phương pháp phổ kế trọng lượng

NGUYÊ1N TH LAN HIƯƠNG đã nhi t tình hệ ướng dẫẫn góp ý giúp em hoàn thành báo cáo môn h c này... Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí ngành hóa học về ion và chất trung tính trong ch

VI N ĐI NỆ Ệ

-o0o -THIÊT B ĐO Y SINH I Đê tai: Ph ươ ng phap ph kê tr ng l ô o ươ ng

Sinh viên th c hi n: ự ệ

PH M TRUNG KIÊN Ạ MSSV: 20173997

VI TRUNG THÀNH MSSV: 20174214

HỒỒ VI T ANH Ệ MSSV: 20173654

Gi ng viên h ả ướ ng dẫẫn: PGS TS NGUYÊ1N TH LAN H I ƯƠ NG

L p: ớ 124752 - Nhóm : 6

Ha N i, 06/2021 ộ

L I NÓI ĐẦỒU Ờ

Hi n nay, thêế gi i ngày càng phát tri n dẫẫn đêến con ngệ ớ ể ười ngày cẫần nhiêầu nhu cẫầu

m i Trong đó, vi c phẫn tích các thành phẫần h p chẫết là m t trong nh ng yêu ớ ệ ợ ộ ữ cẫầu vô cùng thiêết yêếu và quan tr ng Vi c phẫn tích này đem l i rẫết nhiêầu ý nghĩa ọ ệ ạ

th c tiêẫn vêầ nhiêầu lĩnh v c: môi trự ự ường, y têế,… M t vài ng d ng k đêến đó là: ộ ứ ụ ể tách các chẫết khác nhau ra kh i m t hôẫn h p, xác đ nh tên h p chẫết ho c điêầu ỏ ộ ợ ị ợ ặ chêế các chẫết t hôẫn h p,…ừ ợ

V i mong muôến tìm hi u thêm vêầ vẫến đêầ này, chúng em đã ch n đêầ tài “Ph kêế ớ ể ọ ổ

tr ng lọ ượng” Qua bài t p l n chúng em đã có thêm đậ ớ ược cái nhìn chung vêầ

phương pháp ph kêế tr ng lổ ọ ượng T đó, chúng em hi u rõ h n vêầ nguyên lí, cẫếu ừ ể ơ

t o, cách ho t đ ng cũng nh ng d ng quan tr ng c a máy ph kêế tr ng ạ ạ ộ ư ứ ụ ọ ủ ổ ọ

lượng Qua đó b sung kiêến th c và ng d ng trong th c têế vêầ máy Ph kêế tr ng ổ ứ ứ ụ ự ổ ọ

lượng

Dù rẫết côế gắếng trong vi c tìm hi u tài li u, xong do còn nhiêầu thiêếu sót vêầ kiêến ệ ể ệ

th c c b n nên báo cáo còn rẫết nhiêầu h n chêế Kính mong nh n đứ ơ ả ạ ậ ược nh ng ý ữ kiêến góp ý đ nhóm em hoàn thi n h n Nhóm em xin g i l i c m n chẫn thành ể ệ ơ ử ờ ả ơ

t i ớ PGS.TS NGUYÊ1N TH LAN H I ƯƠ NG đã nhi t tình hệ ướng dẫẫn góp ý giúp em hoàn thành báo cáo môn h c này ọ

Nhóm em xin chẫn thành c m n!ả ơ

M C L C Ụ Ụ

M đầu ở Trang

1) PH ƯƠ NG PHAP KHỒI PH [1] Ô 2

1.1) Khái ni mệ 2

1.2) Khôếi ph kêếổ 2

1.3) Phẫn lo iạ 3

Ph kêế tr ng lổ ọ ượng quyẫ đ o bayạ 3

Ph kêế tr ng lổ ọ ượng th i gian bayờ 4

2) NGUYÊN LÝ VÀ CẦU T O CHUNG C A MAY KHỒI PH Ạ Ủ Ô [2] 6

2.1) Cẫếu t o chung c a máy khôếi phạ ủ ổ 6

Nguôần ion hóa 7

B phẫn tíchộ 9

Ion detector 11

2.2) Nguyên lý c a máy khôếi phủ ổ 11

Nêần t ngả 11

Nguyên lý 12

3) NG D NG C A PH Ứ Ụ Ủ ƯƠ NG PHAP PH KÊ TR NG L Ô Ọ ƯỢ NG [3] 12

3.1) ng d ng trong sinh h c, y têếỨ ụ ọ 12

Xác đ nh thành phẫần protein:ị 12

DANH M C HÌNH NỤ A

Hình 1: Mô hình c b n c a m t khôếi ph kêếơ ả ủ ộ ổ 3

Hình 2: Quang ph kêế t tínhổ ừ 3

Hình 3: Ph kêế tr ng lổ ọ ượng th i gian bayờ 5

Hình 4: S đôầ cẫếu t o đ n gi n c a h thôếng khôếi phơ ạ ơ ả ủ ệ ổ 6

Hình 5: EI (Electron Ionization) 7

Hình 6: CI (Chemical Ionization) 8

Hình 7: ESI (Electrospray Ionization) 8

Hình 8: MALDI – MS 9

Hình 9: B phẫn tích h i t đ nộ ộ ụ ơ 9

Hình 10: B phẫn tích h i t képộ ộ ụ 10

Hình 11: B phẫn tích t c cộ ứ ự 10

Hình 12: B phẫn tích th i gian bayộ ờ 11

1) PH ƯƠ NG PHAP KHỒI PH Ô[ CITATION PGSTS \L 1033 ]

1.1) Khai ni m ệ

Ph ươ ng phap khối ph (Mass spectrometry) ô là m t kyẫ thu t dùng đ đo đ c t ộ ậ ể ạ ỉ

l khôếi lệ ượng trên đi n tích c a ion, dùng trong cách thiêết b chuyên d ng là khôếi ệ ủ ị ụ

ph kêế Kyẫ thu t này có nhiêầu ng d ng gôầm:ổ ậ ứ ụ

Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phân tách riêng của nó

Xác định kết cấu chất đồng vị của cách thành phần trong hợp chất

Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác (phương pháp khối phổ không phải là định lượng)

Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung tính trong chân không)

Xác định các thuộc tính vật lý, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với nhiều hướng tiếp cận khác nhau

1.2) Khối ph kê ô

M t khôếi ph kêế là m t thiêết b dùng cho phộ ổ ộ ị ương pháp ph khôếi, cho ra ph khôếi ổ ổ

l ượng c a m t mẫẫu đ ki m tra thành phẫần c a nó Có th ion hóa mẫẫu và tách ủ ộ ể ể ủ ể các ion c a nó v i các khôếi lủ ớ ượng khác nhau và l u l i thông tin d a vào vi c đo ư ạ ự ệ

đ c cạ ường đ dòng ion ộ

M t khôếi ph kêế thông thộ ổ ường gôầm 3 phẫần: phẫần nguôần ion, phẫần phẫn tích khôếi

lượng, các phẫần đo đ c.ạ

Hình 1: Mô hình c b n c a m t khôối ph kếốơ ả ủ ộ ổ

1.3) Phần lo i a

Ph kếố tr ng lổ ọ ượng quỹỹ đ o baỹạ

Hình 2: Quang ph kếố t tinhổ ư

Mô t ho t đ ng:ả ạ ộ

Dưới tác đ ng c a đi n trộ ủ ệ ư ng gia tôếc có đi n áp U, các ion dờ ệ ư ng có đ ng ơ ộ nắng:

E = qU = v2

v =

Dư i tác d ng c a t trớ ụ ủ ừ ư ng, các ion dờ ư ng chuy n đ ng theo các quyẫ đ o tròn ơ ể ộ ạ bán kính r rôầi h i t trên kính nh hay detector Khi chuy n đ ng quyẫ đ o tròn, ộ ụ ả ể ộ ạ ion ch u tác d ng c a l c hị ụ ủ ự ướng tẫm Fht và l c ly tẫm Fự lt v i:ớ

Fht = B.z.v

Flt = m B.z.v = m =

Ph kếố tr ng lổ ọ ượng th i gian baỹờ

Hình 3: Ph kếố tr ng lổ ọ ượng th i gian baỹờ

Mô t ho t đ ng:ả ạ ộ

Bước 1: Các phẫn t đử ược ion hóa bắầng nguôần ion (ion source) v i v n tôếcớ ậ

Bước 2: các ion được chuy n qua m t quadrupole mass filter có đ dài là Lể ộ ộ sau đó đêến c c colectorự

Bước 3: th i gian t=L/v => ờ

2) NGUYÊN LÝ VÀ CẦU T O CHUNG C A MAY KHỒI PH Ạ Ủ Ô [ CITATION TL

\L 1033 ]

