PTDC3 cấu tạo đầu do khối phổ

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠ CHẾ TẠO ION CỦA
ĐẦU DỊ KHỐI PHỔ

MƠN: PHÂN TÍCH DỤNG CỤ 3


DANH SÁCH NHÓM
HỌ VÀ TÊN

MSSV


NỘI DUNG

SƠ LƯỢC VỀ KHỐI PHỔ

NGUỒN TẠO ION, CƠ CHẾ
VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM


SƠ LƯỢC VỀ KHỐI PHỔ

Khái niệm

Lịch sử

Nguyên lý chung

Khái niệm

•Phương

pháp khối phổ hay phổ khối lượng viết tắt là MS (Mass

Spectrometry), là một phương pháp phân tích cơng cụ quan trọng để phân tích
thành phần và cấu trúc của các hợp chất vô cơ và hữu cơ.


Lịch sử

•
•
•
•

Lần đầu tiên được phát hiện bởi J.J. Thomson năm 1897
Năm 1919, Francis Aston nhận ra khối phổ lần đầu tiên và đo z/m của hợp chất ion.
Đến 1970, khối phổ được kết hợp với đầu dò sắc ký lỏng - LC/MS.
Đồng thời phát triển nhanh chóng trong nhiều kỹ thuật mới như phương pháp bỏ bom nguyên
tử (FAB), phương pháp phun nhiệt (TS), khồi phổ kế tứ cực, khối phổ kế thời gian bay (TOF),
…


Nguyên lý chung

•

Khối phổ là một phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo chính xác
khối lượng phân tử của chất đó dựa trên điện tích ion.

•

Thiết bị chun dụng là khối phổ kế.


Nguồn tạo ion
Một số phương pháp tạo ion trong đầu dị khối phổ:

•Bắn phá điện tử (EI)
•Ion hóa bằng hóa học (CI)
•Ion hóa băng cách phun ion (ESI)
•Ion hóa băng cách phun ion Nano (NanoESI)
•Ion hóa ở áp suất khí quyển (APCI)
•Ion hóa bằng quang năng (APPI)
•Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS)
•Ion hóa bằng bỏ bom ngun tử (FAB)
•Ion hóa bằng nhiệt (TI)


Nguồn tạo ion
Bắn phá điện tử
(EI)

Ion hóa học (CI)

Phun ion (ESI)

Ion hóa học
(APCI)

Ở áp suất khí
quyển

Quang năng
(APPI)


Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)
Khái qt

•

Electron ion hóa được mơ tả lần đầu
tiên vào năm 1918 bởi nhà vật lý
người Mỹ gốc Canada Sir Arthur J.
Dempster.

•
•
•

Là một phương pháp phức tạp và phổ biến.
Hữu ích khi xác định cấu trúc của các hợp chất lạ.
Thích hợp phân tích các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân
tử thấp hơn 600..

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)
Cơ chế

 Nguyên lý: Dịng khí của mẫu đi vào buồng ion hóa,

va chạm với dòng electron chứa năng

lượng cao từ một sợi đốt (catode) chuyển động vng góc với dịng phân tử mẫu.

Điều kiện buồng ion: chân không, 10-5 -10-6 mmHg.
Tạo electron: electron được sản xuất thông qua phát thải thermionic bằng cách đốt nóng dây tóc
có dịng điện chạy qua nó. Các electron được gia tốc đến 70eV ở khu vực giữa dây tóc và lối vào
buồng ion.


Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)
Cơ chế
Sau khi bị bắn: mẫu bị mất 1 điện tử
vào buồng ion
 Mẫu
năng lượng e dư thừa
 bị các e có năng lượng cao
 phân tử tiếp tục bị cắt
va chạm mạnh theo hướng vng góc
 2mẫu
mảnh
có khối
lượng
bị mất

1 điện
tử
 ion
( ion
nhỏdương
hơn (ion
có phân
khối tử)
lượng nhỏ hơn; gốc
+
M + e(70eV) M + e + e(70eV)
tự do, phân tử trung hòa).
+
+
M  [M-X] + X
+
+
M  [M-N] + N


Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)
Cơ chế

•
•

Chỉ một số (khoảng 0.01% ) chất phân tích (M) được ion hóa.
Phần lớn các ion phân tử bị phá thành các mảnh nhỏ hơn ( cation, gốc,
phân tử trung hóa nhỏ hơn).

