Phương pháp phổ khối lượng (Mass Spectrometry - MS)

Hàng loạt các nghiên cứu về phương pháp phổ khối lượng như cơ chế và kỹ thuật ion hoá, thiết bị phân tích phổ khối và các ứng dụng của phương pháp phổ khối lượng trong các lĩnh vực hoá

A Lý thuyết

Phương pháp phổ khối lượng (Mass Spectrometry - MS) là một phương pháp phân tích

dụng cụ quan trọng trong phân tích thành phần và cấu trúc các 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 Năm 1913, F.W Aston (nhà bác học đạt giải Nobel năm 1922 cho các nghiên cứu đồng vị) đã nghiên cứu thấy khí neon tự nhiên gồm

2 loại có khối lượng nguyên tử khác nhau (isotope) là 20 và 22 (g/mol) Hàng loạt các nghiên

cứu về phương pháp phổ khối lượng như cơ chế và kỹ thuật ion hoá, thiết bị phân tích phổ khối và các ứng dụng của phương pháp phổ khối lượng trong các lĩnh vực hoá học, vật lý, sinh học, …đã được thực hiện như máy GC/MS ra đời những năm 1950, máy HPLC/MS được phát minh những năm 1970…

Ngày nay, phương pháp phân tích phổ khối lượng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành với các ứng dụng chính như: Xác định khối lượng, cấu trúc phân tử; Nhận dạng, định danh và cấu trúc chuỗi peptip, protein; Nghiên cứu đồng vị; Định tính, định lượng các chất nồng độ vết và vi lượng trong các mẫu sinh học, thực phẩm, nông thuỷ sản, môi trường

1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp khối phổ

- Phương pháp phổ khối lượng là một kỹ thuật đo trực tiếp tỷ số khối lượng và điện tích của ion (m/z) được tạo thành trong pha khí từ phân tử hoặc nguyên tử của mẫu Tỷ số này

được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (Atomic mass unit) hoặc bằng Dalton 1 amu

= 1 Da và bằng khối lượng của nguyên tử hydro

Sơ đồ cấu tạo thiết bị khối phổ kế

(mass spectrometer)

Thí nghiệm xác định đồng vị Neon của F.W Aston năm 1913

- Các ion được tạo thành trong buồng ion hóa, được gia tốc và tách riêng nhờ bộ phận phân tích khối trước khi đến bộ phận phát hiện (detector) Quá trình phân tích khối và phát hiện được thực hiện trong môi trường chân không (áp suất khoảng 10-5 đến 10-8 Torr)

- Đối với các hợp chất hữu cơ: Cơ sở của phương pháp MS là sự ion hoá phân tử trung hoà thành các ion phân tử mang điện tích hoặc sự bắn phá, phá vỡ cấu trúc phân mảnh phân tử trung hoà thành các mảnh ion, các gốc mang điện tích (có khối lượng nhỏ hơn) bằng các phần

tử mang năng lượng cao theo sơ đồ sau:

+ Ion hoá phân tử trung hoà thành các ion phân tử mang điện tích:

ABCD + e Æ ABCD+ + 2e (> 95%)

Æ ABCD2+ + 3e

Æ ABCD+ Phân mảnh phân tử trung hoà thành các mảnh ion, các gốc mang điện tích:

-ABCD + e* Æ ABn+ + C + D

m-Sự phân mảnh phân tử trung hoà thành các mảnh ion, các gốc mang điện tích tuân theo định luật bảo toàn khối lượng Năng lượng bắn phá (năng lượng ion hoá) là một yếu tố quyết định sự phân mảnh các hợp chất Khi năng lượng bắn phá mẫu (khoảng 10eV) bằng với năng lượng ion hóa phân tử sẽ gây nên sự ion hóa phân tử Nếu năng lượng ion hóa tăng lên (30-50eV) sẽ bẻ gẫy một số liên kết trong phân tử, tạo ra nhiều mảnh Đó là các ion hoặc phân tử trung hòa có khối lượng bé hơn

Quá trình phân mảnh đặc trưng cho cấu trúc của phân tử và chỉ ra sự có mặt của những nhóm chức đặc thù, cung cấp cho người phân tích những thông tin hữu ích về cấu tạo hoặc nhận dạng của chất phân tích Quá trình phân mảnh là cơ sở giúp ta biện giải phổ, nhận dạng hoặc khẳng định cấu trúc của chất phân tích

2 Cấu tạo và nguyên lý vận hành của một phổ kế và phổ kế kết nối HPLC

Sơ đồ khối cấu tạo các bộ phận của một khối phổ kế Một khối phổ kế bao gồm các phộ phận chính: Bộ nạp mẫu – đưa mẫu vào (inlet), Bộ nguồn ion hoá (ion source), bộ phân tích khối (mass analyzer), bộ phát hiện ion (detector) và ghi/ xử

lý số liệu (data system)

chuyên dụng (Φ # 1mm), gắn trên thanh đốt được đưa vào buồng chân không Sau khi hút chân không, cối đựng mẫu được làm nguội và đưa vào buồng ion hoá, ở đâu nó được đốt nóng

từ từ cho đến khi bay hơi

Sự ra đời của các kỹ thuật ion hoá tiên tiến (ion hoá mềm) như ion hoá bằng chùm tia laser hay phản hấp thụ/ ion hoá mẫu bằng chùm tia laser (MALDI - Matrix-assisted laser desorption/ionization) hoặc bắn phá nhanh nguyên tử (FAB - fast atom bombardment), quá trình nạp mẫu của các chất rắn không cần phải sử dụng các cối chuyên dụng và tương tự như quá trình nạp mẫu đối với chất khí và lỏng

Do quá trình nạp mẫu từ áp suất thường (760mmHg) vào buồng chân không cao (10

-5-10-8 Torr) phải không được ngắt chân không của bộ phận phân tích khối (mass analyzer) và phát hiện (detector) nên bộ phận nạp mẫu cũng như nguồn ion hoá của GC/MS và LC/MS có

khác biệt:

− Với GC/MS, đầu ra của GC có thể được đưa trực tiếp vào nguồn ion hoá của khối phổ

kế và nguồn ion hoá được gắn liền với thiết bị phân tích khối Giao diện kết nối giữa GC vào

MS tương đối đơn giản

Sơ đồ khối cấu tạo thiết bị GC/MS-MS (kiểu tứ cực chập ba)

− Với LC/MS, đầu ra của LC là dòng dung môi pha động nếu đưa trực tiếp và toàn bộ dòng dung môi vào khối phổ kế sẽ làm giảm chân không ảnh hưởng đến độ nhạy và vận hành của thiết bị Mặt khác, khi đó các ion có trong thành phần dòng dung môi dễ dàng va chạm với các phân tử, nguyên tử trung hòa làm lệch hướng di chuyển, và bị bơm chân không của khối phổ kế hút thải ra ngoài Do vậy, quá trình nạp mẫu từ LC vào MS thường phải có các giao diện ghép nối phù hợp (đai chuyển, chia dòng, phun sương,…) Một ghép nối LC/MS cần có các đặc tính: Cho phép chuyển mẫu hiệu quả và chính xác từ LC sang MS mà không làm phá hủy hay mất chất phân tích, loại bớt dung môi rửa giải, giảm pha loãng mẫu và làm mất chất phân tích; cho phép nhiều lựa chọn phương pháp cho LC và điều kiện vận hành cho MS; dễ dàng bảo dưỡng và vận hành; thời gian lưu của píc sắc kí đồng nhất và giảm thiểu tối

đa sự doãng píc Với thiết bị LC/MS, bộ phận ion hoá sẽ được thiết kế phù hợp với giao diện

kết nối LC với MS và thường được đặt ở phía ngoài MS (vùng áp suất giảm) Dòng ion hình thành ở nguồn ion đi vào thiết bị phân tích khối (vùng chân không) thông qua các hệ thống mao quản kết nối

Sơ đồ khối cấu tạo thiết bị LC/MS-MS (nguồn ion hoá kiểu ESI – kết nối phun sương)

Giao diện kết nối đai chuyển (moving belt) Giao diện kết nối chia dòng liên tục (nguồn ion FAB)

2.2 Nguồn ion hoá (ion source):

Ion hoá phân tử trung hoà thành các ion phân tử mang điện tích hoặc sự bắn phá, phân mảnh phân tử trung hoà thành các mảnh ion, các gốc mang điện tích bằng các phần tử mang năng lượng cao Những tiểu phân không bị ion hóa sẽ bị hút ra khỏi buồng ion qua bơm chân không của thiết bị MS Các ion phân tử tạo thành sẽ được tăng tốc độ và thu gọn (hội tụ) Việc tăng tốc được thực hiện bởi một điện thế (2-10 kV), khi ra khỏi buồng ion hóa các ion phân tử có tốc độ đạt cao nhất Việc thu gọn thành chùm ion được thực hiện bởi một điện trường phụ để khi vào phần phân tích khối (mass analyzer) là một dòng ion tập trung, đồng nhất Có nhiều loại nguồn ion hoá sử dụng các kỹ thuật ion hoá khác nhau được dùng trong các máy GC/MS và LC/MS

1 Kĩ thuật ion hóa va chạm điện tử (Electron Impact ionization): Trong nguồn ion

electron tạo ra từ một sợi dây tóc đèn được đốt nóng, sau đó được tăng tốc hướng tới anode và

va chạm với các phân tử khí của mẫu phân tích được tiêm vào nguồn ion Nếu các electron có

đủ năng lượng, khi va chạm nó sẽ làm một electron của phân tử bị bắn ra theo phương trình: R+ e- Æ R.+ + 2e- Các ion được hình thành sau khi va chạm sẽ đi qua một điện trường

khoảng 400 – 4000V để tăng tốc khi đi vào bộ phận phân tích khối Tốc độ chuyển động của các ion tỷ lệ với khối lượng của chúng Trong kỹ thuật ion hoá va chạm điện tử, khí và các mẫu có áp suất hóa hơi cao được nạp trực tiếp vào nguồn ion Các mẫu lỏng hoặc rắn phải được làm nóng để làm tăng áp suất hóa hơi

Sơ đồ cấu tạo nguồn ion hoá kiểu va chạm điện tử

2 Kĩ thuật ion hóa hóa học (Chemical ionization): Trong nguồn ion hóa hóa học, các

ion được tạo ra thông qua sự va chạm của các phân tử chất phân tích với các ion sơ cấp (thuốc thử) được cho vào nguồn ion Trong nguồn ion, đầu tiên các electron sẽ ion hóa thuốc thử (các phân tử H2, CH4, H2O, CH3OH, NH3, …) sau đó các ion của thuốc thử lại va chạm với nhau và va chạm với phân tử trung hoà của chất cần phân tích tạo ra một môi trường ion hóa qua một loạt các phản ứng Cả hai dạng ion âm và dương của chất phân tích sẽ được tạo ra thông qua các phản ứng hóa học với các ion trong môi trường này

3 Kĩ thuật ion hóa điện trường (Field ionization): Là kĩ thuật sử dụng một điện trường

mạnh (8-12 kV) giữa hai điện cực để tạo ra các ion từ các phân tử pha khí Các phân tử mẫu ở pha khí tiến gần tới bề mặt điện cực có điện thế (+) cao Khi điện trường ở bề mặt này đủ mạnh (107-108 Vcm-1), một điện tử của phân tử mẫu sẽ chuyển vào điện cực, kết quả là tạo thành cation gốc M+ Ion này bị điện cực đẩy về phía điện cực âm với một khe nhỏ để các ion

có thể đi vào bộ phận phân tích khối FI là kĩ thuật ion hóa mềm, các ion có nội năng thấp nên

ít phân mảnh Tuy nhiên do cần sử dụng nhiệt để hóa hơi mẫu nên kĩ thuật này tương tự EI,

CI là chỉ thích hợp với các hợp chất dễ bay hơi và bền với nhiệt

Sơ đồ kĩ thuật ion hóa điện trường

4 Kĩ thuật bắn phá nhanh nguyên tử (Fast Atom Bombardment): Trong kĩ thuật này,

một chùm tia sơ cấp các nguyên tử/ phân tử trung hòa hoặc ion được tập trung lên bề mặt mẫu

chứa hoạt chất cần phân tích (chất cần phân tích được hòa tan trong một nền là chất lỏng không bay hơi) Khi chùm tia sơ cấp có năng lượng cao bắn vào bề mặt dung dịch mẫu sẽ đẩy

ra các ion từ dung dịch đi ra Các ion được tăng tốc nhờ điện thế để đi vào bộ phận phân tích khối Kĩ thuật này không gây ra sự ion hóa mà chỉ đẩy các ion có sẵn trong dung dịch vào pha khí

Sơ đồ hình thành ion trong kỹ thuật FAB

5 Kĩ thuật phản hấp thụ và ion hoá bằng tia laser: Là kĩ thuật hiệu quả để tạo các ion ở pha khí Các xung nhịp laser được tập trung trên bề mặt của mẫu (thường là rắn) gây chia cắt

bề mặt và tạo các tiểu plasma của ion và phân tử trung tính Chúng sẽ phản ứng với nhau ở pha hơi dày đặc gần bề mặt mẫu Các xung laser vừa có tác dụng làm bay hơi mẫu vừa ion hóa mẫu Một trong những kỹ thuật phản hấp thụ và ion hoá bằng tia laser được ứng dụng

rỗng rãi trong nguồn ion hoá của các thiết bị là kĩ thuật MALDI (Matrix-assisted laser desorption/ionization) Kĩ thuật ion hóa MALDI, được thực hiện qua 2 bước: Bước đầu tiên,

chất phân tích được hòa tan trong dung môi chứa dung dịch chất hữu cơ phân tử nhỏ, được gọi là nền Các phân tử đó phải hấp thụ mạnh ánh sáng laser Hỗn hợp này được làm khô và loại dung môi trước khi phân tích Các phân tử chất phân tích được gắn vào nền để phân cách các phân tử đó với nhau

Sơ đồ hình thành ion trong kỹ thuật MALDI

Bước thứ hai xảy ra dưới điều kiện chân không liên quan tới sự chia cắt các phần của dung dịch rắn bởi cường độ xung nhịp laser trong thời gian ngắn Việc chiếu laser làm nóng nhanh

chóng các tinh thể bởi sự tích tụ một lượng lớn năng lượng trong pha đặc thông qua sự kích thích các phân tử nền Làm nóng nhanh gây ra sự thăng hoa cục bộ của tinh thể nền, gây chia cắt bề mặt tinh thể và sự phát triển của nền vào pha khí, vận chuyển chất phân tích nguyên vẹn trong chùm nền Phản ứng ion hóa có thể xảy ra dưới điều kiện chân không trong suốt quá trình: ion hóa bằng ánh sáng trong pha khí, chuyển proton ở trạng thái kích thích, phản ứng ion-phân tử,…Các ion được tạo thành sẽ được tăng tốc bởi trường tĩnh điện hướng tới chất phân tích Kỹ thuật MALDI ít gây phân mảnh và có khả năng giải hấp và ion hóa các phân tử rất lớn tới 100.000 Da Có thể tạo ra cả 2 dạng ion âm hoặc dương

6 Kĩ thuật ion hóa phun sương điện (Electron Spray Ionization): ESI là một kỹ thuật

ion hóa được ứng dụng cho những hợp chất không bền nhiệt, phân cực, có khối lượng phân tử lớn ESI có khả năng tạo thành những ion đa điện tích (dương hoặc âm, tùy thuộc vào áp cực điện thế), được xem là kỹ thuật ion hóa êm dịu hơn APCI, thích hợp cho phân tích các hợp chất sinh học như protein, peptide, nucleotide… hoặc các polyme công nghiệp như polythylen glycol Trong ESI, tại đầu ống dẫn mao quản, dưới ảnh hưởng của điện thế cao và sự hỗ trợ của khí mang, mẫu được phun thành những hạt sương nhỏ mang tích điện tại bề mặt Khí ở xung quanh các giọt này tạo nhiệt năng làm bay hơi dung môi ra khỏi giọt sương, khi đó, mật

độ điện tích tại bề mặt hạt sương gia tăng Mật độ điện tích này tăng đến một điểm giới hạn (giới hạn ổn định Rayleigh) để từ đó hạt sương phân chia thành những hạt nhỏ hơn vì lực đẩy lúc này lớn hơn sức căng bề mặt Quá trình này được lặp lại nhiều lần để hình thành những hạt rất nhỏ Từ những hạt rất nhỏ mang điện tích cao này, các ion phân tích được chuyển thành thể khí bởi lực đẩy tĩnh điện sau rồi sau đó đi vào bộ phân tích khối Trong kỹ thuật ESI, phân tử nhất thiết phải được biến thành chất điện ly, tan trong dung dịch dùng để phun

sương Điều này phụ thuộc vào: dung môi sử dụng, pKa của chất điện ly và pH của dung dịch

Sơ đồ tạo ion dương bằng nguồn ESI

7 Kĩ thuật ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (APCI – Atmospheric pressure chemical ionization): APCI dựa trên phản ứng ion-phân tử ở pha khí APCI chủ yếu sử dụng

cho các chất phân cực hoặc không phân cực có khối lượng phân tử dưới 1500 Da và thường tạo ion điện tích đơn Chất phân tích trong dung dịch được đưa trực tiếp hoặc qua cột sắc ký lỏng ở tốc độ 0,2-1,0 mL/phút vào bộ phận phun sương, tạo ra sương mỏng nhờ dòng khí nitrogen tốc độ cao Các giọt sương sau đó được làm nóng để loại dung môi và được chuyển

tới một điện cực phóng hồ quang (corona needle) để ion hóa Tại đây có sự trao đổi proton để

biến thành ion dương [M+H]+ và trao đổi electron hoặc proton để biến thành ion âm [M–H]- Sau đó, các ion sẽ được đưa vào bộ phân tích khối APCI là kỹ thuật ion hóa thường được sử dụng để phân tích những hợp chất có độ phân cực trung bình, phân tử lượng nhỏ, dễ bay hơi

