Giới thiệu Gas Chromatography Mass Spectometry

Gas Chromatography Mass Spectometry (viết tắt là GC-MS hoặc GCMS, tạm dịch là Phương pháp Sắc ký khí kết hợp với Khối phổ) là một phương pháp mạnh mẽ với độ nhạy cao được sử dụng trong các nghiên cứu về thành phần các chất trong không khí. Bản chất GC-MS, đúng như tên gọi của nó, là sự kết hợp của Sắc ký khí (Gas Chromatography) và Khối phổ (Mass Spectometry).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giới thiệu Gas Chromatography Mass Spectometry Giới thiệu Gas Chromatography Mass Spectometry Gas Chromatography Mass Spectometry (viết tắt là GC-MS hoặc GCMS, tạm dịch là Phương phápSắc ký khí kết hợp với Khối phổ)là một phương pháp mạnh mẽvới độ nhạy cao được sử dụngtrong các nghiên cứu về thànhphần các chất trong không khí.Bản chất GC-MS, đúng như têngọi của nó, là sự kết hợp của Sắcký khí (Gas Chromatography) vàKhối phổ (Mass Spectometry).Ngưỡng phát hiện của phươngpháp này là 1 picogram(0.000000000001 gram). Tuynhiên, có rất nhiều chất gây ônhiễm tồn tại trong không khí ởnồng độ thấp hơn 1 picogram /mét khối. Vì vậy, nhu cầu về mộtphương pháp có ngưỡng pháthiện dưới 1 picogram vẫn đangrất cấp bách.GC-MS có thể làm được gì?Phân tách: GC-MS có thể phân táchcác hỗn hợp hóa chất phức tạptrong không khí hay trong nước. Cóthể hình dung điều này như mộtcuộc chạy đua. Tất cả các vận độngviên cùng xuất phái tại 1 thời điểmnhưng người nào chạy nhanh hơnsẽ về đích trước. Ở đây, tốc độđược quyết định bởi tính bay hơi.Chất nào có tính bay hơi cao sẽ dichuyển nhanh hơn chất có tính bayhơi thấp.Định lượng: GC-MS có thể địnhlượng một chất bằng cách so sánhvới mẫu chuẩn, là chất biết trước vàđã được định lượng chuẩn bằngGC-MS.Nhận dạng: Nếu trong mẫu có mộtchất lạ xuất hiện, khối phổ có thểnhận dạng cấu trúc hóa học độcnhất của nó (giống như việc cảnhsát lấy dấu vân tay của 1 người).Cấu trúc của chất này sau đó đượcso sánh với một thư viện cấu trúccủa các chất đã biết. Nếu không tìmđược chất tương ứng trong thư việnthì nhà nghiên cứu có thể dựa trêncấu trúc mới tìm được để phát triểncác ý tưởng về cấu trúc hóa học.Nói cách khác, nhà nghiên cứu thuđược một dữ liệu mới và có thểđóng góp vào thư viện cấu trúc nóitrên sau khi tiến hành thêm cácbiện pháp để xác định được chínhxác loại hợp chất mới này.GC-MS hoạt động như thế nào?Dưới đây là phần minh họa flashcủa GC-MS trên website củaOregon State University. Hãy rêchuột lên tên gọi của các thànhphần để xem phần miêu tả củachúng.Thiết bị GC-MS được cấu tạo từ 2thành phần. Phần sắc ký khí (GC)phân tách hỗn hợp hóa chất thànhmột mạch theo từng chất tinh khiết.Phần khối phổ (MS) xác định cảđịnh tính và định lượng các chấtnày.1. Sắc ký khí (GC):A. Cửa tiêm mẫu (injection port): 1microliter dung môi chứa hỗn hợpcác chất sẽ được tiêm vào hệ thốngtại cửa này. Mẫu sau đó được dẫnqua hệ thống bởi khí trơ, thường làhelium. Nhiệt độ ở cửa tiêm mẫuđược nâng lên 3000C để mẫu trởthành dạng khí.B. Vỏ ngoài (oven): Phần vỏ của hệthống GC chính là một lò nung đặcbiệt. Nhiệt độ của lò này dao độngtừ 400C cho tới 3200C.C. Cột (column): Bên trong hệthống GC là một cuộn ống nhỏhình trụ có chiều dài 30 mét vớimặt trong được tráng bằng một loạipolymer đặc biệt. Các chất tronghỗn hợp được phân tách bằng cáchchạy dọc theo cột này.2. Khối phổ (MS):Khối phổ được dùng để xác địnhmột chất hóa học dựa trên cấu trúccủa nó. Hãy tưởng tượng đến mộtbộ đồ chơi ghép hình. Nếu chẳngmay bạn đánh rơi bộ đồ chơi nàyxuống nền nhà, khi đó một số mảnhghép bị văng ra trong khi một sốkhác vẫn dính với nhau. Xem xétlại các mảnh này bạn có thể tưởngtượng ra được hình ảnh cần ghép.Đây cũng chính là nguyên lý củaKhối phổ.A. Nguồn Ion (ion source): Sau khiđi qua cột sắc kí khí, các hóa chấttiếp tục đi vào pha khối phổ. Cácphân tử phải đi qua một luồngelectrons và vì vậy chúng có thể bịchia thành các mảnh nhỏ hơn vàtích điện dương. Các mảnh nàyđược gọi là ion. Điều này là quantrọng bởi vì các hạt cần ở trạng tháitích điện thì mới đi qua được bộlọc.B. Bộ lọc (Filter): Khi các ion dichuyển trong bộ phận khối phổ,dựa trên khối lượng mà chúng đượcsàng lọc bởi một trường điện từ. Bộlọc này có khả năng lựa chọn, tứclà chỉ cho phép các hạt có khốilượng nằm trong một giới hạn nhấtđịnh đi qua.C. Bộ cảm biến (detector): Thiết bịcảm biến có nhiệm vụ đếm sốlượng các hạt có cùng khối lượng.Thông tin này sau đó được chuyểnđến máy tính. Tại đây các phép tínhđược thực hiện và xuất ra kết quảgọi là khối phổ (mass spectrum).Khối phổ là một biểu đồ phản ánhsố lượng các ion với các khối lượngkhác nhau đã đi qua bộ lọc.3. Máy tính:Bộ phận chịu trách nhiệm tính toáncác tín hiện do bộ cảm biến cungcấp và đưa ra kết quả khối phổ.Phân tích kết quảLàm thế nào để phân tích các kếtquả từ máy tính? Dưới đây là mộthình khối phổ. Trục X là khốilượng còn trục Y là số lượng. Mỗihóa chất chỉ tạo ra một mô hìnhduy nhất, nói cách khác mỗi chất cómột “dấu vân tay” để nhận dạng,dựa trên mô hình ion của nó.Trên hình ta thấy phân tử ban đầucó khối lượng là 5. Trên sơ đồ khốiphổ hạt lớn nhất này được gọi làion phân tử (molecular ion). Cáchạt nhỏ hơn có khối lượng 1,2,3 và4 được gọi là các ion phân mảnh(fragment ions). Trong trường hợpví dụ trên ta thấy các phân tử củachất này có xu hướng bị phá vỡthành các tổ hợp 1-4 hơn là 2-3.Các nhà nghiên cứu có thể so sánhkhối phổ thu được trong thí nghiệmcủa họ với một thư viện khối phổcủa các chất đã được xác đinhtrước. Việc này có thể giúp họ địnhdanh được chất đó (nếu phép sosánh tìm được kết quả tương ứng)hoặc là cơ sở để đăng ký một chấtmới (nếu phép so sánh không tìmđược kết quả tương ứng). ...