Trường ĐH Bà Rị a Vũng TàuNguyên tắc: chất chuẩn được thêm vào dung dich mẫu thử khi tiến
1.2.3.4. Bộ phân tích khố
Ion source
Các thành phần trong mẫu sau khi ra khỏi cột lần lượt được chuyển vào hệ thống phân tích khổi phổ (Mass spectrometer – MS) thông qua một đường dẫn gọi là transfer line.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Có thể tóm gọn gồm 4 bước diễn tả trong hệ thống phổ kế (MS): Quá trình ion hóa (ionization) → Quá trình phân tách khối (mass analysis) → phát hiện tín hiệu (detector) → ghi nhận tín hiệu (Recording).
Các quá trình này được mô tả như hình 3.6 dưới đây:
Hình 1.6 Các quá trình diễn ra trong bộ phận khối phổ
Trước tiên các hợp chất sẽ vào nguồn ion (Ion Source), tại đây quá trình ion hóa sẽ diễn ra.
Có nhiều phương pháp ion hóa sử dụng trong khối phổ nhưng phương pháp tương tác điện tử (EI) được sử dụng phổ biến nhất. Dựa vào năng lượng thế áp, các phân tử trung hòa sẽ tương tác, va chạm với các electron làm phân tử bị mất hoặc thừa, hoặc bị phân hủy mảnh tạo thành các ion.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Dựa vào hình 3.7 khi mẫu vào nguồn ion dưới áp suất rất thấp (môi trường chân không 10-5 – 10-7 mmHg) sẽ chịu sự tương tác của chùm electron có năng lượng 10- 100Ev (thường là 70Ev) phát sinh từ Filament và sẽ bị ion hóa, ngay sau đó các ion sẽ chịu sự tác động của lực tĩnh điện, hệ các bản cực, repeller thúc đẩy về bộ phân tích ion một cách định hướng và chọn lọc khi qua các khe lọc.
Trong khối phổ EI thế áp đặt là 70Ev, ở thế này không những đủ để ion hóa (tách một e- khỏi phân tử) mà còn có đủ năng lượng cho sự phân mảnh tiếp các ion phân tử tạo thành các ion có khối lượng bé hơn. Điều này cung cấp một khối lượng thông tin lớn cho việc định danh hợp chất phân tích.
Kiểu mẫu phân mảnh cho một hợp chất sẽ cố định trong điều kiện không đổi của hệ thống khối phổ (70Ev) và được sử dụng làm dữ liệu cho việc định danh. Thực tế, hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng phổ biến một số thư viện khối phổ phân mảnh theo kiểu EI như WILEY và NIST, hầu hết các thiết bị GC/MS đều tích hợp thư viện sẵn trong phần mềm để người sử dụng tiện lợi hơn.
Bộ phân tích khối (Mass Analyzer)
Các ion vừa được hình thành trong bộ ion hóa sẽ được hướng đến bộ phân tích khối (Mass Analyzer) thông qua một bộ phận lọc ion (Mass filter), ở đây các ion sẽ được phân tích, phân biệt khỏi nhau một cách chọn lọc dựa vào đặc trưng của khối lượng của các ion, mà thực tế là đo lường số m/z của các ion.
Đây là bộ phận được xem là quan trọng nhất trong khối phổ kế, chính vì vậy đã có rất nhiều nghiên cứu với nhiều kỹ thuật khác nhau cho bộ phận này. Hiện nay người ta đã và đang sử dụng các kỹ thuật phân tích khối ion phổ biến như:
Bẫy ion (Ion Trap Analyzer – IT)
Từ trường (Mass Field – Magnetic Analyzer)
Bộ phân tích khối tứ cực (Quadrupole Mass Analyzer)
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Trong hệ thống tứ cực, người ta đặt vào hai điện cực đối diện một điện thế một chiều DC và một thế xoay chiều cao tần RF vào hai điện cực còn lại. Các ion từ buồng ion hóa chuyển động qua hệ thống tứ cực với vận tốc chậm theo hướng z (Hình 3.8).
Khi ion tiến vào vùng điện trường dao động liên tục gây bởi tứ cực, chúng vừa chuyển động theo hướng z đồng thời lại dao động theo phương x và y dưới ảnh hưởng của điện trường xoay chiều RF. Các ion có trị số m/z xác định thỏa mãn mối tương quan giá trị điện thế cao tầng và tần số xoay chiều, sẽ không bị thay đổi biên độ giao động và do đó có thể đi qua hết chiều dài của tứ cực, còn các ion khác có biên độ dao động tăng do có sự va đập của chúng với bộ tiền lọc trước khi vào tứ cực, chính vì vậy chúng sẽ không phát hiện được ở bộ phận phát hiện (detector).
Hình 1.8 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống tứ cực
Detector
Detector được xem như là bộ phận cuối cùng tiếp nhận các ion từ bộ phân tách tứ cực. Detector nhận điện tử hiện nay vẫn là loại phổ biến nhất dùng cho máy phân tích khối phổ.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Detector giống như hệ thống quang điện trong máy quang phổ UV-VIS. Mỗi một dynode được cấp một thế cao hơn dynode kế tiếp. Những bề mặt dynode này sẽ phát e‾ khi tác động bởi năng lượng của ion hay e‾, với 20 dynode có thể thu được độ lợi lên đến 107, do đó cho một khả năng khuếch đại dòng e‾ cao tạo nên tín hiệu lớn dù chỉ với một lượng ion mẫu bé (<ng). Tín hiệu này một lẫn nữa được khuếch đại và được chuyển thành tín hiệu phổ ghi liên tục cường độ của khối quét theo thời gian nhờ bộ giao tiếp giữa máy khối phổ và hệ thống thu, xử lý dữ liệu, thường là hệ vi tính có tốc độ xử lý nhanh.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu