CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.3. Phương pháp phân tích phổ khối (MS)
2.3.3.1. Khái niệm và ứng dụng [33]
Phương pháp phổ khối là một kỹ thuật phân tích, trong đĩ các ion khí hình thành từ các phân tử hoặc nguyên tử của mẫu được phân tách trong khơng gian hoặc thời gian và được đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích của ion; dùng thiết bị chuyên dụng là khối phổ kế.
Kĩ thuật này cĩ nhiều ứng dụng, bao gồm:
- Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nĩ.
- Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất.
- Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nĩ.
- Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn khơng phải là phương pháp dùng định lượng).
- Nghiên cứu cơ sở của hĩa học ion thể khí (ngành hĩa học về ion và chất trung tính trong chân khơng).
- Xác định các thuộc tính vật lý, hĩa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với nhiều hướng tiếp cận khác nhau.
Khối phổ kế là một thiết bị dùng cho phương pháp phổ khối, cho ra phổ khối lượng của một mẫu để tìm ra thành phần của nĩ. Cĩ thể ion hĩa mẫu và tách các ion của nĩ với các khối lượng khác nhau và lưu lại thơng tin dựa vào việc đo đạc cường
độ dịng ion. Một khối phổ kế thơng thường gồm 3 phần: phần nguồn ion, phần phân tích khối lượng, và phần đo đạc.
2.3.3.2. Nguyên tắc chung [33]
Khi cho các phân tử ở trạng thái khí va chạm với các tác nhân (electron hoặc tác nhân ion hĩa) cĩ năng lượng cao, các phân tử này sẽ bật ra 1 hay 2 electron và nĩ trở thành các ion cĩ điện tích +1 và +2 . Quá trình biến các phân tử trung hịa thành các ion được gọi là sự ion hĩa.
Nếu các ion phân tử tiếp tục va chạm với dịng electron cĩ năng lượng lớn thì chúng sẽ bị phá vỡ thành các mảnh ion, gốc hoặc phân tử trung hịa khác nhau. Quá trình này được gọi là quá trình phân mảnh.
ABC+ A+ + BC ABC+ AB+ + C
Năng lượng quá trình phân mảnh chỉ vào khoảng 30 - 100 eV, cao hơn năng lượng ion hĩa phân tử (8 - 15 eV).
Dựa vào sự khác nhau về tỉ số khối lượng/điện tích (m/z), các ion sẽ được tách ra khỏi nhau.
2.3.3.3. Cấu tạo của khối phổ kế [33]
Hình 2.6. Sơ đồ khối phổ kế
ABC + e
ABC2+ + 3e ABC+ + 2e
- Buồng nạp mẫu: Đây là nơi mẫu được hĩa hơi. Trước tiên, mẫu được nạp vào một buồng kín dưới áp suất thấp (từ 10-5 đến 10-7 mmHg) và nhiệt độ đốt nĩng cĩ thể đến 200oC. Dưới điều kiện này thì hầu hết các chất lỏng và rắn đều chuyển thành thể hơi.
- Buồng ion hĩa: Mẫu sau khi đã hĩa hơi được dẫn vào buồng ion hĩa để biến các phân tử trung hịa thành các ion ở pha khí. Q trình ion hĩa này cĩ thể thực hiện theo một số phương pháp khác nhau như ion hĩa bằng dịng electron, ion hĩa hĩa học, ion hĩa giải hấp phụ… Sau đĩ, các ion được tăng tốc trong một điện trường.
- Bộ phận phân tích khối lượng: Các ion cĩ tỉ số khối lượng/điện tích (m/e) khác nhau sẽ được phân tách ra khỏi nhau bằng các thiết bị như thiết bị phân tách ion hội tụ đơn, hội tụ kép và bộ phân tích thời gian bay.
- Detector: Những ion đi ra từ bộ phận tách cĩ cường độ nhỏ nên cần khuếch đại để phát hiện. Một trong những thiệt bị này là máy nhân electron. Nĩ tạo ra các electron thứ cấp khi cĩ ion ban đầu đập vào bề mặt tấm kim loại. Sau đĩ, detector sẽ đếm số ion.
- Hệ thống phân tích dữ liệu: Các tín hiệu từ bộ khuếch đại truyền ra được nạp
vào bộ nhớ máy tính, được ghi lại rồi xử lý kết quả và in ra phổ. Các phổ đồ được biểu diễn dưới dạng phần trăm basis (%B), đỉnh cao nhất cĩ cường độ 100% và các đỉnh khác nhỏ hơn.