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)
Ưu, nhược điểm



•
•
•
•
•

Nhược điểm:
Ưu điểm:
Mẫu ở thể hơi trước khi vào buồng ion hóa  khơng áp dụng được với chất
Vừa cho ion phân tử  biết khối lượng phân tử, vừa cho các mảnh ion con 
không bền nhiệt hoặc không bay hơi được.
giúp dự đốn về cấu trúc.
Hợp chất khơng bền nhiệt, bị phân hủy một phần trước khi ion hóa  phổ
Độ
nhạy
picomol
đồ là
sảncỡ
phẩm
đã bị phá hủy.
Cácbịdữ
liệu mảnh
phổ đã có
(>100000

Do
phân
ionsẵn
phân
tử có thểhợp
rất chất).
nhỏ, không xuất hiện trên phổ
đồ  gây nhầm lẫn về khối lượng phân tử của hợp chất phân tích.


Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)
Khái qt

•

Hợp chất khơng bền nhiệt, phân cực, có khối lượng phân tử lớn. (protein, peptide, nucleotide,
polyme,...)

•
•

Có khả năng tạo thành những ion đa điện tích.
Gồm 3 q trình cơ bản:

Tạo các giọt mang

Giảm kích thước, phân

Hình thành pha hơi

điện tích.

nhỏ hạt

các ion.


Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)
Cơ chế
Sau khi ra khỏi cột

 mao quản kim loại
 giọt mang điện
 hóa hơi nhờ dịng khí
nóng + bắn phá của giọt điện
tích cùng dấu

 kích thước các giọt ↓
 pha hơi các ion
 vào bộ phận khối phổ.


Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)



Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)
Cơ chế



Tại q trình làm giảm kích thước hạt có 2 chế độ bắn phá.

Ion âm

Ion dương

Tính bazo

+
[M+H]

[M-H] , [MTính acid

nnH]


Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)
Ưu, nhược điểm

 Nhược
Ưu điểm:

điểm:
• Có khả năng xử lý các mẫu có khối lượng lớn.
• Khó để làm sạch, có xu hướng trở nên q ơ nhiễm có dư lượng từ các thí nghiệm
• Là phương pháp ion hóa mềm nhất có khả năng tạo ra những phức bằng q trình
•
•
•

•
•

trước đó.
cho nhận e trong pha khí.
Khơng phân tích được nhiều thành phần
Thích hợp đê phân tích theo kỹ thuật MS như bẩy ion tứ cực, bộ ba.
Cần có độ tinh khiết cao.
Khơng bị ảnh hưởng của nền mẫu.
Những ion đa hóa trị rất dễ bị nhầm lẫn nhất là trong hỗn hợp.


Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)
Khái qt

•

Là kỹ thuật ion hóa êm diệu hơn so với bắn phá.

•

Trong CI ngồi mẫu và khí mang, cịn một lượng lớn khí thử đưa vào buồng ion hóa.

•

Năng lượng thừa khơng đáng kể  ít bị phân mảnh hơn  nhiều ion mẹ hơn.

•

Có hai cơ chế hình thành ion là ion hóa hóa học dương và ion hóa hóa học âm.

Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)
Cơ chế

Một khí phản ứng

Phân tử mẫu bị ion hóa

P≈1mmHg

P thấp

Va chạm

Va chạm

Va chạm

Điện tử có năng
lượng cao

Tạo ion

Nhiều dạng ion


Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)
Cơ chế

Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)
Cơ chế

 Mơ tả phản ứng:
• Các điện tử có năng lượng lớn ( 70eV)
+
CH4 + e (70eV) → CH4 + e + e (70eV)

•

Do metan ở áp suất cao nên ion hóa phân tử va chạm với phân tử metan khác
CH4 + CH4 ⇾ CH5 + CH3
CH3 + CH4 ⇾ C2H5 + H2

• Khi mẫu vào buồng ion hóa, phân tử của mẫu sẽ bị ion hóa bởi CH5 + ( phổ biến)
+
+
CH5 + M ⇾ MH + CH4


Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)
Ưu, nhược điểm

 Ưu điểm:
• Được lựa chọn khi sử dụng phương pháp ESI khơng cho thấy mũi ion phân tử.
 Nhược điểm:
• Mẫu cần phải hóa thành thể khí → khơng dùng cho chất khó bay hơi hay khơng
bền nhiệt.

• Xuất hiện ion tựa- phân tử → gây nhầm lẫn.