kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ, Sắc ký khí

Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ GCMS và LCMS

.Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ GCMS là sự kết hợp thành công của 2 kỹ thuật GC (sắc ký khí) và MS (khối phổ). Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ LCMS là sự kết hợp giữa 2 kỹ thuật LC(sắc ký lỏng) và MS.

Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ GCMS

Sắc ký khí (GC)

Sắc ký khí (GC) là phương pháp sắc ký được sử dụng phổ biến trong hóa phân tích. Kỹ thuật này để tách và phân tích các hợp chất bay hơi mà không làm phân hủy thay đổi mẫu.

Ứng dụng của sắc ký khí

Ứng dụng chủ yếu của sắc ký khí bao gồm kiểm tra độ tinh sạch của một chất cụ thể. Hay tách các chất khác nhau ra khỏi một hỗn hợp (khối lượng của các chất này cũng có thể được xác đinh một cách tương đối). Trong một số trường hợp, kỹ thuật sắc ký khí có thể dùng để xác định một hợp chất nào đó. Trong sắc ký điều chế, phương pháp ký khí được sử dụng để tinh chế các hợp chất từ một hỗn hợp.

Nguyên tắc của sắc ký khí

Trong sắc ký khí, pha động (hay là pha chuyển động) là một khí mang. Khí mang thường là một khí trơ như Heli. Hoặc một khí không hoạt động như Nitơ. Pha tĩnh là một vi lớp chất lỏng hoặc polyme được phủ trên một lớp rắn. Pha tĩnh đặt trong một ống thủy tinh hoặc kim loại được gọi là cột (tương tự cột tách phân đoạn được sử dụng trong chưng cất). Thiết bị được dùng để tiến hành sắc ký khí được gọi là máy sắc ký khí. (hoặc là máy tách khí hoặc máy ghi khí).

Các hợp chất ở dạng khí cần phân tích sẽ tương tác với thành cột – được phủ bởi pha tĩnh. Dẫn đến từng hợp chất được tách ra tại những thời điểm khác nhau – gọi là thời gian lưu của hợp chất. Khi các chất hóa học đi ra ở cuối cột, sẽ được phát hiện và xác định bằng điện tử. Ngoài ra, một số thông số khác có thể được sử dụng để thay đổi thứ tự hoặc khoảng thời gian lưu: tốc độ dòng khí mang, chiều dài cột và nhiệt độ. Phân tích bằng sắc ký khí dựa trên việc so sánh thời gian lưu này.

Nhu cầu xác định chính xác các thành phần trong các hỗn hợp phức tạp là động lực để phát triển các kỹ thuật ghép nối (tandem) các thiết bị khác nhau. Trong đó có một phương pháp được sử dụng rộng rãi và thành công (với các chất dễ bay hơi). Phương pháp đó là kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ (GC-MS).

Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ (GC-MS)

Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ GC-MS là sự kết hợp thành công của 2 kỹ thuật GC (sắc ký khí) và MS (khối phổ). Vì các hợp chất thích hợp để phân tích bằng phương pháp GC (khối lượng phân tử thấp, độ phân cực trung bình hoặc thấp, ở nồng độ ppb – ppm) cũng tương thích với các yêu cầu của phương pháp MS và đều thực hiện quá trình phân tích ở pha hơi (cùng trạng thái).

Điểm “mâu thuẫn” duy nhất giữa GC và MS là áp suất làm việc khác nhau. Áp suất ở lối ra cột GC là áp suất khí quyển. Còn áp suất trong buồng ion hóa lại là áp suất thấp (10-5 – 10-6 Torr). Nhược điểm này đã được khắc phục bằng kỹ thuật sử dụng bơm chân không hiệu suất cao vào và các cột sắc ký mao quản (đường kính trong từ 0.18 tới 0.32mm) được đặt trực tiếp vào buồng nguyên tử hóa của đầu dò khối phổ.

Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ LCMS

Hình 1: Sắc ký đồ (Chromatogram) và Phổ khối lượng (Mass spectrum)

                                   Sắc ký đồ (Chromatogram) và Phổ khối lượng (Mass spectrum)

Hiện nay Kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ LCMS được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Lĩnh vực ứng dụng LCMS như: dược phẩm, môi trường, thực phẩm, vật liệu công nghiệp …

Sắc ký lỏng cao áp LC

LC cho phép tách các thành phần khác nhau trong cùng một mẫu. Nguyên tắc dựa vào sự khác biệt về tính ái lực (lực lưu giữ chất) đối với pha tĩnh của cột và với pha động. Và tùy thuộc vào tính chất của từng thành phần mà phát hiện chúng bởi đầu dò UV, huỳnh quang, độ dẫn điện, vv. Bằng cách sử dụng những đầu dò này, việc tiến hành phân tích định tính các hợp chất chủ yếu dựa trên thời gian lưu. Còn phân tích định lượng thì dựa vào chiều cao và diện tích peak.

Phương pháp sắc ký có thể cho phép phân tách xuất sắc các chất. Tuy nhiên, việc định danh và định lượng một cách đáng tin cậy sẽ gặp khó khăn trong trường hợp có nhiều thành phần rửa giải cùng lúc từ cột sắc ký. Cũng như khi phải tiến hành phân tích đồng thời tất cả chúng.

Đầu dò khối phổ MS

 Là phương pháp phát hiện có độ nhạy cao. Đầu tiên các loại chất phân tích được ion hóa bằng nhiều kĩ thuật khác nhau. Sau đó trong chân không các ion phát sinh này được phân loại. Sự phân loại dựa trên cơ sở tỉ lệ khối lượng trên điện tích của mỗi ion (tỉ lệ m/z). Và sau cùng tiến hành đo cường độ của chúng.

Phổ khối lượng thu được cho thấy một mức độ xuất hiện các ion sao cho mỗi ion đi kèm với một số khối. Bằng cách này MS đã có công hỗ trợ rất lớn trong việc phân tích định lượng. Số khối, thu được trực tiếp từ khối phổ, là một thông tin đặc trưng cho (từng) phân tử. Tuy nhiên, đó là khi các thành phần trong mẫu được phân tích độc lập với nhau. Nếu nhiều chất phân tích đồng thời được tiêm vào thì việc giải phổ trở nên cực kì khó khăn.

Hệ sắc ký khối phổ LCMS

Hệ sắc ký khối phổ LCMS: Là một hệ thống thiết bị kết hợp giữa khả năng phân tách chất xuất sắc của LC và khả năng định lượng xuất sắc của MS. Một phổ khối thu được bằng cách sử dụng chế độ quét (scan analysis). Scan analysissẽ cho biết trọng lượng phân tử và thông tin về cấu trúc. Còn thời gian lưu được cung cấp bởi các đầu dò LC. Nhằm thực hiện phân tích định tính. Ngoài ra, ở chế độ quét ion chọn lọc SIM (Selected Ion Monitoring), việc tiến hành phát hiện căn cứ vào số khối – một thông số cung cấp độ chọn lọc cao.

Ngay cả trong trường hợp sự phân tách bằng sắc ký lỏng không đáp ứng đủ, có thể tiến hành phân tích định lượng nhằm tránh ảnh hưởng của tạp chất. Khối phổ MS tổng hợp giữa khả năng phân tích đa dạng các chất cùng với tính chọn lọc. Do đó nó được dùng như một đầu dò hữu hiệu trong sắc ký lỏng.

Bộ phận của thiết bị sắc ký khối phổ LCMS

Hình 2: Cấu tạo hệ thống LC-MS

                                       Cấu tạo hệ thống sắc ký khối phổ LCMS

Hệ thống phân tích khối phổ kế gồm có bộ phận đưa mẫu vào. (như hệ thống máy HPLC, GC, vv). Bộ phận ghép nối giữa bộ phận tiêm mẫu. Và những bộ phận của hệ thống MS, nguồn ion hóa mẫu, các thấu kính tĩnh điện giúp tạo ion một cách hiệu quả. Rồi khối phổ kế phân tách ion theo tỉ lệ m/z, các ion sau lọc sẽ đi vào đầu dò. Căn cứ vào phương pháp phân tách ion thì có nhiều loại khối phổ kế khác nhau. Một số kĩ thuật ion hóa ở áp suất khí quyển APC như ion hóa đầu phun điện tử (ESI) và ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (APCI), vv….  Và chúng được dùng vừa như bộ phận ghép nối với HPLC và vừa như nguồn cung ion.

Sau khi desolvat hóa, tại đây các ion tạo thành được điều hướng bởi bát cực. Để di chuyển bộ phân tích khối tứ cực. Trong bộ phân tích khối tứ cực, điện thế một chiều và xoay chiều RF (radio frequency – tần số vô tuyến) được áp vào xen kẽ trên đường di chuyển của các ion. Và vì thế chỉ các ion đáp ứng đúng tỉ lệ m/z được lựa chọn trước mới có thể đi qua cho các cặp đối diện của các thanh này. Số lượng ion đi đến đầu dò sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu. Và được ghi nhận bởi máy vi tính.

So sánh kỹ thuật sắc ký ghép nối LCMS với GCMS?

                                      So sánh ứng dụng kỹ thuật GCMS và LCMS

Ưu và nhược điểm của GCMS

Khối phổ kế được dùng trong sắc ký khí GC tương đối sớm. Và mang lại nhiều lợi ích. Sắc ký GCMS là một phương pháp hữu hiệu để phân tách và định lượng các chất. Tuy nhiên, mẫu phân tích lại bị giới hạn. Là những hợp chất khí có khối lượng phân tử thấp hoặc các hợp chất có khả năng hóa hơi. Và những hợp chất này phải rất bền nhiệt. Mặt khác, nếu mẫu chỉ có thể hòa tan trong pha động (chất lỏng). Và những hợp chất thành phần của mẫu này lại không phù hợp với phương pháp sắc ký GCMS. Thì dù cho chúng không dễ hóa hơi hoặc kém bền nhiệt. Chúng cần được phân tích bằng sắc ký lỏng.

Ưu và nhược điểm của LCMS

Phương pháp sắc ký LCMS có lợi thế trong việc xử lý mẫu đa dạng hơn. Khối phổ kế là một thiết bị trong đó chất cần phân tích được hóa hơi thành ion sau đó được phát hiện ở chân không cao (0.1Pa>p>10−5Pa). Đối với sắc ký khối phổ GCMS, chất phân tích được hóa hơi trước bởi GC. Sau đó chúng có thể trực tiếp đi vào hệ thống MS. Tuy nhiên, trong sắc ký khối phổ LCMS, việc kết nối đơn thuần phần LC với MS sẽ làm cho pha lỏng hóa hơi. Và lượng lớn khí được bơm vào hệ thống MS sẽ giảm độ chân không đến điểm mà tại đó những ion cần phân tích không thể đến được đầu dò.

Đối với sắc ký lỏng, ngay cả với vận tốc dòng chảy chỉ là 1ml/phút và phụ thuộc vào loại dung môi thì việc hóa hơi có thể làm tăng thể tích của dung môi lên 1.000 lần. Và sản sinh ra một lượng khí cực lớn. Trong kỹ thuật sắc ký khối phổ LCMS, lượng pha động có thể bay hơi bớt được giới hạn. Người ta đã phát triển nhiều loại giao diện ghép nối để xử lý vấn đề này. Tuy nhiên vẫn chưa giải quyết được những vấn đề về độ nhạy, độ bền và về sự tiện lợi.

Nơi cung cấp khí mang dùng cho kỹ thuật sắc ký ghép nối khối phổ GCMS

Vietxuangas chuyên cung cấp các sản phẩm khí đặc biệt, Khí heli, khí Argon khí mang dùng cho chạy máy sắc ký. Và các loại khí công nghiệp khác như: Khí MetanKhí SF6… Quý khách có nhu cầu về khí công nghiệp vui lòng liên hệ:

Tư vấn kỹ thuật và bán hàng: 0913 532 568

Vietxuangas cung cấp những sản phẩm khí công nghiệp chất lượng. Luôn đảm bảo về mặt an toàn. Vietxuangas mang đến cho khách hàng sự yên tâm khi sử dụng các sản phẩm và dịch vụ ngành khí. Vietxuangas cam kết cung cấp sản phẩm chất lượng nhất, đa dạng nhất. Giá thành hợp lý nhất, dịch vụ chuyên nghiệp nhất.

Hân hạnh được phục vụ!

icons8-exercise-96 challenges-icon chat-active-icon