Chuyên đề hóa phân tích HPLC MS

KÊ HOẠCH BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ HOÁ HỌC PHÂN TÍCH
PHẦN: SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC), SẮC KÝ LỎNG GHÉP KHỐI PHÔ
(LC-MS), (LC-MS/MS)
-

Sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS, hoặc cách khác HPLC-MS) là một kỹ thuật phân
tích hóa học kết hợp các khả năng tách vật chất của sắc ký lỏng (hoặc HPLC ) với khả
năng phân tích khối lượng của khối phổ (MS).

-

LC-MS là một kỹ thuật mạnh mẽ nhất hiện nay, có độ nhạy rất cao và chọn lọc tốt

-

Ứng dụng trong phân tích lượng vết (ppm, ppb). Tách, phát hiện, xác định cấu tạo,
công thức hay sự hiện diện của chất(trong một hỗn hợp phức tạp). Tinh chế, làm sạch
một chất từ một hỗn hợp

-

Phạm vi ứng dụng: Dược phẩm, hóa chất, nông nghiệp, thực phẩm, hình sự, y học và
một số ngành công nghiệp khác ( Lấy ví dụ trong mỗi trường hợp)

Khối phổ MS (mass spectrometry)
Phương pháp phổ khối lƣợng (Mass Spectrometry - MS) là một phương pháp phân tích công
cụ quan trọng trong phân tích thành phần, cấu trúc chất
 Bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX, 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
 1913, Thomson thấy khí neon tự nhiên gầm 2 loại có khối lượng nguyên tử khác nhau
(isotope) là 20 và 22 (g/mol), ông cũng sử dụng máy phổ khối lượng trong phân tích hóa

học, xác định khối lượng phân tử và nguyên tử
 1940 MS được sử dụng trong phát hiện dầu mỏ và trong phân tích hormon/steroid (1950).
Sự kết hợp GC/MS thực hiện năm 1960 và LC/MS năm 1970. Sau đó nhiếu kỹ thuật mới
trong MS nhanh chóng phát triển như FAB, TS, tứ cực, TOF, MALDI…
 Có phạm vi ứng dụng rất rộng lớn trong các ngành hóa hữu cơ, hóa sinh, vô cơ và nguyên
tố đồng vị
Mục tiêu: + Trình bày nguyên tắc của phổ khối
+ Các thành phần cơ bản và nhiệm vụ của mỗi thành phần
+ Ứng dụng của phổ khối
1. Khối phổ là gì ?


-

Là một công cụ phân tích hay dùng nhất hiện nay

-

Là một kỹ thuật cung cấp thông tin về:

+ Khối lượng và công thức phân tử của một hợp chất (VD: Đường C6H12O6)
+ MS cùng với NMR và IR cho phép nghiên cứu cấu trúc phân tử ( C6H12O6 dạng vòng
5 cạnh hay 6 cạnh)
+ MS cùng với LC, GC cung cấp định tính, định lượng và cấu trúc của chất (VD: nhóm
thuốc)
+ Phân tích được mẫu rất nhỏ, dạng rắn, lỏng, khí của các chất phân tử lương nhỏ cỡ Da
tới các protein cỡ trên 300 000 Da ( 1Da = amu = khối lượng nguyên tử H)
→ Nguyên tắc cơ bản: Sự tạo thành các ion
Các ion này được tách hay lọc theo tỷ lệ m/z của chúng
Và được phát hiện

Phương pháp khối phổ (Mass Spectrometry-MS) là phương pháp nghiên cứu các chất
bằng cách đo, phân tích chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên sự chuyển
động của các ion nguyên tử hay ion phân tử trong một điện trường hoặc từ trường nhất
định.Các ion này được tách hay lọc theo tỷ lệ m/z. Đo trực tiếp tỉ số giữa khối lượng và
điện tích (m/z) của 1 chất sẽ cung cấp thông tin định tính, định lượng, cấu trúc của chất
đó.
Giải thích: Như vậy, trong nghiên cứu khối phổ của bất kỳ chất nào phải qua các bước
sau:
-

Trước tiên chất pt phải được chuyển sang trạng thái bay hơi, sau đó được ion hoá
bằng các phương pháp thích hợp.(Thực hiện trong buồng ion hóa)

-

Các ion tạo thành được đưa vào nghiên cứu trong bộ phân tích khối của máy khối
phổ.

-

Tín hiệu m/z được chuyển tới detecter phân tích và cho ra số liệu (máy tính xử lý).
Tín hiệu tương ứng với các ion sẽ được thể hiện bằng 1 số vạch (pic) có cường độ
khác

nhau

tập

hơppj

lại

thành

một

khói

phổ

đồ

hoặc

phổ

khối

2. Các thành phần cơ bản của một máy MS
Về cơ bản một máy MS có các bộ phận sau: Nạp mẫu, nguồn ion, phân tích khối,
detecter và bộ phận thu nhận xử lý số liệu


2.1. Bộ phận nạp mẫu
Có 2 cách nạp mẫu cơ bản:
 Nạp mẫu trực tiếp: Mẫu (R, L, K) phải được chuyển thành dạng hơi trước khi đưa vào
buồng chân không của máy MS (VD: cho mẫu vào buồng trung gian có p thấp; tách
phần hơi của mẫu bằng một màng bán thấm; nhiệt phân mẫu…)
 Nạp mẫu gián tiếp: Bộ nạp mẫu là đầu ra của một thiết bị phân tích khác được kết nối
với khối phổ: GC/MS ; LC/MS ; CE/MS ; SFC/MS ( VD: GC/MS đầu ra của cột mao

quản GC được nối trực tiếp với bộ nguồn ion của máy khối phổ ; LC/MS phải chuyển
chất pt từ pha lỏng sang pha hơi để ion hóa; CE/MS không hay dùng do ảnh hưởng


của dung môi cần them vào để tang tốc độ dòng dịch rửa giải từ mao quản vào buồng
ion hoa. Ngoài ra còn hạn chế bởi thể tích mẫu nhỏ và cần dung dung dịch đệm bay
hơi; SFC/MS pha động là CO 2 siêu tới hạn được chuyển thành pha khí trước khi đi
vào buồng ion hóa)
2.2. Nguồn ion hoá: Nhiệm vụ
Biến đổi chất phân tích, tạo thành các ion phân tử ( molecule) và các ion



mảnh (fragment)
 Hai kỹ thuật chính hay dùng:
•

Bắn phá electron ( Electron impact – EI): Tạo ion bằng cách dùng
chùm năng lượng cao: Phương pháp “cứng”

•

Ion hoá hoá học ( chemical ionization – CI): Tạo ion thông qua phản ứng với
các ion thuốc thử: Phương pháp “mềm”

a, Bắn phá electron (EI)

Bắn phá electron EI
Giải thích hình ảnh: Trong buồng ion hóa, chum electron phát ra từ catot khi được đốt nóng,
chùm electron này bay về phía anot với vận tốc lớn (e ~ 70eV) va chạm với phân tử hoặc

nguyên tử của mẫu sẽ loại 1e khác khỏi phân tử hoặc nguyên tử mẫu chất.
Quá trình có thể tạo ra cation hoặc anion tùy theo điện tích của ion nghiên cứu mà người ta
chọn kiểu quét ion (+) hay (-). Kiểu quét ion (+) thường cho nhiều thong tin hơn về nghiên
cứu nên được dung phổ biến hơn. Ngày nay, kỹ thuật cho phép tích hợp 2 kiểu quét này


thành 1 nhằm thuận lợi nhất cho nhà ngiên cứu, tuy nhiên độ nhạy không cao bằng từng
kiểu quét riêng lẻ

Cơ chế ion hoá ( tạo ion +)
Giải thích: Mẫu chất M được bắn phá electron cho cation gốc (ion mẹ, ion phân tử) . Các ion
phân tử này phần lớn bị phá thành các mảnh nhỏ hơn (cation, gốc, phân tử trung hòa). Sau
đó chuyển sang bộ phận phân tích khối M + 1e- → M+. + 2e- (M-)
Ví dụ: Electron bắn phá methanol tạo ra cation gốc methanol ( ion phân tử)
CH3OH + 1e- → CH3OH+. + 2eCH 3OH+.

→ CH2OH+ + H∙

CH 3OH+.

→ CH3+ + .OH

?( chỉ rõ đâu là ion mẹ, ion phân tử, ion mảnh..)
Nhận xét: Chỉ có một số ( ~ 0,01%) phân tử chất phân tích (M) được ion hoá
Phần lớn các ion phân tử bị phá thành các mảnh nhỏ hơn (cation, gốc, phân tử
trung hoà nhỏ hơn)
Ví dụ: Phổ MS của pentobarbital bắn phá bằng electron


Ưu điểm : Cho biết khối lượng phân tử của mẫu chất cần nghiên cứu, cấu trúc hóa học của

phân tử mẫu thông qua thông tin cung cấp bởi các mảnh
Dùng phổ biến trong Gc-MS. Quá trình tạo nhiều mảnh rất hữu ích cho xác định cấu trúc của
chất
Nhược điểm: E ion hóa cao
Không áp dụng được cho những chất không bền nhiệt hoặc không bay hô, không phân biệt
được các đồng phân
b, Ion hoá hoá học CI ( chemical ionisation)
• Cơ chế ( kỹ thuật)
+Là kỹ thuật tạo ra ion dùng trong quang phổ khối lượng
+ Trong kỹ thuật CI ngoài mẫu và khí mang, còn 1 lượng lớn khí thử đưa vào buồng ion hóa.
Lượng khí thử rất lớn so với mẫu, hầu như các điện tử phát ra từ dây tóc đều va chạm vào
khí thử tạo ion khí thử.
+ Các ion khí thử va chạm phản ứng với các phân tử mẫu tạo ra các ion mẫu
+ E ion hóa trong CI rất nhỏ so với EI nên số phân tử phân mảnh tạo ra là ít. Xác xuất hình
thành các ion mẹ là lớn nên thường dùng trong xác định trọng lượng phân tử
+ Có 2 cơ chế hình thành ion là ion hóa hóa học (+) và ion hóa hóa học (-)


Ví dụ : Dùng thuốc thử CH4 ( ion hóa hóa học +)
+ Tạo ít mảnh
+ Dùng thừa thuốc thử dạng khí như CH4, isobutan, amoniac…
+ Chùm electron (100-200eV) chuyển CH4 thành các sản phẩm như CH5+
CH5+ là chất cho proton mạnh, phản ứng hoá học với các chất phân tích tạo ra phân tử proton
hoá MH+, có nhiều trên phổ MS ion hoá hoá học dùng methan
CH4 + e- → CH4+. + 2e- ( va chạm e sẽ ion hóa thuốc thử CH4)
CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3∙ ( Tạo ra ion thứ cấp)
CH5+ + M → CH4 + MH+ (CH5+ cho proton mạnh sẽ tác dụng chất phân tích M)


Ưu điểm : + Dùng CI khí EI không cho thấy ion phân tử

+ Tạo ít mảnh
+ E ion hóa thấp
Nhược điểm : Không áp dụng được cho những chất không bền nhiệt hay không bay hơi
c, Nguồn ion bằng giải hấp ( ionisation desorption sources)
• Nguyên tắc : Dựa trên quá trình phát thứ cấp
+ Bắn phá một mẫu ở dạng lỏng hoặc rắn bằng một chùm tia sơ cấp : electron, ion, photon
+ Các hạt thứ cấp như electron, ion hoặc phân tử trung hòa sẽ được hình thành
+ Chỉ các hạt này mới được phân tích bằng khối phổ
+ Tên của nguồn ion phụ thuộc vào bản chất của chùm tia sơ cấp
A Kỹ thuật : Bắn phá nhanh bằng nguyên tử ( fast atom bombardment - FAB)
Ion hóa điện trường giải hấp ( FDI)
Ion hóa bằng giải hấp lase MALDI
 Kỹ thuật FAB
+ Mẫu được hòa tan trong dung môi có độ nhớt cao (glyxerin) và đưa lên bề mặt kim loại
+ Dùng dòng nguyên tử như Ar ( Xe) năng lượng cao bắn phá mẫu
+ Các ion dạng MH+ hoặc MH- hoặc sản phẩm cộng hợp của các ion được tạo thành
+ Áp dụng cho những chất phân cực và dễ phân hủy bởi nhiệt


+ Nếu ta thay Ar bằng ion Cs+ ta có bắn phá nhanh bằng ion (FIB)
 Kỹ thuật FDI
+ Sử dụng điện trường mạnh để làm bật ra các điện tử từ phân tử. Với bề mặt kim loại anot
có hình nhọn hay sợi mỏng dưới áp suất chân không (10 -6 torr) sẽ phat sinh lực tĩnh điện đủ
làm bật e ra khỏi phân tử mà không đòi hỏi năng lượng quá dư
Nguồn ion được tạo ra nhờ 1 kim nhỏ có d = vài
micrometer làm anot gắn ngay trước khe buồng ion
hóa, khe vào chính là catot, còn khe hội tụ để tập
trung nguồn ion

