2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA GC-MS - Tài Liệu Text - 123doc

1. Trang chủ >
2. Khoa học tự nhiên >
3. Hóa học >

2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA GC-MS

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.18 MB, 37 trang )

Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa họcTrên sắc ký đồ nhận được, sẽ có các tín hiệu ứng với các cấu tửđược tách gọi là peak. Thời gian lưu của peak là đại lượng đặctrưng cho chất cần tách. Còn diện tích của peak là thước đo địnhlượng cho từng chất trong hỗn hợp cần nghiên cứu.1.2.2 Khối phổ (MS):Khối phổ được dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấutrúc của nó. Hãy tưởng tượng đến một bộ đồ chơi ghép hình. Nếuchẳng may bạn đánh rơi bộ đồ chơi này xuống nền nhà, khi đó mộtsố mảnh ghép bị văng ra trong khi một số khác vẫn dính với nhau.Xem xét lại các mảnh này bạn có thể tưởng tượng ra được hìnhảnh cần ghép. Đây cũng chính là nguyên lý của Khối phổ.1.2.2.1 Nguồn Ion (ion source): Sau khi đi qua cột sắc kí khí, các hóa chất tiếp tụcđi vào pha khối phổ. Các phân tử phải đi qua một luồng electrons và vì vậychúng có thể bị chia thành các mảnh nhỏ hơn và tích điện dương. Các mảnhnày được gọi là ion. Điều này là quan trọng bởi vì các hạt cần ở trạng tháitích điện thì mới đi qua được bộ lọc.1.2.2.2 Bộ lọc (Filter): Khi các ion di chuyển trong bộ phận khối phổ, dựa trênkhối lượng mà chúng được sàng lọc bởi một trường điện từ. Bộ lọc này cókhả năng lựa chọn, tức là chỉ cho phép các hạt có khối lượng nằm trongmột giới hạn nhất định đi qua.1.2.2.3 Bộ cảm biến (detector): Thiết bị cảm biến có nhiệm vụ đếm số lượng cáchạt có cùng khối lượng. Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính.Tại đây các phép tính được thực hiện và xuất ra kết quả gọi là khối phổ(mass spectrum). Khối phổ là một biểu đồ phản ánh số lượng các ion vớicác khối lượng khác nhau đã đi qua bộ lọc.1.2.3 So sánh giữa phương pháp sắc ký và phương pháp khối phổ1.2.3.1 Những đặc tính chung :• Mẫu được nghiên cứu trong trạng thái khí.• Cả hai phương pháp đều có độ nhạy cao.• Tốc độ phân tích của cả hai phương pháp tương tự nhau.GVHD: Đặng Văn Sử7Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa học1.2.3.2 Sự khác biệt duy nhất giữa hai phương pháp này: là trong cột sắc ký luôntồn tại một áp suất lớn hơn áp suất môi trường, trong khi đó buồng ion củamáy khối phổ lại hoạt động ở một chân không cao (khoảng 10-6mmHg).Để có thể ghép nối giữa cột sắc ký và buồng ion, giữa hai thiết bị này cómột bộ phận dùng để tách khí mang (thường là helium) trước khi vàobuồng ion hóa. Nhờ đó mà độ chân không của nguồn ion không bị ảnhhưởng. Toàn bộ hệ thống GC/MS được nối với máy tính để điều khiển tựđộng, xử lý số liệu, lưu trữ và ghi phổ. Phổ MS ghi được sẽ được so sánhvới các phổ MS chuẩn chứa trong thư viện máy tính, nhờ đó mà xác địnhđược các chất có trong mẫu. Thư viện phổ cần phải có nhiều phổ chuẩn đểtăng độ chính xác cho sự dò tìm và so sánh.1.2.3.3 Những ưu điểm của phương pháp GC/MS :• Lượng mẫu cần phân tích nhỏ.• Nghiên cứu được các hợp chất không bền.• Tiến hành tốt việc tách và nhận biết đồng thời hỗn hợpnhiều cấu tử.1.2.3.4 Nhược điểm của phương pháp là không phân tách được các chất có trọnglượng phân tử cao, có nhiệt độ bay hơi cao.GVHD: Đặng Văn Sử8Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa học1.2.4 Nguyên Tắc Hoạt Động Máy Sắc Ký Khí Ghép Khối Phổ (GC/MS)Khối phổ kế hoạt động như một máy dò cho sắc ký khí. Chất phântích được bơm vào cửa tiêm của sắc kí khí.Hình 1.1 GC Column/MS Interface (1)Nhiệt độ ở cửa tiêm mẫu được nâng lên 3000C để mẫu trở thànhdạng khí. Các mao mạch dẫn trực tiếp chúng vào nguồn ion hóa .GVHD: Đặng Văn Sử9Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa họcCơ sở của phương pháp MS đối với các hợp chất hữu cơ là sự bắnphá các phân tử trung hòa thành các ion phân tử mang điện tíchdương hoặc phá vỡ các mảnh ion, các gốc theo sơ đồ sau bằng cácphần tử mang năng lượng cao.Hình 1.2 GC Column/MS Interface (2)Hình 1.3 Ionization Chamber (1)Hình 1.4 Ionization Chamber (2)Năng lượng bắn phá phân tử thành ion phân tử khoảng 10eV, sựphá vỡ này phụ thuộc cấu tạo chất, phương pháp và năng lượngbắn phá quá trình ion hóa. Ion phân tử có số khối (m/e) ký hiệu làM+ Có nhiều phương pháp ion hóa khác nhau như va chạmGVHD: Đặng Văn Sử10Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa họcelectron, ion hóa photon, ion hóa trường, bắn phá ion, bắn phánguyên tử nhanh .Hình 1.5 Ionization Chamber (2)DC và RF (x / y) được sử dụng để tách biệt các ion đi qua một ốngsơ tán cao. Các mảnh khối lượng của một chất phân tích đi qua, tạimột thời điểm quét nếu chúng phù hợp với x / y thì cho phép mảnhkhối lượng đi vào máy dò khối phổ. Thời gian của toàn bộ một lầnquét từ m / z thấp đến m/z cao, ví dụ: khoảng 0,6 giây. Và phạm vim/z có thể được điều chỉnh bởi các nhà phân tích. Những mảnh bịloại được hút ra bằng hệ thống chân không và do đó cường độ tínhiệu của những mảnh đó trong quá trình quét không có mặt trongphổ. Quá trình quét MS xảy ra rất nhanh chóng.GVHD: Đặng Văn Sử11Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa họcCác ion ra khỏi bộ phân tách có cường độ nhỏ ( cỡ nano ampe)nên được khuếch đại để phát hiện. Một trong những thiết bị này làmáy nhận e, nó tạo ra các ion thứ cấp khi có ion ban đầu đập vàobề mặt kim loại. Độ khuếch đại khoảng 106 khi sử dụng 16 đi ốpHình 1.6 Mas DetectorHình 1.7 ScanGVHD: Đặng Văn Sử12Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa họcCác tín hiệu từ bộ khuếch đại truyền ra được nạp vào nhớ máy tínhvà sử lý kết quả và đưa ra màn hình, các phổ được biểu diễn dướidạng (%B) đỉnh cao nhất ứng với 100% , các đỉnh khác nhỏ hơnGVHD: Đặng Văn Sử13Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCM1.2.5Khoa Công nghệ kỹ thuật hóa họcSơ đồ thiết bị GC/MSHình 1.7: Sơ đồ thiết bị GC/MSGVHD: Đặng Văn Sử14Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa học1.3 VAI TRÒ GC-MS1.3.1 Phân tách: GC-MS có thể phân tách các hỗn hợp hóa chất phức tạp trongkhông khí hay trong nước. Có thể hình dung điều này như một cuộc chạyđua. Tất cả các vận động viên cùng xuất phái tại 1 thời điểm nhưng ngườinào chạy nhanh hơn sẽ về đích trước. Ở đây, tốc độ được quyết định bởitính bay hơi. Chất nào có tính bay hơi cao sẽ di chuyển nhanh hơn chất cótính bay hơi thấp.1.3.2 Định lượng: GC-MS có thể định lượng một chất bằng cách so sánh vớimẫu chuẩn, là chất biết trước và đã được định lượng chuẩn bằng GC-MS.1.3.3 Nhận dạng: Nếu trong mẫu có một chất lạ xuất hiện, khối phổ có thể nhậndạng cấu trúc hóa học độc nhất của nó (giống như dấu vân tay của 1người). Cấu trúc của chất này sau đó được so sánh với một thư viện cấutrúc của các chất đã biết. Nếu không tìm được chất tương ứng trong thưviện thì nhà nghiên cứu có thể dựa trên cấu trúc mới tìm được để phát triểncác ý tưởng về cấu trúc hóa học. Nói cách khác, nhà nghiên cứu thu đượcmột dữ liệu mới và có thể đóng góp vào thư viện cấu trúc nói trên sau khitiến hành thêm các biện pháp để xác định được chính xác loại hợp chất mớinày.GVHD: Đặng Văn Sử15Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa học1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ION HOÁCác phân tử ở dạng khí phải được ion hóa bằng các phương pháp thích hợp.1.4.1 Phương pháp va chạm electron (Electron impact - EI):Phương pháp phổ biến, dòng khí của mẫu đi vào buồng ionhóa, va chạm với dòng electron từ một sợi đốt (catod)chuyển động vuông góc với dòng phân tử mẫu. Áp suấtbuồng ion hóa đạt 0,005 torr,t° = 200 ± 0,25 °C. Các e vachạm với phân tử trung hoà tạo các mảnh ion, mảnh gốc hayphân tử trung hòa nhỏ. Sau đó các ion đi qua một điệntrường 400 – 4000V để tăng tốc, vận tốc ion tỷ lệ với khốilượng của chúng.1.4.2 Phương pháp ion hóa hóa học (chemical ionization - CI):Ion hóa hóa học là cho dòng phân tử khí va chạm với mộtdòng ion dương hoặc âm để biến phân tử trung hòa thànhion phân tử hay ion mảnh. Dòng ion này được hình thành từphân tử dạng khí H2, CH4, H2O, CH3OH, NH3… qua sự ionhóa như bắn phá chúng bằng dòng electron mang nănglượng cao. Mỗi phân tử dạng khí có thể tạo ra các ion dươngkhác nhau làm tác nhân trong ion hóa hóa1.4.3 Phương pháp ion hóa trường (field ionization):- Sử dụng điện trường mạnh để làm bật ra e từ phân tử.Với bề mặt kim loại anod có hình nhọn hay sợi mỏng vàdưới chân không cao (10-6 torr) sẽ phát sinh lực tĩnh điệnđủ làm bật e ra khỏi phân tử mà không đòi hỏi năng lượngquá dư.- Trong phương pháp ion hóa trường, nguồn ion được tạo ranhờ một kim nhỏ có d = vài µm làm anod gắn ngay trướckhe vào buồng ion hóa, khe vào chính là catod, còn có khehội tụ để tập trung nguồn ion.1.4.4Phương pháp ion hóa photon:- Nhiều quá trình ion hóa đòi hỏi năng lượng từ 10eVtương ứng với các photon có bước sóng khoảng 83 –155nm nằm trong vùng tử ngoại chân không do đó có thểthực hiện quá trình va chạm photon.- Khối phổ đạt đƣợc cũng tương tự phương pháp va chạmelectron. Do năng lượng nhỏ hơn nên phổ này chủ yếu choion phân tử và một số mảnh có số khối lớn tượng tựphương pháp ion hóa trường.GVHD: Đặng Văn Sử16Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP. HCMKhoa Công nghệ kỹ thuật hóa học- Người ta cũng sử dụng nguồn laser làm nguồn ion hóa, đólà nguồn đơn sắc (laser rubi) mang năng lượng cao.GVHD: Đặng Văn Sử17

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• TÌM HIỂU THIÊT bị GCMS và ỨNG DỤNG THỰC TIỄN
  • 37
  • 2,914
  • 13
• CA HUẾU TRÊN SÔNG HƯƠNG
  • 0
  • 8
  • 0
• A NHAC 7
  • 0
  • 5
  • 0
• Đề Thi Toán 7 HKI
  • 0
  • 5
  • 0
• dinh ly pitago
  • 0
  • 8
  • 0
• Cai dat may in dung chung
  • 0
  • 6
  • 0

Tải bản đầy đủ (.docx) (37 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.84 MB) - TÌM HIỂU THIÊT bị GCMS và ỨNG DỤNG THỰC TIỄN-37 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×