Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là sử dụng các phương pháp khác nhau để chuyển chất nghiên cứu thành các ion phân tử hoặc ion phân mảnh, tạo ra các ion phân tử có điện tích 1+, 2+, và 1- nhưng xác suất tạo ra ion điện tích 1+ là lớn nhất. Các ion có khối lượng m và điện tích z. Tỉ số m/z được gọi là số khối A. Nhờ một thiết bị đặc biệt, các ion có cùng tỉ số m/z sẽ đến detector của máy ở cùng một thời điểm. Các ion có tỉ số m/z khác nhau sẽ đến detector ở các thời điểm khác nhau. Do đó detector có thể xác định được hàm lượng I của các mảnh ion. Từ đó dựng lên đồ thị giữa I và m/z, khi đó đồ thị được gọi là phổ khối lượng.
Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thơng tin: khối lượng các phân tử, các mảnh phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị. Khai thác triệt để các thông tin này có thể góp phần lớn trong việc xác định được chính xác cấu trúc phân tử.
- Pic đồng vị: Hợp chất phức thường được cấu tạo từ các nguyên tố có nhiều đồng vị khác nhau. Điểm nổi bật trong các hợp chất phối trí là các cụm pic đồng vị
đặc trưng cho sự có mặt của các kim loại trung tâm và phối tử. Cường độ các pic đồng vị trong cụm tỉ lệ với xác suất có mặt của các dạng đồng vị. Việc xác định được tỉ lệ các pic trong cụm pic đồng vị cho phép qui kết được cụm pic đó với độ tin cậy cao.
- Sơ đồ phân mảnh: Dựa trên các mảnh phân tử nhận được từ khối phổ có thể đưa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh của phân tử chất nghiên cứu. Hiện nay, có rất ít cơng trình cơng bố về sự phân mảnh khối phổ của phức chất.
Để phá vỡ phân tử thành các phân tử nhỏ cần sử dụng một số phương pháp như: phương pháp EI (Electron Ionzation), phương pháp FAB (Fast Atomic Bombardment), phương pháp phổ biến EI – bắn phá trực tiếp bằng chùm electron, do năng lượng bắn phá lớn, các phân tử thường bị vỡ vụn khi tiếp xúc với chùm electron. Và phương pháp FAB đã khắc phục được nhược điểm đó, do trong q trình bắn phá cịn xảy ra cả q trình tái kết hợp.
Hiện nay, trong nước có một phương pháp khối phổ mới đó là phương pháp ESI (Electronspray Ionzation). Khác với phương pháp trước đây, phương pháp ESI bắn phá mẫu ở dạng bụi lỏng. Phương pháp ESI gồm bốn bước cơ bản sau:
+ Bước 1: Ion hóa mẫu trong dung dịch. Bước này thực hiện sự chuyển đổi pH để tạo ra sự ion hóa trong dung dịch mẫu.
+ Bước 2: Phun mù. Dựa trên hai tác động là sức căng bề mặt và độ nhớt của dung mơi hịa tan mẫu để điều chỉnh áp suất phun dung dịch mẫu.
+ Bước 3: Khử dung môi. Giai đoạn này, phụ thuộc vào nhiệt bay hơi của dung môi để cung cấp khí khơ và nóng cho phù hợp sự bay hơi của dung môi.
+ Bước 4: Tách ion ra khỏi dung dịch. Ion được tách ra có thể là một phân tử mẫu liên kết với H+ hay Na+, K+, NH4+, nếu chúng có mặt trong dung dịch hoặc có thể là một ion mẫu khi mất đi một proton.
Phổ khối lượng các phức chất của phối tử hữu cơ với kim loại niken thường là cụm pic đồng vị vì trong tự nhiên, niken có năm đồng vị bền: 58Ni (67,76%), 60Ni (26,16%), 61Ni (1,25%), 62Ni (3,67%), 64Ni (1,16%). Cường độ các pic đồng vị trong cụm tỉ lệ với xác suất có mặt của các dạng đồng vị. Dựa vào phổ khối lượng, sơ đồ phân mảnh ion cùng các phương pháp khác cho phép xác định cấu trúc của phức chất.
1.3.4. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể trong nghiên cứu cấu tạo phức
chất
Khi chiếu tia X đi qua một đơn tinh thể của một chất cần nghiên cứu, tia X bị nhiễu xạ và tách thành nhiều tia X thứ cấp. Nếu đặt một tấm phim (hay một detectơ) phía sau tinh thể, ta có thể ghi lại hình ảnh của các tia nhiễu xạ là những nốt sáng. Hai thông tin thu được từ vết nhiễu xạ là vị trí và cường độ của tia nhiễu xạ. Từ những thơng tin này, bằng những tính tốn tốn học ta có thể xác định vị trí của từng ngun tử có trong một ơ mạng cơ sở và từ đó xây dựng được cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu.
Vị trí của các vết nhiễu xạ được giải thích bằng mơ hình phản xạ của Bragg. Trong đó, ảnh nhiễu xạ là kết quả của sự giao thoa các tia X phản xạ trên các họ mặt phẳng nút hkl. Mối liên hệ giữa vị trí của các vết nhiễu xạ và cấu trúc tinh thể, hay cụ thể hơn là các thông số mạng của tinh thể được thể hiện qua phương trình Bragg:
2dhkl.sinθ = λ
Trong đó: dhkl là khoảng cách giữa hai mặt liên tiếp trong họ mặt phẳng hkl. θ là góc nhiễu xạ Bragg.
λ là bước sóng của tia X.
Cường độ của vết nhiễu xạ từ họ mặt phẳng hkl được biễu diễn thông qua thừa số cấu trúc F(hkl) và tỉ lệ thuận với bình phương biên độ hàm sóng tổ hợp từ các sóng nhiễu xạ tại các ngun tử trong ơ mạng cơ sở. Trong trường hợp tổng quát, nếu ta có N ngun tử trong ơ mạng cơ sở, ngun tử thứ j chiếm vị trí (xj, yj, zj). Biên độ hàm sóng tổ hợp được tính theo cơng thức: