1. Một số thơng tin về hóa chất bảo vệ thực vật
1.6. Thiết bị phân tích sắc ký lỏng ghép nối khối phổ hai lần
1.6.1. Hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao
Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao
+ Dung môi pha động
Hiện tại máy HPLC thƣờng có 4 đƣờng dung mơi vào đầu bơm cao áp, cho phép chúng ta sử dụng 4 bình chứa dung mơi cùng 1 lần để rửa giải theo tỷ lệ mong muốn và tổng tỷ lệ dung môi của 4 đƣờng là 100%. Tuy nhiên theo kinh nghiệm thì chúng ta ít khi sử dụng 4 đƣờng dung môi cùng một lúc mà chúng ta chỉ sử dụng tối đa là 3 hoặc 2 đƣờng để cho hệ pha động luôn đƣợc pha trộn đồng nhất hơn, hệ pha động đơn giản hơn để quá trình rửa giải ổn định. Hiện 4 đƣờng dung môi phục vụ chủ yếu cho việc rửa giải gradient.
Mục đích của bộ khử khí nhằm loại trừ các bọt nhỏ cịn sót lại trong dung môi pha động. Nếu nhƣ trong q trình phân tích mà dung mơi pha động cịn sót các bọt khí thì một số hiện tƣợng sau đây sẽ sảy ra:
- Tỷ lệ pha động của các đƣờng dung môi lấy không đúng sẽ làm cho thời gian lƣu của píc thay đổi.
- Độ lặp lại của thiết bị sẽ kém dẫn đến sai số khi phân tích.
+ Bơm cao áp
Mục đích để bơm pha động vào cột thực hiện quá trình chia tách sắc ký. Bơm phải tạo đƣợc áp suất cao khoảng 3000 - 6000 PSI hoặc 250 - 500 atm (1atm = 0,98 bar) và bơm phải tạo dòng liên tục. Lƣu lƣợng bơm từ 0,1 đến 5 ml/phút. Hiện nay đã có những thiết bị có thể đạt áp suất tới 1200 bar tùy thuộc vào các hãng sản xuất và các thế hệ máy. Đối với các loại thiết bị mới các hãng sản xuất đã nghiên cứu ra bơm dual pump, loại này có dùng hai bơm và 4 bitong, có thể trộn 4 kênh dung mơi ở áp suất cao và tránh đƣợc thể tích chết trong hệ thống.
+ Bộ phận tiêm mẫu
Để đƣa mẫu vào cột phân tích theo phƣơng pháp khơng ngừng dịng chảy. Thể tích bơm mẫu thơng thƣờng 10 µl đến 20 µl. Có 2 cách lấy mẫu vào trong cột: bằng tiêm mẫu thủ công (tiêm bằng syringe) và tiêm mẫu tự động (auto sampler).
+ Pha tĩnh trong HPLC
Trong HPLC, pha tĩnh (stationary phase) chính là chất nhồi cột làm nhiệm vụ tách hỗn hợp chất phân tích. Đó là những chất rắn, xốp và kích thƣớc hạt rất nhỏ, từ 3 - 7µm. Tuỳ theo bản chất của pha tĩnh, trong phƣơng pháp sắc ký lỏng pha liên kết thƣờng chia làm 2 loại: sắc ký pha thƣờng (NP-HPLC) và sắc ký pha đảo (RP- HPLC).
- Sắc ký pha thƣờng: pha tĩnh có bề mặt là các chất phân cực (đó là các silica trần hoặc các silica đƣợc gắn các nhóm ankyl có ít cacbon mang các nhóm chức phân cực: -NH2, -CN...), pha động là các dung môi hữu cơ không phân cực nhƣ: n- hexan, toluen…Hệ này có thể tách đa dạng các chất không phân cực hay ít phân cực.
- Sắc ký pha đảo: pha tĩnh thƣờng là các silica đã đƣợc ankyl hố, khơng phân cực, loại thông dụng nhất là –C18H37, cịn pha động là dung mơi phân cực nhƣ
pha động lại là nƣớc nên rất kinh tế. Hệ này đƣợc sử dụng để tách các chất có độ phân cực rất đa dạng: từ rất phân cực, ít phân cực tới khơng phân cực [07].
+ Pha động trong HPLC
Pha động trong sắc ký lỏng nói chung có những yêu cầu sau: - Pha động phải trơ với pha tĩnh
- Bền vững và không bị phân huỷ trong q trình chạy sắc ký - Hồ tan đƣợc mẫu
- Phải có độ tinh khiết cao
- Có độ nhớt thấp và phù hợp với detectơ hoặc phần thiết bị nối tiếp sau - Không quá đắt
Một pha động phù hợp (về độ phân cực, về detectơ cũng nhƣ các tính chất cần thiết khác nhƣ khả năng tạo phức là một dung môi hoặc hỗn hợp dung môi …) sẽ góp phần tốt nhất có thể đƣợc vào qua trình tách [19]. Có thể chia pha động làm hai loại: pha động có độ phân cực cao và pha động có độ phân cực thấp.
+ Pha động có độ phân cực cao, có thành phần chủ yếu là nƣớc, tuy nhiên để phân tích các chất hữu cơ, cần thêm các dung môi khác để giảm độ phân cực. Pha động loại này đƣợc dùng trong sắc ký pha đảo.