 Kỹ thuật MALDI

+ Đưa vào một chất nền, chất nền ở đây là những chất có phân tử lượng lớn ( thường là
những axit hữu cơ yếu)
+ Chất nền được trộn với chất cần phân tích
+ Sự chiếu xạ hỗn hợp gồm chất nền và chất phân tích bằng tia lase kết quả dẫn tới sự bay
hơi của chất nền mang theo cả chất phân tích. Trong kỹ thuật này chất nền đóng một vai trò
rất quan trọng. Các phân tử mẫu hóa hơi nhưng không trực tiếp hấp thu năng lượng lase.
Điều này dẫn tới các phân tử không bị tia lase biến đổi
+ Hỗn hợp hấp thu mạnh ở bước song lase 355nm. Khi chiếu lase lên, do hỗn hợp hấp thu
năng lượng lớn, chất phân tích được giải hấp ra khỏi bề mặt chất mang và trao đổi proton
giữa chất mang bị quang hoạt với chất cần khảo sát dẫn tới tạo ra ion chất cần khảo sát.
Ưu điểm: + Phạm vi định lượng lên tới 300.000Da. Những mảnh có khối lượng lớn hơn
cũng đã được detecter mới đây phát hiện
+ Ion hóa mềm với sự phân mảnh ít
+ Có thể dung muối ở nồng độ nhỏ (micro)
+ Phù hợp cho phân tích hợp chất phức tạp
Nhược điểm: + Chất nền có thể ảnh hưởng cho những hợp chất có khối lượng < 700Da
+ Độ nhiễu của đường nền phụ thuộc nhiều vào vât liệu nền


Kỹ thuật MALDI
d, Nguồn ion bằng phun sương khử solvat ( Sử dụng kết hợp HPLC/MS)
 Ion hóa bằng tia điện ( electrospray ionization – ESI)
 Ion hóa bằng nhiệt ( Thermospray ionization – TSI)
 Ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (atmospheric pressure chemical ionization –
APCI).
 Ion hóa bằng photon tại áp suất khí quyển (Atmospheric Pressure Photoionization –
APPI).
Tìm hiểu trong phần kết nối LC/MS
3. Bộ phận phân tích khối (đầu dò khối phổ)
Đây là trái tim của máy khối phổ, có nhiệm vụ tách các ion có trị số m/z khác nhau thành

từng phần riêng biệt
Hiện nay, có bốn kiểu đầu dò khối phổ chính đang được sử dụng
Chúng rất khác nhau về thiết kế và thao tác, với những ưu và nhược điểm riêng.
Phân loại: Có 4 kiểu hay dùng
+ Bộ phân tích từ (magnetic)
+ Bộ phân tích tứ cực ( Quadrupole) và Bộ phân tích bãy ion tứ cực (ion trap)
+ Bộ phân tích thời gian bay ( Time of flight - TOF)
+ Đầu dò khối phổ cộng hưởng cyclotron sử dụng phép biến đổi Fourier (Fourier Transform
Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry, FTICR hay FT-MS).
3.1.
•

Bộ phân tích tư

Thiết bị khối phổ hội tụ đơn (bộ hội tụ đơn, khối phổ hình quạt hay lệch từ)


+ Thông thường nhất là dùng thiết bị từ trường hình quạt (sector-field spectrometer) để tách
các ion theo khối lượng
+ Các ion trược khi ra khỏi buồng ion hóa đã được tăng tốc nhờ một điện trường có thế U, đi
qua nam châm hình ống có từ trường H. các ion sẽ chuyển động theo hình vòng cung bán
kính r trong từ trường này. Với r:
r=

2mU
u
H

m H 2r 2
=

e
2U

+ Vậy với giá trị U và H nhất định thì số khối m/z tử lệ với bán kính r. Từ biểu thức nhận
nhận thấy các ion có m/z khác nhau sẽ được tách ra khỏi nhau do r của vòng cung chuyển
động của chúng khác. Máy hội tụ đơn có độ phân giải thấp (1000 – 5000)


* Bộ hội tụ kép:


3.2.
•

Bộ phân tích tứ cực

Thiết bị:

+ Thiết bị khối phổ tứ cực sử dụng 4 thanh tròn đặt song song nhau thành 1 bó. Từng cặp
đối diện tích điện âm hay dương của nguồn điện 1 chiều (DC). Ngoài ra điện tích âm hay
dương của nguồn điện 1 xoay chiều được sử dụng cho cả 2 cặp
+ Cả 2 trường đều không làm tăng tốc độ dòng điện tích dương từ nguồn đi ra nhưng làm
chúng dao động quanh trục trung tâm khi chuyển động và chỉ các ion có số khối nhất
định mới đến bộ phận thu góp. Tần số và thế thay đổi dẫn đến các ion có số khối khác
nhau lần lượt đến bộ phận thu góp


•

Cơ chế

Các ion đi vào từ trường tứ cực theo hướng trục z đồng thời dao động theo hướng trục
x,y dưới ảnh hưởng của một trường điện tần số cao. Chỉ các dao động của các ion có m/z
đặc biệt không tăng lên theo biên độ dao động và có thể đi qua tâm tứ cực dọc theo trục.
các ion khác có biên độ dao động tăng sẽ va đập vào thành các điện cực trước khi có thể
vượt qua các điện cực đi vào detecter. Phương trình tổng quát của phổ tứ cực như sau:

m
V
=K 2 2
e
r f
Trong đó: K là hằng số
V : điện áp tần số cao
R : Khoảng cách 2 điện cực đối nhau
F : Tần số dao động ion

•

Độ phân giải


* Bộ phân tích tứ cực bẫy ion ( Quardrupole ion trap )
+ Bẫy ion tứ cực hoạt động theo nguyên lý của bộ phân tích khối tứ cực; chỉ có một điểm
khác là các ion được lưu giữ và đưa dần ra khỏi bẫy
+ Bằng cách thay đổi thế xoay chiều áp vào các cực, các ion có tỷ sô m/z khác nhau có thể
vượt qua khoảng không đến detecter


3.3.

Bộ phân tích thời gian bay

Phân tích thời gian bay dựa trên sự tăng tốc một nhóm các ion đi đến detecter. Các ion này
đều nhận một năng lượng như nhau thông qua sự gia tăng điện thế. Vì cấc ion đều có một
năng lượng tương tự nhau nhưng mang một khó lượng khác nhau nên chúng tiến đến
detecter ở các thời điểm khác nhau. Những ion nhẹ đến trước vì vận tốc của chúng lớn hơn.
Những ion nặng dến sau do vận tốc của chúng thấp hơn. Vì vậy kỹ thuật phân tích được gọi
là time of fight vì khối lượng xác định thông qua thời gian của ion đến detecter


Phản xạ và tuyến tính
3.4.
•

(Giải hấp, ion hóa, tăng tốc, phân tách, detecter)

Bộ phân tích công hưởng cyclotron ICR

Thiết bị

Bộ phân tích này dung cho máy khối phổ kết hợp với chuyển đổi fourier (cộng hưởng ion
cyclotron chuyển đổi fourier

FT-ICR)

Thiết bị gồm một hệ thống bơm đảm bảo độ chân không cao vào đến bẫy ion – bẫy Penning.
Bẫy được đặt trong 1 từ trường mạnh đồng nhất, được làm lạnh bằng khí nit[ lỏng, nhiệt độ
gần độ không tuyệt đối. Bẫy ion có dạng lập phương 6 mặt tách rời nhau, các cặp bản đối
diện nhau bằng kim loại có chức năng giống nhau. Hai bản (trước và sau) là từ trường B giữ

cho ion chuyển động tròn đều trong bẫy. Hai bản( bên phải và bên trái ) là trường diện RF
kích thích ion. Hai bản (bên trên và bên dưới ) là detecter thu nhận tín hiệu xoay chiều tạo ra
theo thời gian khi ion chuyển động đến gần chúng
•

Nguyên lý hoạt động

Các ion được tạo ra trong buồng ion hóa đi vào bẫy, dưới tác dụng của từ trường , các ion sẽ
chuyển động tròn trên mặt phẳng vuông góc với đường sức từ trường. Các ion nằm trong
bẫy bị kích thích bởi trường điện xoay chiều tần số radio (RF) cho đến khi chúng đến va
chạm với thành bẫy (cộng hưởng). Một dòng xoay chiều tạo ra khi ion chuyển động đến gần
bản detecter được ghi lại theo thời gian. Nhờ chuyển đổi fourier tín hiệu ghi theo thời gian
được chuyển thành tín hiệu ghi theo tốc độ góc. Sau đó hệ chuyển khối sẽ đưa phổ tốc độ
thành phổ khối
-

Độ phân giải:

Kỹ thuật ICR có độ nhạy cao nhất hiện nay và độ phân giải có thể len tới 107
2.2. Bộ phân tích tứ cực


Một số ion có tỷ số m/z xác định cộng hưởng với thế xoay chiều xác đinh có thể đi thẳng
qua khoảng không đến detecter. Trong khi đó các ion khác có quỹ đạo không ổn định, va
chạm với các cực và bị giữ ở lại đó
Bằng cách thay đổi thế xoay chiều áp vào các cực, các ion có tỷ số m/z khác nhau có thể
vượt qua khoảng không để đến detecter
2.3. Bộ phân tích tứ cực chập ba ( triple Quadrupole)

Ba bộ tứ cực nối tiếp nhau

Ở Q1: Các ion được tách
Ở Q2: Với áp suất cao, các ion bị phân ly do va chạm với các khí tơ có mặt như nito, argon,
heli. Bộ Q2 tạo ra phân ly do va chạm chúng bị phân mảnh tiếp tạo ra các ion nhỏ hơn, ion
con (daughter ions)
Ở Q3: Làm nhiệm vụ tách các ion con
2.3. Bộ phân tích thời gian bay (TOF: time of flight)
- Nguyên tắc: Dùng bộ phận gia tốc ion đẩy ion bay tới detecter, đo thời gian bay
Thời gian bay được chuẩn hoá theo tỷ lệ m/z
- Ưu điểm: Độ phân giải rất cao (>10.000)
Độ chính xác rất cao ( ± 2-5mDa)
Nhận xét: Đối với loại bẫy ion, các ion trước hết được bắt hoặc “mắc bẫy” trong một
khoảng thời gian nhất định rồi được phân tích bằng MS hoặc MS/MS. Loại máy này được
sử dụng khá rộng rãi (xét theo những công bố khoa học). Tuy nhiên, chúng có độ chính xác


không cao do chỉ có một số lượng khá hạn chế các ion có thể tích lũy vào tâm điểm trước
khi được tích điện trong không gian, do vậy có thể phản ánh sai lệch sự phân bố và phép đo.
Người ta cũng đã tiến hành cải tiến kỹ thuật trên bằng sự phát triển các bẫy ion “tuyến
tính” hoặc “hai chiều” khi những ion được tập hợp trong một thể tích hình ống lớn hơn bẫy
ion ba chiều truyền thống, cho phép làm tăng độ nhạy, độ phân giải và độ chính xác.
FT-MS bản chất cũng là một loại khối phổ bẫy ion, cho phép bắt những ion dưới độ chân
không sâu trong một từ trường cao. Do được cải tiến và kết hợp cả hai loại máy nên FT-MS
có độ nhạy, độ chính xác và phân giải cao. Tuy nhiên, do vận hành phức tạp và giá thành
quá

cao

nên

chúng

ít

được

sử

dụng

trong

phân

tích

dư

lượng.

Đối với đầu dò khối phổ thời gian bay, tất cả các ion đơn điện tích nào chịu một sai biệt về
thế năng V sẽ đạt một năng lượng chuyển hóa eV (electron volt) như nhau. Vì vậy, những ion
có khối lượng lớn hơn sẽ có vận tốc nhỏ hơn nên mất nhiều thời gian hơn để bay qua cùng
một quãng đường dài trong một ống không có từ trường (field-free flight tube). Các ion, sau
khi được tăng tốc, bay ngang qua vùng không trường, nơi đây chúng sẽ được tách riêng
nhau ra tùy theo giá trị m/z của chúng, và được tập trung tại bộ phận thu nhận tín hiệu. Do
thời gian đến đích của các ion chỉ cách nhau rất ngắn, 10-7 giây, nên máy cần có hệ thống
điện

tử

cực

nhạy

để

có

thể

phân

biệt

được

các

ion.

Đầu dò tứ cực (một hoặc ba tứ cực) có độ nhạy cao trong phân tích định lượng một chất đã
biết, tạo được nhiều phân mảnh trong chế độ MS/MS, có thể làm được kiểu đo mất phân tử
trung hòa (neutral loss), thích hợp cho phân tích vi lượng các chất đã biết trước cấu trúc.
Tuy

nhiên,

đầu

dò

tứ

cực

khó

giải

thích

cơ

chế

phân

mảnh

MS/MS.

Tùy theo mục đích, các nhà nghiên cứu sẽ chọn các kỹ thuật ứng với các máy khối phổ thích
hợp. Ngoài ra, để phát huy những ưu điểm cũng như khắc phục các hạn chế của từng loại
đầu dò, người ta còn ghép nối kết hợp các kỹ thuật với nhau, ví dụ như hệ thống kết hợp
giữa bẫy ion và tứ cực API QTRAP4000 hay QTRAP5500 của hãng Appliedbiosystems,
trong đó, tứ cực thứ ba của hệ ba tứ cực được thay bằng bẫy ion.


- Ứng dụng: Xác định chất mới (xác định công thức)
Yêu cầu xác định khối lượng chính xác

Xác định được táp chất
Đo tỷ lệ các pic đồng vị
Xác định tạp
4. Detecter


Detecter chyển đổi quang dynode


Nhân điện tử


5. Độ phân giải MS
Độ phân gải là khả năng tách 2 số khối liền nhau m và m+∆m. Độ phân giải của m và m+∆m
được tính như sau:
R=

m
∆m

Các máy có R < 1000 được coi là có độ phân giải thấp. R > 10.000 là có độ phân giải cao


Nhân electron ( electron multiplier)
Tác động của một ion lên bề mặt các diot khác để tạo ra các electron ngày càng nhiều
electron 1 – 106
Nhân quang (photomultiplier)
Các electron tạo ra theo cách va chạm với một bề mặt phát quang để tạo ra photon. Các
photon này được thu nhận và và số lượng của chúng tỷ lệ với cường độ tín hiệu

Nhân electron

Nhân quang

6. Trình bày dữ liệu
Khối phổ cho nhiều dạng dữ liệu. Phổ biến nhất là phổ khối, trình bày trên hệ trục : cường
độ tương đối - trị số m/z. Người ta chọn pic có cường độ mạnh nhất được coi là pic cơ bản
coi là 100 để tính cường độ tương đối của các pic còn lại (chế độ TIC)


Dạng TIC (total ion chromatogram)
Dạng SIM ( single ion monitoring)
Dạng MRM ( multiple reaction monitoring)

Selected

Ion

Monitoring

(SIM)

Trong chế độ SIM, đầu dò MS chỉ ghi nhận tín hiệu một số mảnh ion đặc trưng cho
chất cần xác định. Khối phổ SIM chỉ cho tín hiệu của các ion đã được lựa chọn trước
đó, do vậy không thể dùng để nhận danh hay so sánh với các thư viện có sẵn. Đối với
đầu dò khối phổ ba tứ cực, chế độ SIM thường được lựa chọn để khảo sát năng lượng
phân

mảnh

khi

đã

biết

ion

mẹ.

SRM (Selected Reaction Monitoring) và MRM (Multiple Reaction Monitoring)
Đối với khối phổ ba tứ cực, là máy đo khối phổ hai lần liên tiếp (MS-MS), 2 kỹ thuật
ghi phổ có độ nhạy cao thường được sử dụng là SRM và MRM.
SRM: cô lập ion cần chọn, sau đó phân mảnh ion cô lập đó, trong các mảnh ion sinh
ra, cô lập 1 mảnh ion con cần quan tâm và đưa vào đầu dò để phát hiện.
MRM: trên thực tế, do yêu cầu về mặt kỹ thuật đối với phân tích vi lượng nên các ion
con cần quan tâm thường từ 2 trở lên, do vậy kỹ thuật ghi phổ MRM thông dụng hơn
SRM. Đầu tiên, cô lập ion cần chọn (ion mẹ) ở tứ cực thứ nhất, phân mảnh ion cô lập
đó tại tứ cực thứ 2 (thực chất là buồng va chạm) thu được các ion con, cô lập 2 (hoặc
nhiều) ion con cần quan tâm ở tứ cực thứ 3 và đưa vào đầu dò để phát hiện.