2.1) Cầu t o chung c a may khối ph a ủ ô

Hình 4: S đô$ câốu t o đ n gi n c a h thôống khôối phơ ạ ơ ả ủ ê ổ

Gôầm bôến khôếi ch c nắng chínhứ :

Hệ thống nạp mẫu

Buồng ion hóa

Bộ phân tích

Bộ ghi tín hiệu

Môẫi khôếi đêầu mang m t ch c nắng quan tr ng khác nhau, nh ng quan tr ng nhẫếtộ ứ ọ ư ọ trong các khôếi – qu tim c a máy khôếi ph là b ph n phẫn ly các ion thành t ng ả ủ ổ ộ ậ ừ phẫần

Nguô$n ion hóa

◦EI (Electron Ionization) : Gia tôếc các đi n t sinh ra t vi c nung nóng dẫy ệ ử ừ ệ kim lo i, gia tôếc đ va cham v i h p chẫết t o ra m ng ion.ạ ể ớ ợ ạ ả

Hình 5: EI (Electron Ionization)

◦CI (Chemical Ionization) : Ngoài khí mang, m t lộ ượng khí th đử ượ ưc đ a vào buôầng Sau khi kích thích, ion th ph n ng v i mẫẫu đ t o ra ion mẫẫu.ử ả ứ ớ ể ạ

Hình 6: CI (Chemical Ionization)

◦ESI (Electrospray Ionization): Dung d ch mẫẫu đi vào vùng đi n áp cao Dung ị ệ

d ch phun dị ướ ại d ng s ương, d ưới tác đ ng c a tích đi n seẫ v ra liên t c cuôếiộ ủ ệ ỡ ụ cùng t o ra các ion mẫẫu đạ ược tích đi n.ệ

Hình 7: ESI (Electrospraỹ Ionization)

◦MALDI – MS : S d ng chẫết nêần v i lử ụ ớ ượng phẫn t l n, sau đôế chiêếu x ử ớ ạ bắầng laser dẫẫn đêến s hóa h i, t o ra s trao đ i proton dẫẫn t i t o ra ion cẫầnự ơ ạ ự ổ ớ ạ

kh o sát.ả

Hình 8: MALDI – MS

B phân tichộ

B phẫn tích là tính nắng đ c tr ng c a t ng lo i máy khôếi ph ộ ặ ư ủ ừ ạ ổ

◦B phẫn tích h i t đ n: S d ng t trộ ộ ụ ơ ử ụ ừ ường đ điêầu khi n quyẫ đ o bay ể ể ạ theo khôếi lượng

Hình 9: B phân tich h i t đ nộ ộ ụ ơ

◦B phẫn tích h i t kép: Các ion trộ ộ ụ ước khi đi qua t trừ ường qu t seẫ đi qua ạ

m t đi n trộ ệ ường tĩnh đ tách bi t v i nhau ể ệ ớ

Hình 10: B phân tich h i t képộ ộ ụ

◦B phẫn tích t c c: Không s d ng t trộ ứ ự ử ụ ừ ường mà s d ng đôầng th i đi n ử ụ ờ ệ

áp m t chiêầu và xoay chiêầu đ t vào 4 thanh tròn g i là c c.ộ ặ ọ ự

Hình 11: B phân tich t c cộ ứ ự

◦B phẫn tích th i gian bay: Th i gian bay c a ion t nguôần đêến detector t ộ ờ ờ ủ ừ ỉ

l v i t l sôế khôếi m/e.ệ ớ ỉ ệ

Hình 12: B phân tich th i gian baỹộ ờ Ion detector

◦Faraday cup: Khi có ion đ p vào bêầ m t dynode, các electron đậ ặ ượ ức b c ra

t o điêầu ki n cho dòng đi n hình thành.ạ ệ ệ

◦Photomultiplier Dynode: Các ion đ p vào mang phospho thay vì đ p vào ậ ậ dynode t o ra photon và tắng lên theo cẫếp sôế nhẫn Lạ ượng photon được chuy n hóa thành dòng đi n nh nguyên lý quang đi n đ đ nh lể ệ ư ệ ể ị ượng ion

◦Electron Multiplier: Các ion đ p vào dynode b c ra electron và tiêếp t c đ p ậ ứ ụ ậ vào các l p tiêếp theo đ t o thành dòng đ l n.ớ ể ạ ủ ớ

