Bài tiểu luận phân tích khối phổ

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 

huf

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

TP.HCM, Tháng 12 năm 2015

3008140299
3008140018
3008140188
3008140339


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

3


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

4


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)

5


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

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
6

13
15- 16


Số thứ
Tên hình
tự
Hình 1.1: Máy khối phổ hiện nay
1
Hình 2.1: Sơ đồ khối của máy khối phổ
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

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

7

Tran
g
2
3
6
6
7
7
8
9
9
9
10
10

14
15


MỤC LỤC


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 | 9

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 | 10

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 | 11

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.
II.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.
II.3.

Chi tiết các bộ phận của máy khối phổ.

Bộ nạp mẫu: Có thể phân thành hai nhóm chính:
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).
II.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.
II.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:
II.3.1.
II.3.1.1.

Page | 12

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

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).
II.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:
II.3.2.1.

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.
II.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 | 13

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 500 oC), 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.
II.3.2.4. Nguồn ion hóa bằng giải hấp

Page | 14

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

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.
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
II.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.
II.3.3.1. Bộ phận tích từ
 Bộ hội tụ đơn: Mô tả như hình 2.6

Page | 15

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.
II.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 | 16

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 Q 1 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 Q 3 để tách riêng ra sau đó mới đến
detector.(Hình 2.9)

Page | 17

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
II.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
này tỉ lệ với 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
II.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 c . Sau cùng sẽ chuyển phổ tốc độ thành phổ khối.
Phương trình mô tả quan hệ giữa c và m :

Hình 2.11: Sơ đồ bẫy Penning và quá trình tạo tín hiệu
Page | 18

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

Kỷ thuật ICR- MS có độ nhạy cao nhất hiện nay độ phân giải có thể đến 107.
II.3.4. Detector
II.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.
II.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
trên khối phổ sẽ có nhiều tín hiệu lân cận M +, trong trường hợp này người ta có thể
tính toán cường độ các pic dựa vào số tổ hợp có thể có của các đồng vị trong chất đó.
Số hiệu
nguyên tử (Z)

Kí hiệu
nguyên tố

Khối lượng
đồng vị

Page | 19

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

3.1.2. Ví dụ minh họa
Xác định thành phần đồng vị các kim loại có trong sữa bột và khào sát
lượng đồng vị thêm vào trong mẫu sữa.
Để đánh giá ảnh hưởng của lượng đồng vị thêm vào, cần biết khoảng nồng độ
đồng vị trong mẫu cần phân tích. Trước tiên các mẫu sữa bột được phân tích trên ICPMS thông thường. Sau khi có số liệu về khoảng nồng độ, các nhà khoa học đã thực
nghiệm khảo sát lượng thêm đồng vị. Pha mẫu nước có nồng độ các nguyên tố có
nồng độ tương ứng với nồng độ trong mẫu sữa bột sau phân hủy (Cd: 0,1 µg/L, Cu:
60 µg/L, Pb: 1,5µg/L, Zn: 400 µg/). Thêm lượng đồng vị của các nguyên tố vào mẫu
tương ứng với giá trị R (R = lượng đồng vị thêm và (nồng độ nguyên tố ) từ 0,05 đến
20 lần. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 3.2 như sau:
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát lượng đồng vị

III.2.

Định tính

III.2.1. Cơ sở lí thuyết

Phân tích khối phổ có thể cho rất chính xác khối lượng các ion phân tử M +, (M
+1)+, (M+2)+ . Đây là một thông số đặc trung quan trong của hợp chất hóa học, ngoài
ra có thể xem xét thêm các pic đồng vị, tỷ số cường độ của chúng với khối lượng của
vài mảnh ion, từ đó có thể xác đinh được công thức nguyên tử của chất phân tích.
Thường được kết hợp với GC/ MS, HPLC/ MS sau đó so sánh dữ liệu thu được
thông qua các dụng cụ tin sinh học.
III.2.2. Ví dụ minh họa
Định tính các thành phần hóa học có trong tinh dầu cây Sa mộc dầu
(Cunninghamia konishii Hayata). Chưa có nhiều công trình nghiên cứu về thành
phần hóa học của loài Sa mộc dầu (C. konishii). Trong một nghiên cứu mới công bố
Page | 20

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

gân đây các nhà khoa học Việt Nam đã phân tích thành công thành phần hóa học trong
tinh dầu từ loài Sa mộc dầu (Cunninghamia konishii Hayata) phân bố ở Hà Giang.
Bằng kỉ thuật Sắc ký khí-khối phổ (GC/MS): việc phân tích định tính được thực hiện
trên hệ thống thiết bị sắc ký khí và phổ ký liên hợp GC/MS.
Nghiên cứu thành phần hóa học trong tinh dầu từ gỗ của loài sa mộc dầu (C.
konishii) ở Tây Côn Lĩnh bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS), hơn 40
hợp chất được tách ra từ tinh dầu, trong đó 34 hợp chất được xác định (chiếm 97,3%

tổng lượng tinh dầu).Được trình bày cụ thể dưới bảng 3.3
Bảng 3.3: Thành phần hoá học của tinh dầu từ gỗ Sa mộc dầu (Cunninghamia
konishii Hayata) phân bố ở Tây Côn Lĩnh

RIa: Retention indices on HP-5MS capillary column.(Chỉ số trên cột mao quản HP5MS)
Page | 21

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ
III.3.

TỔ 4

Xác định công thức cấu tạo.

III.3.1. Cơ sở lí thuyết

Sau khi xác định công thức nguyên tử của mẫu trong lúc định tính, ta cần dùng kỉ
thuật ion hóa mẫu thích hợp nếu muốn xác định công thức cấu tạo.
Trong trường hợp này khối phổ thường được kết hợp với phổ cộng hưởng hạt nhân và
phổ hồng ngoại (IR).
III.3.2. Ví dụ minh họa
Xác định cấu trúc protein bằng kỹ thuật khối phổ
Các nhà khoa học đã dùng kỹ thuật khối phổ cải tiến để xác định cấu trúc một
protein tín hiệu có vai trò quan trọng trong quá trình sinh lý ở một số bệnh phổ biến
như bệnh tiểu đường và ung thư.
Protein Epac2 (exchange protein directly activated by cAMP 2 - protein trao đổi
được hoạt hóa trực tiếp bằng cAMP 2) là một yếu tố trao đổi nucleotide guanine, có

khả năng điều hòa rất nhiều quá trình nội bào trong sự tương tác với hợp chất truyền
tín hiệu thứ cấp cAMP (cyclic adenosine monophosphate).
Một dự án hợp tác được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu ở Đại học Y Texas
(University of Texas Medical Branch) và Đại học California (University of California)
sử dụng kỹ thuật khối phổ trao đổi hydrogen/deuterium (DXMS) để xác định cấu trúc
ba chiều của Epac2 khi có và không có mặt cAMP.

Hình 3.1: Sự thay đổi cấu dạng do cảm ứng với cAMP của Epac2 được xác định
bằng DXMS
Kết quả nghiên cứu được đưa trên tạp chí Biological Chemistry cho biết cAMP có
hai vùng liên kết để tương tác với Epac2 theo kiểu phù hợp trình tự và làm thay đổi
cấu dạng của Epac2 theo một cách rất đặc thù. Sự thay đổi cấu dạng này do một
chuyển động khớp nối tập trung ở đầu C của vùng gắn thứ hai trên cAMP. Sự thay đổi
hình dạng này sắp xếp lại các thành phần điều hòa của Epac2 nằm cách xa trung tâm
hoạt động xúc tác, tạo điều kiện cho việc gắn nối các yếu tố khác.
“Nghiên cứu này sử dụng một phương pháp phân tích cấu trúc protein mạnh mẽ để
xác định cách thức một tín hiệu hóa học được gọi là cAMP bật một trong những “công
tắc” protein của nó là Epac2”, Ts.Xiaodong Cheng ở Đại học Y Texas cho biết.
“DXMS đã chứng minh nó là một phương pháp hiệu quả đến kinh ngạc, sử dụng riêng
hoặc kết hợp với kỹ thuật khác để phát hiện cách thức protein làm việc như những
“chiếc máy” phân tử, thay đổi cấu dạng theo chức năng cụ thể của chúng,” Gs. Virgil
Page | 22

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

Woods của Đại học California nói. “Đây là công cụ tuyệt vời để xác định và phát triển
các liệu pháp thuốc điều trị hướng vào sự dịch chuyển của các protein này.”
III.4.

Định lượng

III.4.1. Cơ sở lí thuyết

Phân tích định lượng khối phổ cần thiết lập đưởng chuẩn hay thêm đường chuẩn
cùng với đo cường độ vạch phổ để xác định nồng độ chất phân tích.
Trong phân tích dược thường kết nối với GC/ MS, HPLC/ MS, CE/ MS để tăng tính
chọn lọc và giới hạn định lượng cho phương pháp phân tích mẫu.
Phân tích định lượng khối phổ có độ nhạy và tính chọn lọc cao, giới hạn phát hiện có
thể lên đến 10-14 gram. Vì vậy, người ta thường dùng kỉ thuật này để phân tích hàm
lượng siêu vết trong những mẫu phức tạp.
III.4.2. Ví dụ minh họa
Phân tích đồng thời các kháng sinh quinolone trong thịt, tôm, cá bằng
phương pháp sắc kí lỏng ghép khối phổ.
Trong một nghiên cứu, các nhà khoa học đã tìm được chương trình gradient pha
động tách 8 quinolone trên cột sắc kí pha đảo C18 trong khoảng thời gian ngắn 15
phút và các thông số cho nguồn ion hóa ESI, bộ phân tích khối phân tích đồng thời 8
quinolone. Qui trình phân tích được áp dụng để khảo sát dư lượng các quinolone này
trong các mẫu thịt gà, thịt heo, tôm, cá mua ở chợ Phú Thọ, Bình Dương.

Hình 3.2: Đường hồi qui của 8 quinolone
Từ đây các nhà khoa học đã xác định hàm lượng kháng sinh trong mẫu gà, heo, tôm,
cá diêu hồng được trình bày cụ thể dưới bảng 3.4
Bảng 3.4: Dư lượng kháng sinh quinolone (ng.g-1) trong mẫu thịt gà, thịt heo,
tôm, cá diêu hồng
Hợp

Gà
Heo
Tôm
Cá diêu hồng
chất
Không định
Không định
Không định
Nor
64,8
lượng
lượng
lượng
Không định
Không định
Không định
Không định
Cip
lượng
lượng
lượng
lượng
Page | 23

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

Không định
Không định
lượng
lượng
Không định
Không định
Không định
Dano
0,9
lượng
lượng
lượng
Không định
Enro
5,3
1,2
4,1
lượng
Không định
Không định
Oxo
0,4
2,4
lượng
lượng
Nal
1,0
0,8
0,4

2,6
Không định
Flu
3,6
0,9
5,0
lượng
Nhận thấy trong mẫu có sự hiện diện của các chất khảo sát nhưng nồng độ khá nhỏ
nằm trong giới hạn cho phép (nhỏ hơn 100 ng.g-1)Với mẫu thịt gà mua ở chợ tìm thấy
dư lượng kháng sinh norfloxacin là khá cao (64,8 ng.g-1) nhưng vẫn ở trong hàm lượng
cho phép.
Lome

3,5

Không định
lượng

Page | 24

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường


PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ

TỔ 4

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS. TS Trần Tử An
Hóa phân tích ( Tập II)

NXB Y học Hà Nội ( năm 2007)
[2] Đỗ Ngọc Đại, Nguyễn Quang Hùng. "Chemical composition of the essential
oil from woods of Cunningamia konishii Hayata from Ha Giang." TAP CHI
SINH HOC 34.4 (2013): 469-472.
[3] Vũ Văn Tú, Phạm Hải Long, Nguyễn Thị Huệ. "XÁC ĐỊNH Cd, Cu, Pb và
Zn TRONG SỮA BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG ĐỒNG VỊ (IDICP-MS)." Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học 20.1 (2015): 100.
[4] Trần Thanh Trúc,Trần Thị Như Trang. "Phân tích đồng thời các kháng sinh
quinolone trong thịt, tôm, cá bằng phương pháp sắc kí lỏng ghép khối phổ."Tạp
chí Phát triển Khoa học và Công nghệ 16.2T (2014): 39-46.
[5] />[6] />%C4%91%E1%BB%8Bnh_c%E1%BA%A5u_tr%C3%BAc_protein_b
%E1%BA%B1ng_k%E1%BB%B9_thu%E1%BA%ADt_kh%E1%BB
%91i_ph%E1%BB%95
[7] />
Page | 25

Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường