PTDC3 Cấu Tạo đầu Do Khối Phổ - 123doc

Mô tả lịch sử, khái niệm và nguyên lý chung cơ chế tạo ion của đầu dò, phân loại đầu dò khối phổ, ưu và nhược điểm của đầu dò. Mô tả lịch sử, khái niệm và nguyên lý chung cơ chế tạo ion của đầu dò, phân loại đầu dò khối phổ, ưu và nhược điểm

DANH SÁCH NHÓM

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 công 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 chuyên dụng là khối phổ kế

Nguồn tạo ion

Một số phương pháp tạo ion trong đầu dò 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 nguyên tử (FAB)

•Ion hóa bằng nhiệt (TI)

Nguồn tạo ion

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)

• 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

• Electron ion hóa được mô tả lần đầu

tiên vào năm 1918 bởi nhà vật lý

người Mỹ gốc Canada Sir Arthur J

Dempster

Khái quát

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)

 Nguyên lý: Dòng khí của mẫu đi vào buồng ion hóa, va chạm với dòng electron chứa năng

lượng cao từ một sợi đốt (catode) chuyển động vuông góc với dòng 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 dòng điện chạy qua nó Các electron được gia tốc đến 70eV ở khu vực giữa dây tóc và lối vào

buồng ion

Cơ chế

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)

Cơ chế

Mẫu vào buồng ion

 bị các e có năng lượng cao

va chạm mạnh theo hướng vuông góc

 mẫu bị mất 1 điện tử

 ion dương ( ion phân tử)

M + e(70eV) M+ + e + e(70eV)

Sau khi bị bắn: mẫu bị mất 1 điện tử

 năng lượng e dư thừa

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)

• 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)

Cơ chế

Ion hóa băng bắn phá điện tử (EI)

Ưu, nhược điểm

 Ưu điểm:

• Vừa cho ion phân tử  biết khối lượng phân tử, vừa cho các mảnh ion con 

giúp dự đoán về cấu trúc

• Độ nhạy cỡ picomol

• Các dữ liệu phổ đã có sẵn (>100000 hợp chất)

 Nhược điểm:

• Mẫu ở thể hơi trước khi vào buồng ion hóa  không áp dụng được với chất

không bền nhiệt hoặc không bay hơi được

• Hợp chất không bền nhiệt, bị phân hủy một phần trước khi ion hóa  phổ

đồ là sản phẩm đã bị phá hủy

• Do bị phân mảnh  ion phân tử có thể rất 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)

• Hợp chất không bền nhiệt, phân cực, có khối lượng phân tử lớn (protein, peptide, nucleotide,

Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)

Cơ chế

Sau khi ra khỏi cột

 mao quản kim loại

 giọt mang điện

Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)

Cơ chế

 Tại quá trình làm giảm kích thước hạt có 2 chế độ bắn phá

[M-Tính acid

nH]n-Ion hóa bằng phun điện tử (ESI)

Ưu, nhược điểm

 Ưu điểm:

• Có khả năng xử lý các mẫu có khối lượng lớn

• Là phương pháp ion hóa mềm nhất có khả năng tạo ra những phức bằng quá trình

cho nhận e trong pha khí

• Thích hợp đê phân tích theo kỹ thuật MS như bẩy ion tứ cực, bộ ba

• Không bị ảnh hưởng của nền mẫu

 Nhược điểm:

• Khó để làm sạch, có xu hướng trở nên quá ô nhiễm có dư lượng từ các thí nghiệm

trước đó

• Không phân tích được nhiều thành phần

• Cần có độ tinh khiết cao

• Những ion đa hóa trị rất dễ bị nhầm lẫn nhất là trong hỗn hợp

Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)

Khái quát

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

• Trong CI ngoài mẫu và khí mang, còn một lượng lớn khí thử đưa vào buồng ion hóa

• Năng lượng thừa không 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)

Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)

Cơ chế

Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)

Ion hóa hóa học (Chemical ionization CI)

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

Ưu, nhược điểm

Ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển (atmospheric pressure chemical ionization – APCI)

Khái quát

• Được sử dụng để phân tích những hợp chất có độ phân cực trung bình, có phân

tử lượng nhỏ, dễ bay hơi.

• Sử dụng chủ yếu với các hợp chất phân cực và không phân cực tương đương

trọng lượng phân tử nhỏ hơn 1500 Da.

Ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển (APCI)

Cơ chế

Mẫu sau khi ra khỏi cột sắc ký

ống mao quản đốt nóng

nhờ khí N2, dd được phun thành dạng sương từ

đầu ra của nguồn APCI

ống thạch anh đun nóng (buồng dung môi hóa

khí)

vùng có áp suất khí quyển

 xảy ra sự ion hóa hóa học nhờ vào que phóng

điện corona.

 có sự trao đổi proton để biến thành ion dương

(M + H)+ vàà̀ trao đổi electron hoặc proton để biến

thành ion âm (M – H)-

Heater

Ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển (APCI)

Ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển (APCI)

Cơ chế

 Corona phóng điện (Corona Discharge): là hiện tượng

điện tại chỗ xảy ra xung quanh điện cực với 1 bán kính

cong thấp khi nó chịu 1 điện áp cao

Nó được tạo nên bởi các thác electron kế tiếp do kết quả

ion hóa không khí theo sau độ khuếch đại cao của trường

điện quanh điện cực

Ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển (APCI)

 Ưu điểm :

• Ion hóa các chất nền hiệu quả

• Giảm đáng kể sự phân hủy nhiệt của các chất phân tích

• Có thể sử dụng một dung môi không phân cực như một chất mang, thay vì một dung môi phân cực

• Cho phép lưu tốc cao điển hình của nòng HPLC tiêu chuẩn (0.2-2.0mL / phút) để được sử dụng trực tiếp, thường không có chuyển đổi phần lớn khối lượng bị lãng phí

Nhược điểm: Không thể sử dụng để phân tích những hợp chất có phân tử lượng lớn.

Ưu, nhược điểm

• Lovelock giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1960

• APPI sử dụng nguồn bức xạ UV để ion hóa mẫu

• APPI có độ nhạy cao hơn ESI or APCI

• Nhiều quá trình ion hóa đòi hỏi năng lượng khoảng 10eV tương ứng

λ=83nm-153nm

• Được sử dụng chủ yếu để phân tích các hợp chất thơm và có nối kép trong phân tử

• Do năng lượng nhỏ hơn nên phổ này chủ yếu cho các ion phân tử và một số

mảnh có số khối lớn

Ion hóa bằng quang năng (APPI)

Khái quát

Ion hóa bằng quang năng (APPI)

 đi qua vùng chứa

các tia proton của

Đèn UV

Khí làm khô

ống mao quản

Ion hóa bằng quang năng (APPI)

Cơ chế

• Tùy thuộc vào đèn UV sử dụng, ta sẽ có được độ chọn lọc thích hợp

• Với những đèn năng lượng thấp sử dụng Kr hoặc Xe, độ chọn lọc sẽ cao hơn

vì chúng chỉ có khả năng ion hóa một số ít các phân tử

• Những đèn có năng lượng cao hơn như Ar hoặc H2 sẽ cho tín hiệu với một

lượng khí lớn hơn

Ưu, nhược điểm

Ion hóa bằng quang năng (APPI)

 Nhược điểm:

• Có thể tạo ra ion từ nền dung môi

• Đòi hỏi nhiệt độ cao (350 - 5000C) cho quá trình hóa hơi  là nguyên nhân phân hủy nhiệt