+ Pha động có độ phân cực thấp là các dung mơi ít phân cực nhƣ xyclopentan, n-pentan, n-heptan, n-hexan, 2-chloropropan, cacbondisulfua (CS2), chlorobutan, toluene…Tuy nhiên pha động một thành phần đôi khi không đáp ứng đƣợc khả năng rửa giải, nên ngƣời ta thƣờng phối hợp 2 hay 3 dung mơi để có đƣợc dung mơi có độ phân cực từ thấp đến cao phù hợp với phép phân tích các hỗn hợp mẫu phức tạp. Sự thay đổi thành phần pha động đôi khi diễn ra theo thời gian, trƣờng hợp này gọi là rửa giải gradient nồng độ.
1.6.2. Hệ thống xác định phổ khối lƣợng
Hệ thống xác định phổ khối lƣợng là thiết bị phân tích dựa trên cơ sở xác định khối lƣợng phân tử của các hợp chất hóa học bằng việc phân tách các ion phân tử theo tỉ số giữa khối lƣợng và điện tích (m/z) của chúng. Các ion có thể tạo ra bằng cách thêm hay bớt điện tích của chúng nhƣ loại bỏ electron, proton hóa,... Các ion tạo thành này đƣợc tách theo tỉ số m/z và phát hiện, từ đó có thể cho thơng tin về khối lƣợng hoặc cấu trúc phân tử của hợp chất.
Cấu tạo của một thiết bị khối phổ bao gồm 3 phần chính: nguồn ion, tách mảnh khối và detectơ. Trƣớc hết, các mẫu đƣợc ion hóa trong nguồn ion, sau đó đƣa vào bộ phận phân tích mảnh khối để tách các mảnh ion theo tỉ số m/z. Và các mảnh ion đƣợc ghi nhận dƣới dạng các tín hiệu ở detectơ thu đƣợc sẽ chuyển vào máy tính để xử lí và lƣu trữ.
Các thiết bị phân tích chính hiện nay đƣợc ghép nối với detectơ khối phổ - Sắc ký khí khối phổ: GC-MS
- Sắc ký khí ghép nối khối phổ 2 lần: GC-MS/MS
- Sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ: HPLC-MS
- Sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ 2 lần: HPLC-MS/MS - Cảm ứng cao tần Plasma có thể kết hợp với sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng:
ICP/MS
Thiết bị khối phổ hai lần MS/MS đƣợc nêu ở hình 1.12
Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống khối phổ hai lần (MS/MS)
Thiết bị có bao gồm các phần chính nhƣ sau:
- Nguồn ion hóa (Ion source): Có tác dụng tạo các ion ở thể khí. - Bộ tứ cực 1 (quadrupole 1): Chỉ cho các ion đƣợc lựa chọn đi qua.
- Buồng va chạm (Collission cell): Sau khi ion đi qua bộ tứ cực 1 sẽ va chạm với các phân tử khí nito và heli (tùy thuộc từng kỹ thuật của hãng sản xuất ) và tạo ra các ion con khác.
- Bộ tứ cực 2 (quadrupole 2): Chỉ cho các ion đƣợc lựa chọn sau khi bị bẻ vỡ trong buồng va chạm.
- Detectơ: Khuếch đại ion và chuyển ion thành tín hiệu điện.
+ Nguồn ion hóa
Chất phân tích sau khi ra khỏi cột tách sẽ đƣợc dẫn tới nguồn ion để chuyển thành dạng hơi và đƣợc ion hóa nguyên tử. Một số kỹ thuật ion hóa đƣợc sử dụng trong sắc ký lỏng khối phổ nhƣ: ion hóa bằng dịng điện tử (electrospray ionization – ESI), ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (atmospheric-pressure chemical ionization – APCI).
+ Ion hóa bằng dịng điện tử
Đầu tạo điện tử có cấu tạo nhƣ hình 1.13 [18].
Hình 1.13: Cấu tạo đầu tạo điện từ (ESI)
Trong đó:
- Nebulizing gas: Khí N2 (>99,5%) nén ở áp suất 60 psi đƣợc trộn hợp với dung môi pha động của HPLC tạo dạng sƣơng mù.
- Heated nitrogen drying gas: Khí N2 (>99,5%) đƣợc gia nhiệt 330oC tốc độ 5 lít/phút thổi khơ, hóa hơi tồn bộ sƣơng mù.
- Capilary: Ống mao quản đƣợc áp thế 2,5 kV để hút các ion phân tử. Phụ thuộc dạng ion phân tử là positive/negative mà chiều điện trƣờng có chiều ngƣợc lại.
Trong kỹ thuật ESI, sắc ký lỏng đƣợc nối với ống mao quản làm bằng thép không gỉ, pha động (dung môi pha động có thêm chất điện ly) kết hợp khí nén nitơ áp suất cao (60 psi) đƣợc phun tạo sƣơng mù ra khỏi ống mao quản vào vùng có điện trƣờng mạnh (3-6 kV) ở nhiệt độ cao (trên 300o
Do ảnh hƣởng của nhiệt độ dung mơi hố hơi hồn toàn và điện thế cao hỗn hợp chất cần phân tích chuyển thành ion phân tử và bị hút vào MS (Q1). Có 2 chế độ bắn phá: bắn phá với chế độ ion dƣơng (ESI+) và ion âm (ESI-).
ESI là kĩ thuật ion hóa mềm, có độ nhạy cao. Đây cũng là nguồn ion hóa mà đề tài lựa chọn để phân tích hóa chất BVTV.