Phương pháp phân tích sắc ký khí detector khối phổ (GC-MS) là một phương pháp phân tích hóa lý được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học hiện nay như y dược học, hóa học, hình sự, môi trường.... Đây là phương pháp phân tích hiện đại, có độ chính xác cao thường được dùng để khẳng định các kết quả cuối cùng của phép phân tích lượng vết [14, 17-19].
Thiết bị phân tích sắc ký khí khối phổ gồm có thiết bị sắc ký khí kết nối với detector khối phổ. Mẫu sau khi được tách trên cột phân tích của thiết bị sắc ký khí sẽ được detector khối phổ (MSD) nhận biết và cho ra kết quả dưới dạng sắc ký đồ và phổ khối. Kết quả nhận biết của detector khối phổ có ưu điểm hơn các detector khác là ngoài việc cho thông tin về thời gian lưu, diện tích píc của chất thì còn cho thông tin về phổ khối lượng của chất, từ đó sẽ giúp cho định tính các chất chính xác hơn hay so sánh với thư viện phổ để phát hiện ra các chất cần thiết khác.
Sắc ký khí khối phổ (GC-MS) là một phương pháp ghép nối được sử dụng phổ biến trong phân tích các loại mẫu ma tuý quan trọng của khoa học hình sự, thường được dùng để xét nghiệm khẳng định các cathinone. Phương pháp này cung cấp hai phương diện phân tích độc lập gồm tách sắc ký và các dữ liệu phân mảnh khối. Hiện nay, có nhiều các loại thiết bị sẵn có trên thị trường giúp cho quá trình phân tích có thể sử dụng các cột tách mao quản phân tích tiêu chuẩn [20]. Hơn nữa, theo nguyên lý của “Hoá học phân tích xanh”, các phương pháp ghép nối GC và MS là tiềm năng và hiệu quả nhát bởi pha động trong GC là khí, không gây ra ô nhiễm môi trường và cũng ít sử dụng dung môi độc hại [21].
Như vậy đề tài sử dụng phương pháp sắc ký khí khối phổ sẽ giúp cho việc định tính, định lượng các chất ma túy tổng hợp một cách chính xác dựa vào kỹ thuật phân tích lựa chọn các mảnh phổ khối của từng chất (SIM), mảnh phổ lựa chọn để phân tích phải có tính chất đặc trưng và là mảnh có tín hiệu cao nhất. Kỹ thuật phân tích quét (scan) của khối phổ cho phép thu nhận toàn bộ các mảnh phổ khổi của chất phân tích thể hiện trên từng píc, dựa vào thư viện phổ sẽ cho chúng ta biết được píc đó là chất gì, như vậy kỹ thuật scan sẽ
19
cho phép phát hiện một số chất chuyển hóa trong các giai đoạn khác nhau sau khi sử dụng ma túy tổng hợp.
1.3.3.1. Cấu tạo của hệ thống sắc ký khí khối phổ
Cấu tạo của thiết bị sắc ký khí (GC) khối phổ (MS) gồm các bộ phận như sau:
1: Nguồn khí mang 2: Bơm chân không 3: Buồng bơm mẫu 4: Lò điều nhiệt 5: Cột tách sắc ký 6: Detector MS
7: Thiết bị thu nhận và xử lý tín hiệu.
Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị sắc ký khí khối phổ (GC-MS)
Nguồn khí mang: Thiết bị sắc ký khí kết nối detector khối phổ chỉ sử dụng khí trơ là heli hoặc hydro. Các khí này có độ tinh khiết cao (99,999%), nguồn khí phải có van điều chỉnh áp suất và phải được nối với các hệ thống lọc khí trước khi vào thiết bị sắc ký. Với khí hydro hiện nay thường có máy sinh khí, còn khí heli vẫn được nạp trong chai. Nguồn khí mang này dùng để tách các cấu tử trong cột sắc ký và tốc độ dòng khí được điều khiển bằng điện
Bơm chân không: Có nhiệm vụ tạo môi trường chân không trong buồng ion hóa mẫu đạt khoảng 10-5 torr trong MSD. Thiết bị sắc ký trước đây sử dụng
6 1 2 5 4 3 7 download by : skknchat@gmail.com
20
2 bơm gồm sơ cấp và thứ cấp do đó thời gian đạt được áp suất làm việc mất dài hơn 2 giờ. Hiện nay các nhà sản xuất sử dụng bơm turbo do đó thời gian đạt được áp suất làm việc nhanh hơn rất nhiều.
Cột sắc ký khí: Là bộ phận rất quan trọng của thiết bị sắc ký, được thể hiện thông qua khả năng lưu giữ và tách các chất trong mẫu phân tích. Cột phân tích hay được ví như là trái tim của hệ thống sắc ký khí. Có hai loại cột phổ biến là cột nhồi và cột mao quản. Cột nhồi thường có kích thước đường kính lớn hơn nhưng độ dài lại ngắn hơn cột mao quản, do đó khả năng tách chất cũng như hiệu quả phân tích của cột nhồi thấp hơn cột mao quản rất nhiều. Do vậy, ngày nay phần lớn các cột GC được sử dụng là cột mao quản.
Các thông số quan trọng của cột phân tích mao quản gồm có: thành phần và độ dày pha tĩnh, đường kính trong của cột, chiều dài cột. Tùy theo tính chất của các chất phân tích mà sẽ lựa chọn cột sao cho phù hợp. Cột phân tích có độ phân cực cao như HP-inowax, DB-wax, … thường là các loại cột chứa pha tĩnh là polyethylene glycol, hoặc có thêm các thành phần khác như nitroterephthalic… Các loại cột có độ phân cực thấp như HP-1, HP5, …thường là chứa pha tĩnh dimethylpolysiloxane hoặc có thêm các thành phần là phenyl…
Lò điều nhiệt: Là bộ phân gia nhiệt cho cột tách sắc ký giúp cho các cấu tử tách ra trong cột sắc ký, quá trình tách sắc ký ngoài việc dựa vào yếu tố là dòng khí mang, bản chất pha tĩnh còn dựa vào tốc độ gia nhiệt của lò. Lò điều nhiệt được điều khiển bằng nút trực tiếp hoặc phần mềm trên máy tính, bên trong lò điều nhiệt còn có sensor nhiệt.
Detector khối phổ (MSD): Hoạt động của detector khối phổ dựa trên nguyên tắc bẻ gẫy phân tử chất phân tích thành các mảnh ion có tỷ số m/z xác định và đặc trưng cho chất phân tích. Có hai loại kỹ thuật ion hóa mẫu là ion hóa điện tử (EI) và ion hóa hóa học. Kỹ thuật EI được sử dụng phổ biến, đơn giản hiện nay.
Khi mẫu ở dạng khí đi vào vùng ion hóa, tại đây mẫu tương tác với chùm electron có nguồn năng lượng cao cỡ 70 eV để tạo ra các electron thứ cấp mang điện tích dương và một số phân mảnh nhỏ hơn của phân tử. Sau quá trình ion hóa, các ion sẽ được thu nhận bởi một lăng kính mang điện dẫn vào trong bộ
21
phân tích khối. Các ion khác nhau sẽ được phân tách do sự khác nhau về tỷ số khối lượng hạt trên điện tích (m/z). Sau khi các ion tạo thành đã được tách, detector (thường là bộ nhân điện tử loại dynod liên tục), được sử dụng để “đếm” các ion, hình thành nên phổ khối. Ion từ bộ phân tích khối va chạm vào bề mặt bán dẫn của detector giải phóng các điện tử, cứ như thế sẽ nhân lên thành dòng thác điện tử, dẫn tới hệ số khuếch đại có thể tới 1 triệu lần.