Sơ đồ tạo ion dương bằng nguồn APCI

8 Kĩ thuật ion hóa ánh sáng ở áp suất khí quyển (APPI – Atmospheric Pressure Photoionization): APPI sử dụng các photon để ion hóa các phân tử pha khí Mẫu trong dung

dịch được bay hơi nhờ phun sương nhiệt, sau đó chất phân tích tương tác với các photon phát

ra từ một đèn Các photon đó gây ra một loạt các phản ứng ở pha khí dẫn đến ion hóa mẫu

Sơ đồ tạo ion bằng nguồn APPI

Các kỹ thuật ion hoá như EI, CI và FI thường được sử dụng trong các máy GC/MS; còn các

kỹ thuật FAB, MALDI, ESI, APCI thường được sử dụng trong các máy LC/MS

2.3 Bộ phận phân tích khối (mass analyzer):

Các ion hình thành ở nguồn ion hoá có khối lượng m và điện tích z (tỷ số m/z được gọi

là số khối) sẽ đi vào bộ phận phân tích khối Bộ phận phân tích khối được coi là quả tim của máy khối phổ, có nhiệm vụ tách các ion có số khối m/z khác nhau thành từng phần riêng biệt nhờ tác dụng của từ trường, điện trường trước khi đến đến bộ phận phát hiện và xử lý số liệu

Có thể phân bộ phân tích khối thành 4 loại: Bộ phân tích từ; bộ phân tích tứ cực; bộ phân tích thời gian bay; bộ phân tích cộng hưởng ion cyclotron

1 Bộ phân tích từ: Bao gồm thiết bị khối phổ hội tụ đơn (Single Focusing Magnetic Deflection hay Sector mass analyser) và thiết bị khối phổ hội tụ kép (Double focusing magnetic sector mass spectrometer hay double focusing sector field mass spectrometer)

Các ion tr ớc 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 tr ờng này Với r:

H z

mU r

2

U

r H z

m

2

2 2

=Vậy với giá trị U và H nhất định thì số khối m/z tỷ lệ với bán kính r Từ biểu thức trên nhận thấy các ion có m/z khác nhau sẽ được tách ra khỏi nhau do giá trị r của vòng cung chuyển động của chúng khác nhau Một máy hội tụ đơn thường có độ phân giải thấp (1000 – 5000) trong khi đó thiết bị khối phổ hội tụ thường có độ phân giải rất cao (10.000 – 100.000)

do bộ tách ion được thiết kế thêm 1 điện tr ờng bên cạnh từ tr ờng của nam châm Các ion

tr ớc khi qua từ tr ờng hình quạt, sẽ đi qua 1 điện tr ờng tĩnh điện để tách biệt nhau một lần nữa do vậy thiết bị khối phổ hội tụ kép có độ phân giải cao hơn so với thiết bị khối phổ hội tụ đơn

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý phân tách các ion của thiết bị phân tích khối hội tụ đơn

2f r

V K z

m

=

Sơ đồ cấu tạo thiết bị phân tích khối hội tụ kép

2 Bộ phân tích tứ cực: Bao gồm bộ phân tích tứ cực đơn, bộ phân tích tứ cực chập ba

và bẫy ion kiểu tứ cực

*Bộ tứ cực (quadrupole): Gồm có 4 cực bằng kim loại đặt song song và sát nhau Có một

khoảng không giữa 4 cực để các ion bay qua Dòng điện một chiều (DC) và điện thế xoay chiều cao tần được đặt vào từng cặp đối diện của tứ cực Cả 2 trường đều không làm tăng tốc dòng ion 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 phát hiện Các ion đi vào 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 detector Phương trình tổng quát của phổ tứ cực như sau:

Trong đó K: hằng số, V: điện áp tần số cao, r: khoảng cách 2 điện cực đối nhau, f: tần số dao động ion Bằng cách thay đổi tần số và thế của các cực, các ion có tỷ số m/z khác nhau có thể vượt qua khoảng không để đến detector với khoảng thời gian khác nhau (các ion được tách theo số khối của chúng)

Sơ đồ nguyên tắc phân tích khối của phổ kế tứ cực

Độ phân giải phổ kế tứ cực thông th ờng đạt từ 500 – 1000, muốn nâng cao Rs, thường phải nối 2 – 3 bộ tứ cực với nhau (Rs có thể đạt tới 20.000) Phổ khối tứ cực kiểu chập ba, gồm 3

bộ tứ cực nối tiếp nhau Q1, Q2 và Q3 Q1 sẽ tách các ion và lựa chọn một số ion ban đầu (ion mẹ) đưa vào tứ cực Q2 Trong buồng Q2 với áp suất cao, ion mẹ bị phân mảnh do va chạm với các khí trơ có mặt trong buồng như nitơ, agon, heli Nhờ va chạm này năng lượng động học của các ion chuyển thành nội năng nên chúng phân mảnh tiếp tạo ra các ion nhỏ hơn (ion con) Các ion con mới hình thành được dẫn đến Q3 phân tích khối tách riêng và đến detector

Sơ đồ cấu tạo thiết bị phổ kế tứ cực kiểu chập ba

*Bẫy ion tứ cực (ion trap): 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 Các ion sau khi đi vào bẫy ion theo một đường cong ổn định được bẫy lại cho đến khi một điện áp RF được đặt trên điện cực vòng Các ion trở nên không ổn định, dao động có hướng đi về phía detector Do điện áp RF khác nhau trong hệ thống này mà thu được một phổ khối lượng đầy đủ Các ion tồn tại trong bẫy có thể được chọn riêng và phân tích theo sự khác nhau về m/z, đồng thời có thể chọn riêng và thực hiện quá trình bắn phá để thu đượccác mảnh ion con, từ đó thực hiện phân tích theo m/z của ion con (khối phổ 2 lần).Về nguyên tắc các ion có thể tồn tại trong bẫy thời gian

đủ lâu có thể thực hiện đến MSn lần, tuy nhiên trong thực tế thường chỉ có khả năng thực hiện đến khối phổ 3 lần

Sơ đồ cấu tạo và phân tích khối của phổ kế bẫy ion

3 Bộ phân tích thời gian bay (Time of flight): Các ion ra khỏi buồng ion hóa được gia

tốc nhờ thế 10-20 kV bay qua 1 ống phân tích (không có trường điện từ) có chiều dài đến 2m của bộ phận phân tích khối Phân tích thời gian bay dựa trên cơ sở gia tốc các ion tới detector với cùng một năng lượng Do các ion có cùng năng lượng nhưng lại khác nhau về khối lượng nên thời gian đi tới detector sẽ khác nhau Các ion nhỏ hơn sẽ đi tới detector nhanh hơn do có vận tốc lớn hơn còn các ion lớn hơn sẽ đi chậm hơn, do vậy, thiết bị này được gọi là thiết bị

phân tích thời gian bay do tỉ số m/z được xác định bởi thời gian bay của các ion Thời gian bay của một ion tới detector phụ thuộc vào khối lượng, điện tích và năng lượng động học của các ion Độ phân giải của bộ phân tích thời gian bay thấp nhưng nó có ưu điểm là khối lượng ion có thể phân tích không bị hạn chế Để tăng độ phân giải của thiết bị có thể kéo dài thời gian bay của ion (thiết bị W-TOF) hoặc ghép nối TOF với TripleQuad hoặc iontrap

Sơ đồ nguyên tắc phân tích khối của phổ kế TOF

Phổ kế TOF đơn và TOF kép (W-TOF, TOF độ phân giải cao)

4 Bộ phân tích cộng hưởng ion (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance mass spectrometry): Các ion được giữ trong một buồng cộng hưởng dưới một từ trường mạnh ở

bên và một điện trường theo hướng trục Giống như cộng hưởng từ hạt nhân, tất cả các ion trong buồng được kích thích bởi một xung tần số radio băng rộng Các ion sẽ hấp thu năng lượng phù hợp để cộng hưởng Các ion cùng loại khi hấp thu năng lượng (cộng hưởng) chuyển động đồng nhất tạo ra một tần số nhất định phụ thuộc vào m/z Tất cả các tần số của các ion tạo ra sẽ được ghi nhận dưới dạng các dao động cảm ứng tự do tắt dần theo thời gian

và sau đó được biến đổi Fourier để trở thành dạng phổ khối truyền thống

Thiết bị khối phổ FT-ICR và nguyên tắc phân tích khối