1. SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO
1.5. Các bộ phận kỹ thuật của máy sắc ký lỏng hiệu năng cao
1.5.7. Đầu dò khối phổ Đầu dò khối phổ 3 tứ cực
chất nhận danh chính xác.
Các bộ phận chính của đầu dò khối phổ: bộ tạo ion (ionizer), bộ tách khối (mas analyser), bộ dò ion(detector).
1.5.7.1. Bộ tạo ion
Với hệ thống sắc ký lỏng MS - ba tứ cực của Agilent có 4 nguồn tạo ion đó là: ESI, APCI, APPI, MMI. Trong nội dung của bài này, chúng tôi chỉ đề cập đến hai kỹ thuật APCI và ESI. Trong đó, hai kỹ thuật APCI và ESI, đặc biệt là ESI được sử dụng nhiều hơn cả.
Kỹ thuật phun ESI
ESI là một kỹ thuật ion hóa được ứng dụng cho những hợp chất không bền nhiệt, phân cực, có khối lượng phân tử lớn. ESI có khả năng tạo thành những ion đa điện tích (dương hoặc âm tùy thuộc vào áp cực điện thế), được xem là kỹ thuật ion hóa êm dịu hơn APCI, thích hợp cho phân tích các hợp chất sinh học như protein, peptide, nucleotide… hoặc các polyme công nghiệp như polyethylen glycol.
Trong ESI, các ion được hình thành như sau: các phân tử hóa chất và dung mơi khi ra khỏi cột sắc ký được đưa vào một ống mao quản bằng kim loại cao thế (3-5kV) sau đó được phun mịn bằng khí nitơ thốt ra chung quanh ống mao quản. Dưới tác dụng của điện thế cao, có sự tạo thành những hạt nhuyễn mang điện tích thốt ra từ đầu ống mao quản. Các phân tử dung môi từ từ bốc hơi, các hạt mang điện tích có thể tích nhỏ dần và do sự đẩy nhau giữa các điện tích cùng dấu, sẽ bể dần ra thành các hạt nhỏ mang điện tích. Sau đó, các ion dương hoặc âm tạo thành được đưa vào bộ phận phân tích ion qua một cửa rất nhỏ. Dung mơi và khí nitơ bị bơm chân khơng hút ra ngồi.
Hình 6: Sơ đồ kỹ thuật phun ESI của máy Agilent Technologies 6410 Triple Quad LC/MS Dịng khí nitơ Ion Ống phun sương Hạt sương mang điện tích Bộ gạn lọc
Kỹ thuật APCI
APCI là kỹ thuật ion hóa thường được sử dụng để phân tích những hợp chất có độ phân cực trung bình, có phân tử lượng nhỏ, dễ bay hơi.
Trong APCI, ion được hình thành như sau: mẫu hợp chất cần phân tích, hịa tan trong pha động, sau khi ra khỏi cột sắc ký, được cho đi ngang qua ống mao quản đốt nóng. Khi ra khỏi ống nhờ khí nitơ, dung dịch được phun thành dạng sương từ đầu ra của nguồn APCI. Các giọt sương nhỏ được đi theo luồng khí nóng ra khỏi ống để đến một vùng có áp suất khí quyển. Nơi đây sẽ xảy ra sự ion hóa hóa học nhờ điện cực phóng điện, tại đây có sự trao đổi proton để biến thành ion dương (M + H)+ và trao đổi electron hoặc proton để biến thành ion âm (M – H)-. Sau đó, các ion sẽ được đưa vào bộ tách khối.
Hình 7: Bộ tạo ion kiểu APCI
1.5.7.2. Bộ tách khối
Hiện nay có 3 kỹ thuật tách có thể thực hiện MS/MS: kỹ thuật bẫy ion, kỹ thuật ba tứ cực, kỹ thuật khối phổ thời gian bay (TOF). Trong đề tài này, chúng tơi sử dụng thiết bị có kỹ thuật ba tứ cực.