◦Array detector: S v i b phẫn tích Td ngime-of-Flight, multichannel ử ớ ộ ụ

2.2) Nguyên lý c a may khối ph ủ ô

Nế$n t ngả

Chuyển các hợp chất chưa biết sang trạng thái ion

Sử dụng sự khác nhau trong khối lượng phần tử trong từng thành phần của hợp chất

Sử dụng tác động của điện từ trường và các định luật vật lý để phân tách ion Gia tốc hạt và điều hướng di chuyển các ion và thu về bằng các đầu đọc điện tử Nguỹến lý

Ion hóa: Các mẫu được ion hóa ở các trạng thái điện tích khác nhau và đưa vào buồng gia tốc

Phân tích: Các mẫu ion sẽ được phân tách dựa trên sự khác biệt về khối lượng phân

tử dưới sự tác động của điện từ trường

Detector: Khối phổ sẽ phân tách và xác định các chất hóa học nằm trong mẫu bằng thông qua các đầu dò điện tử

Hiện thị: Thông tin tạo ra được phân tích và lưu trữ việc đo đạc cường độ dòng ion trong PC

3) NG D NG C A PH Ứ Ụ Ủ ƯƠ NG PHAP PH KÊ TR NG Ô Ọ

L ƯỢ NG [ CITATION VOE \L 1033 ]

3.1) ng d ng trong sinh h c, y tê Ứ ụ o

Xác đ nh thành phâ$n protein:ị

Protein mà các nhà nghiên c u sinh h c quan tẫm thứ ọ ường là s kêết h p ph c t p ự ợ ứ ạ

c a nhiêầu protein và phẫn t khác nhau, cùng tôần t i trong m t môi trủ ử ạ ộ ường sinh

h c Điêầu này đ t ra hai vẫến đêầ chính:ọ ặ

◦Th nhẫết, hai kĩ thu t ion hóa dùng cho các phẫn t l n ch làm vi c tôết khi ứ ậ ử ớ ỉ ệ

mà hôẫn h p t các thành phẫần có cẫếu t o gẫần giôếng, trong khi trong các mẫẫu ợ ừ ạ sinh h c, các protein khác nhau thọ ường là có lượng khác bi t nhau l n.ệ ớ Khôếi

Ph c a nêếu hôẫn h p đổ ủ ợ ược ion hóa dùng phương pháp phun ion (ESI) hay MALDI, thì nh ng protein d ng mà d th a nhiêầu có xu hữ ạ ư ừ ướng gi m tín hi u ả ệ

so v i nh ng cái ít d th a h n ớ ữ ư ừ ơ

◦Vẫến đêầ th hai, quang ph khôếi t hôẫn h p ph c t p là rẫết khó đ nghiên ứ ổ ừ ợ ứ ạ ể

c u do có quá nhiêầu thành phẫần ph c h p Đó là vì v i tác đ ng c a enzym, ứ ứ ợ ớ ộ ủ

m t protein t o ra hàng lo t s n ph m peptit gi i quyêết vẫến đêầ này.ộ ạ ạ ả ẩ ả

Hai phương pháp đượ ử ục s d ng r ng rãi đ phẫn m nh protein, hay các s n ộ ể ả ả

ph m peptit t s tác đ ng c a enzyme:ẩ ừ ự ộ ủ

◦ Ph ương pháp đẫầu tiên seẫ phẫn m nh toàn b protein và đả ộ ượ ọc g i là đi n ệ chuy n gel hai chiêầu (2-DE: two-dimensional gel electrophoresis).ể

◦ Phương pháp th hai, ghi sắếc l ng hi u nắng cao (HPLC) đứ ỏ ệ ược dùng v i cácớ phẫn m nh peptit sau khi protein phẫn tách b i tác đ ng c a enzym Trong ả ở ộ ủ

m t sôế tình huôếng, có th cẫần ph i kêết h p c hai phộ ể ả ợ ả ương pháp Các vêết gel

được xác đ nh trên 2D Gel thị ường là thu c vêầ m t protein Nêếu cẫần biêết đ nh ộ ộ ị danh c a protein đó, thì có th xem xét vêết gel đó Khôếi peptit kêết qu t tác ủ ể ả ừ

đ ng c a enzym lên protein có th độ ủ ể ược xác đ nh bắầng khôếi ph dùng lẫếy dẫếu ị ổ khôếi peptit Nêếu thông tin này không cho phép xác đ nh danh tính c a protein ị ủ

m t cách chính xác, các peptit c a nó có th xem là thu c vêầ đo ph khôếi ộ ủ ể ộ ổ tandem

Vi c xác đ nh đ c tính c a hôẫn h p protein dùng HPLC/MS còn đệ ị ặ ủ ợ ượ ọc g i là shotgun proteomics và mudpit M t hôẫn h p là kêết qu c a s tác đ ng c a ộ ợ ả ủ ự ộ ủ enzym lên hôẫn h p protein seẫ đợ ược phẫn m nh theo m t hay hai bả ộ ước bắầng ghisắếc l ng Chẫết tách r a t giai đo n ghi sắếc có th ho c là tr c tiêếp đ a vào ỏ ử ừ ạ ể ặ ự ư máy đo ph khôếi thông qua ion hóa phun đi n t (ESI), hay tách ra thành m t ổ ệ ử ộ

lo t các vêết nh đ s d ng sau này trong phẫn tích khôếi bắầng MALDI.ạ ỏ ể ử ụ

Có 2 cách chính trong khôếi ph đ lẫếy mẫẫu protein:ổ ể

◦Lẫếy mẫẫu khôếi peptit (PMF)

◦Tandem MS

Lẫếy dẫếu khôếi peptit (PMF): dùng khôếi c a các peptit đã phẫn gi i làm đẫầu vào đ ủ ả ể tìm kiêếm trong CSDL c a các khôếi đã biêết trủ ướ ừc t danh sách các protein đã biêết Nêếu m t chuôẫi protein trong danh sách tham kh o trùng kh p v i giá tr th ộ ả ớ ớ ị ử nghi m thì có lí do đ tin rắầng protein đó có tôần t i trong mẫẫu gôếc.ệ ể ạ

Tandem MS: đang tr thành m t phở ộ ương pháp th nghi m ph biêến đ xác ử ệ ổ ể

đ nh protein Phẫn ly do va ch m (CID) đị ạ ược dùng trong các ng d ng chính đ ứ ụ ể

kh i t o m t t p các phẫn m nh t m t ion peptit c th Quá trình phẫn tách ở ạ ộ ậ ả ừ ộ ụ ể

ch yêếu d a vào các chêế ph m phẫn tách đ b gãy liên kêết peptit Vì s đ n ủ ự ẩ ể ẻ ự ơ

gi n c a vi c phẫn tách này, nó có th dùng khôếi c a các phẫn m nh quan sát ả ủ ệ ể ủ ả

đượ ểc đ so trùng CSDL c a các khôếi đã biêết v i m t hay nhiêầu chuôẫi peptit.ủ ớ ộ

Kêt lu n ậ

Sau m t th i gian tìm hi u thì nhóm đã có nh ng thu ho ch đáng k vêầ m t kiêến ộ ờ ể ữ ạ ể ặ

th c Các b n trong nhóm đã hi u đứ ạ ể ược vêầ ph kêế tr ng lổ ọ ượng cũng nh ng ư ứ

d ng c a ph kêế trong đ i sôếng ụ ủ ổ ờ

Nhìn chung, phẫần làm vi c c a nhóm trong phẫần l n th i gian là tệ ủ ớ ờ ương đôếi thành công, m c dù có nhiêầu h n chêế và thiêếu sót Vì v y, rẫết mong s đóng góp ý kiêến ặ ạ ậ ự

c a thẫầy đ đêầ tài đủ ể ược hoàn thi n h n Chúng em xin chẫn thành c m n!ệ ơ ả ơ

Tai li u tham kh o ệ ả

[1] PGS.TS Nguyêẫn Th Lan Hị ương, "Ph kêế tr ng lổ ọ ượng," in Slide thiếốt b đo ỹ ị sinh và môi trường

[2] "Tài li u," [Online] Available: https://text.xemtailieu.com/tai-lieu/bai-ệ giang-phuong-phap-pho-khoi-luong-859550.html?

fbclid=IwAR2jKu6uJfxRDZeXo7vY-dRTCUdSLhPV6l_cy5HunfsTI3puHM79Wu5aeA4

[3] "Voer," [Online] Available: https://voer.edu.vn/m/phuong-phap-pho-khoi-

luong/cae418a4?fbclid=IwAR2twv2v2Pf5bAB9djjrcViPsuLjd-2aNQSn7hb1hqZjo6Ps1Y-r6eh-A5o