kênh
nói chung ) . Bởi sự tích tụ tạm thời , tỷ lệ tín hiệu nhiễu có thể được cải thiện bằng
các yếu tố của n
1/2
. Tín hiệu phức tạp này sau đó được chuyển từ miền thời gian đến
các miền tần số bằng Chuyển đổi Fourier (FT) . Sử dụng phương trình (4) và với từ
trường không đổi, tần số quang phổ có thể được chuyển đổi thành một quang phổ

khối ( Hình 5).
Hình 5: Thu được tín hiệu miền thời gian (tạm thời) và chuyển đổi nó thành một
quang phổ khối lượng bằng cách sử dụng thuật toán chuyển đổi Fourier (FT)

3.3.6 độ phân giải
Nhìn chung, độ phân giải tối đa có thể đạt được mong muốn trong tất cả
các kỹ thuật phân tích để tăng cường công suất tín hiệu cho một phạm vi phát hiện
được . Biến đổi Fourier ion cộng hưởng cyclotron khối phổ có khả năng giải quyết
khối lượng rất cao, cao hơn nhiều so với các kỹ thuật phổ đại chúng khác. Có hai
chế độ phát hiện. phổ biến nhất , chế độ băng thông rộng, cho phép phát hiện trên
một tỉ lệ m/q rộng . Độ phân giải khối lượng lên đến 200.000 ( FWHM , toàn bộ
chiều rộng tại nửa tối đa) có thể đạt được cho các giá trị thấp của m / q . Vẫn cao
hơn khối lượng độ phân giải lên đến hàng triệu lần - có thể đạt được ở chế độ dò
phách ( phát hiện hẹp , chế độ trộn) . Độ phân giải rất cao này là hậu quả của sự đơn
giản của phương trình cyclotron [ phương trình . (4)] , mà đã được giải thích ở trên .
Như thể hiện trong phương trình ( 5)
Bởi vì v
c
tỉ lệ nghịch với m / q [ phương trình . (4)] , các tín hiệu RFWHM cũng thay
đổi tỉ lệ nghịch với khối lượng tỷ lệ . Sử dụng chế độ phách , một phạm vi hẹp xung
quanh tần số mẫu có thể được đo bằng một thời gian T và thoáng qua lâu như vậy,
vẫn còn độ phân giải cao hơn ở chế độ băng thông rộng thường được sử dụng có thể
thu được . Sử dụng ESI cho ion hóa , một cao đối xứng và cao trọng lượng phân tử
perylene bisimide bạch kim phức tạp được đo ở chế độ phách với độ phân giải khối
lượng lên đến 600.000 ( FWHM ) . Trong hình 6 mô hình đồng vị giải quyết của ion
gấp năm lần sạc [ M-5 F
3
CSO3
-
) ]

5+
được hiển thị.
Ngay cả những mẫu đồng vị nhân- tính poly- peptide hoặc protein lên đến vài kDa
có thể được tái giải quyết. Sự phân bố đồng vị cung cấp thông tin về trạng thái tích
điện và về khối lượng phân tử của mẫu.
3.3.7 Độ chính xác khối lượng
Ngoài độ phân giải khối lượng rất cao , FTICR -MS có thể xác định các ion
với độ chính xác khối lượng rất cao . Sự khác biệt giữa khối lượng m
exp
thử nghiệm
và khối lượng tính m
calc
nói chung là vô cùng nhỏ . Độ chính xác khối lượng thường
được định nghĩa như trong phương trình ( 6).
Như vậy, tính chính xác khối lượng của khối lượng khác nhau trên toàn bộ
m / q - phạm vi có thể được so sánh. Xác định khối lượng chính xác là rất quan trọng
để xác minh độ tin cậy chính xác bản sắc hợp chất . Với FTICR -MS thành phần
nguyên tố của các phân tử nhỏ lên đến 500 Da, nói chung có thể được xác định chắc
chắn. Bởi vì số lượng của các công thức phân tử có thể tăng theo cấp số nhân với
khối lượng và với số lượng ngày càng tăng của các yếu tố khác nhau, các thành
phần nguyên tố có thể yêu cầu độ chính xác khối lượng đến 1 ppm và hơn nữa. Tính
năng này vô cùng quan trọng , ví dụ, để phân tích các sản phẩm tự nhiên . Biến đổi
Fourier cyclotron ion reso - dưỡng khối phổ có thể đo với như vậy độ chính xác khối
lượng cao mà ngay cả những khối lượng của electron bị mất tích đã được xem xét
khi tính toán khối lượng ion của một ion mang điện tích dương . Ngoài không đồng
nhất trong lĩnh vực điện do điện áp bẫy và không gian phụ trách các tương tác , tính
chính xác khối lượng cũng phụ thuộc một phần vào độ phân giải. Yếu tố can thiệp
có thể khác như từ trường không đồng nhất hoặc trôi dạt từ không làm giảm độ
chính xác khối lượng khi sử dụng nam châm siêu dẫn .
Hình 6: khối phổ độ phân giải của một trọng lượng phân tử perylene bisimide bạch

kim phức tạp đối xứng hoàn hảo và cao. [M-5 (F3CSO-)]
5+
ion có thể được đo lên
đến độ phân giải 600.000 (FWHM).
4. ỨNG DỤNG
Thiết bị khối phổ phân giải cao với những tính năng vượt trội có khả năng
giải quyết được các bài toán về xác định, phân tích, nghiên cứu các hệ mẫu hữu cơ
đơn chất hoắc hỗn hợp phức tạp có tính thời sự tương đối cao với khoa học, công
nghệ và kinh tế quốc dân mà các thiết bị khối phổ hiện có tại Việt Nam chưa đáp
ứng được.
Chức năng: nghiên cứu khoa học, đào tạo, kiểm tra, thẩm định, giám định
dưới dạng dịch vụ hoặc hợp đồng, dự án phối hợp của mọi cá nhân hoặc tổ chức
trong và ngoài nước lien quan đến khoa học và công nghệ
Đối tượng: là các chất hữu cơ thuộc các lĩnh vực khác nhau của hóa học, trọng tâm
là hóa học các chất thiên nhiên, hóa dược, hóa môi trường, hóa thực phẩm, hóa học
phục vụ an toàn xã hội.
Nhiệm vụ:
- Xác định trực tiếp công thức phân tử và những vấn đề lien quan tới khung
cấu trúc của các hợp chất hữu cơ tổng hợp, hợp chất thiên nhiên, các hợp chất
nguồn sinh vật không quá phức tạp dạng đơn chất.
- Phối hợp với các cơ quan chức năng tham gia kiểm định an toàn thực phẩm,
chất lượng dược phẩm, phát hiện các chất gây nghiện, ô nhiễm môi trường
nước, đất…
- Phân tích thành phần những hỗn hợp cơ phức tạp trong công nghiệp hóa chất,
y dược, môi trường và an ninh xã hội.
- Nghiên cứu các quá trình chuyển hóa, tích tụ, phân hủy chủ yếu trong hóa
dược, hóa môi trường và sinh tổng hợp của các hợp chất thiên nhiên.
- Góp phần nghiên cứu cấu trúc các hợp chất sinh học như protein, peptit
- Khi có yêu cầu xã hội, tham gia với các cơ quan khác để giải quyết các bài
toán liên quan tới an toàn thực phẩm, sự cố hóa học, kiểm nghiệm, kiểm định,

đặc biệt là các vấn đề liên quan tới an ninh xã hội và quốc phòng như độc tố,
chất kích thích. Chất gây nghiện, gây mê, công cụ trấn áp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
/> /> />1. Marshall, A. G.; Hendrickson, C. L.; Jackson, G. S., Fourier transform ion
cyclotron resonance mass spectrometry: a primer. Mass Spectrom Rev 17 , 1-
35.
2. Shi, S; Drader, Jared J.; Freitas, Michael A.; Hendrickson, Christopher L.;
Marshall, Alan G. (2000). "Comparison and interconversion of the two most
common frequency-to-mass calibration functions for Fourier transform ion
cyclotron resonance mass spectrometry".International Journal of Mass
Spectrometry. 195-196: 591. doi:10.1016/S1387-3806(99)00226-2.
3. Sleno L, Volmer DA, Marshall AG (February 2005). "Assigning product
ions from complex MS/MS spectra: the importance of mass uncertainty and
resolving power". J. Am. Soc. Mass Spectrom. 16 (2): 183–98. Bossio RE,
Marshall AG (April 2002). "Baseline resolution of isobaric phosphorylated
and sulfated peptides and nucleotides by electrospray ionization FTICR ms:
another step toward mass spectrometry-based
proteomics". Anal.Chem. 74 (7):1674–9.
4. He F, Hendrickson CL, Marshall AG (February 2001). "Baseline mass
resolution of peptide isobars: a record for molecular mass resolution". Anal.
Chem. 73 (3): 647–50.doi:10.1021/ac000973h. PMID 11217775.
5. Solouki T, Marto JA, White FM, Guan S, Marshall AG (November 1995).
"Attomole biomolecule mass analysis by matrix-assisted laser
desorption/ionization Fourier transform ion cyclotron resonance". Anal.
Chem. 67 (22): 4139–44. doi:10.1021/ac00118a017. PMID 8633766.
6. Marshall, A (2002). "Fourier transform ion cyclotron resonance detection:
principles and experimental configurations". International Journal of Mass
Spectrometry 215: 59.doi:10.1016/S1387-3806(01)00588-7.
7. "UBC Chemistry Personnel: Melvin B. Comisarow". University of British
Columbia. Retrieved 2009-11-05.

8. M.B. Comisarow and A.G. Marshall, Chem. Phys. Lett. 25 , 282 (1974)
9. S. Guan, A. G. Marshall, Int. J. Mass Spectrom., 146/147 (1995) 261
10.Kanawati, B.; Wanczek, K. P. (2007). "Characterization of a new open
cylindrical ion cyclotron resonance cell with unusual geometry". Review of
ScientificInstruments 78
11.Kanawati, B; Wanczek, K (2008). "Characterization of a new open
cylindrical ICR cell for ion–ion collision studies☆". International Journal of
MassSpectrometry 269: 12.
12.Cody, R. B.; Hein, R. E.; Goodman, S. D.; Marshall, Alan G. (1987). "Stored
waveform inverse fourier transform excitation for obtaining increased parent
ion selectivity in collisionally activated dissociation: Preliminary
results". Rapid Communications in Mass Spectrometry 1(6): 99.