Sau khi diễn ra q trình ion hóa trong buồng API với kiểu APCI (ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển) hoặc ESI (ion hóa tia điện)... Ion sinh ra được tập trung và gia tốc bằng hệ quang học ion để đưa vào bộ tách khối. Tại đây các ion được tách ra cô lập thành một loại ion nhất định. Phân mảnh ion cô lập, MS thứ hai sẽ phân tách những ion này. Những ion mong muốn sẽ chuyển đến đầu dị và chuyển thành tín hiệu.
Trong đó, hệ quang học ion (ion optics) là một bát cực (octopole) gồm tám thanh hình trục xếp song song có tác dụng như bộ lọc khối để đưa ion vào tứ cực thứ nhất (Q1). Ngồi ra cịn có 2 thấu kính nằm trước và sau buồng va đập để hỗ trợ đưa ion vào buồng va đập và tứ cực thứ 3 (Q3). Bộ tách khối (mass analyzer) gồm một buồng va chạm
(collision cell, được xem là tứ cực thứ hai Q2) đặt ở giữa 2 tứ cực (Q1 và Q3). Đầu dò phát hiện ion (Dual Dynode Detector) gồm có 2 dynode đặt vng góc với dịng các ion và phân tử trung tính đi ra khỏi bộ tách khối.
Hình 8: Sơ đồ cấu tạo đầu dị khối phổ ba tứ cực
Một số kỹ thuật ghi phổ trong đầu dò khối phổ ba tứ cực
+ Full Scan
Khi thao tác với chế độ full scan, đầu dò sẽ nhận được tất cả các mảnh ion để cho khối phổ toàn ion đối với tất cả các chất trong suốt q trình phân tích. Thường dùng để nhận danh hay phân tích khi chất phân tích có nồng độ đủ lớn. Đối với đầu dò khối phổ ba tứ cực, chế độ full scan thường được lựa chọn để khảo sát ion mẹ.
+ Selected Ion Monitoring (SIM)
Trong chế độ SIM, đầu dò MS chỉ ghi nhận tín hiệu một số mảnh ion đặc trưng cho chất cần xác định. Khối phổ SIM chỉ cho tín hiệu của các ion đã được lựa chọn trước đó, do vậy khơng thể dùng để nhận danh hay so sánh với các thư viện có sẵn. Đối với đầu dị khối phổ ba tứ cực, chế độ SIM thường được lựa chọn để khảo sát năng lượng phân mảnh khi đã biết ion mẹ.
+ Product ion: với kỹ thuật này các ion sẽ qua tứ cực thứ nhất để chọn ion của chất cần phân tích (thường là ion mẹ) rồi đi qua tứ cực thứ hai. Tại tứ cực thứ hai, ion mẹ sẽ đập thành nhiều ion con. Các ion này sẽ tiến thẳng đến đầu dò. Đầu dị sẽ cung cấp tồn bộ mảnh phổ của ion ban đầu.
+ SRM (Selected Reaction Monitoring): cô lập ion cần chọn (ion mẹ) ở tứ cực thứ nhất, phân mảnh ion cơ lập đó tại tứ cực thứ 2 (thực chất là buồng va chạm) thu được các ion con. Tại tứ cực thứ 3, cô lập 1 mảnh ion con cần quan tâm và đưa vào đầu dò để phát
hiện.
+ MRM (Multiple Reaction Monitoring): trên thực tế, do yêu cầu về mặt kỹ thuật đối với phân tích vi lượng nên các ion con cần quan tâm thường từ 2 trở lên, do vậy kỹ thuật ghi phổ MRM thông dụng hơn SRM. Kỹ thuật này tương tự SRM nhưng ở tứ cực thứ 3, cô lập 2 (hoặc nhiều) ion con cần quan tâm và đưa vào đầu dò để phát hiện.