Các Phương Pháp Phổ Trong Hoá Học Hữu Cơ (p2)

Cuốn sách này cung cấp những chỉ dẫn ban đầu cho việc giải các phổ: hồng ngoại, Raman, khối lượng và cộng hưởng từ hạt nhân của các hợp chất hữu cơ. Thực chất của sự việc là, phân tử nghiên cứu bắt buộc phải nằm trong tầm kiểm soát của các đầu dò năng lượng, và sự hưởng ứng của phân tử được ghi lại thành các phổ. Cho đến nay các phương pháp phổ học được lựa chọn là: hồng ngoại, tử ngoại, khối lượng và cộng hưởng hạt nhân. Nhiệm vụ của phổ tử ngoại là phát hiện các hệ thống tiếp cách (conjugated), bởi vì sự kích thích các điện tử từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích của những hệ thống như thế mới gây nên sự hấp thu trong vùng tử ngoại. Nhưng sự phát triển hiện nay của các kĩ thuật cộng hưởng từ hạt nhân đã đạt đến mức có thể giảm tối đa vai trò của phổ tử ngoại. Hơn nữa, nhiều dao động của nhiều liên kết hoá học không hoạt động trong phổ hồng ngoại, mà hoạt động trong phổ Raman, do đó phổ học Raman được chọn bổ sung cho việc nghiên cứu dao động của các phân tử hữu cơ. Ngày nay, việc nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên để làm thuốc chữa bệnh trở nên vô cùng quan trọng, trong đó việc xác định cấu trúc của chúng là khâu then chốt trong việc giải mã cơ chế tương tác giữa thuốc với các tác nhân gây bệnh. Công việc này khó khăn và phức tạp, nên chỉ giới thiệu một cách tiếp cận vấn đề đối với một họ hợp chất thiên nhiên, đó là chiến lược chung xác định cấu trúc của saponin, dựa trên cơ sở các kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân mà các nhà khoa học Hoa Kì đã sử dụng. Đó cũng là nội dung của chương thứ sáu, chương cuối của sách. MỤC LỤC Chương 1: Phổ học hồng ngoại Chương 2: Phổ học tán xạ tổ hợp (phổ raman) Chương 3: Phổ học khối lượng Chương 4: Phổ học cộng hưởng từ hạt nhân Chương 5: Các chiều trong cộng hưởng từ hạt nhân Chương 6: Chiến lược chung cho việc xác định cấu trúc của Saponin dựa trên cơ sở các kĩ thuật cộng hưởng từ hạt nhân.

Điều đó xảy ra là do sự dư thừa năng lượng của các ion có khối lượng cao hơn Ban đâu, các ion (14n + L) được sinh ra với những lượng gần bằng nhau, nhưng các ion có khối hrợng cao hơn sẽ bị phân mảnh như sau:

cH cH Zens bay EE cu icry “cas bn, EE Gaicint

Sự mắt HạC=CH; diễn ra thành công cho đến khi năng lượng dư của chúng

bị tiêu tan Việc mất :CH; ít được ưa thích và do đó hiếm khi xảy ra Sự lặp lại quá trình này với:tất cả các mảnh vỡ ưu tiên cho sự tạo thành các

cacbocation C3, Cy va Cs

Dic trưng khác biệt thứ ba của phé hydrocacbon no là sự tạo thành hai

loại lon phân biệt-nhau bằng 14 amu, do việc mất RH từ MỸ với sự tạo

à ton (CHạ),CH‡” và các ¡on loại

thành các ion (CH,)„CH; › Và các ion loại (147+ 1)

R(CH,),CH; 1£ =ÑHL *(CH,)/GHƒ *—>—'16 thể vòng hóa hoặc tảo thành các ion aiken

(AI)

a RCH;CH, te RC<CH,

Néu.ca¢ iont'(14ir +1) duge:goi-la.A* thi các ion xuất hiện tại (A-I}"” và (A- 2Ÿ -hôn luôn có cường độ:thấp hơn các ion A”

„ Khi mạch hydrocacbon cớ nhánh thì sự phân bố các ion (14n + 1) thay

đôi gây ân tượng sâu sắc, vì sự chia tách tại điểm phân nhánh có thê cho ra các cacbocation hoặc là bậc hai hoặc là bậc ba bên hơn nhiêu Những ion

như thê luôn luôn mạnh hơn các ion đông phân bậc nhật RCH;” và bât cứ ion

nào mà được tạo thành bằng cách mắt gốc R' lớn nhất cũng thường là vạch ì

co sé (qui tic Stevenson)

Phỗ khối lượng của cycloalkan cho thấy các Ïon khối lượng chãn chiếm

ưu thế bể sung cho các vạch tạo'thành-từ việc:mất các nhóm R nảo đó nối

với vòng Đó là do.các vòng bị phân mảnh thành công bằng cách mắt etylen

Luưu:ý.răng, M, của chúng :ít hom 2 amu so với alkan-tương ứng, nếu là đơn

vòng, ít hơn 4-amu nếu là vòng:đôi,:v:v Hình 3.93 là một ví dụ cho thay

phổ của metylcyclopentan.có các ion (M — CH;)?, m/z 69 và (69-H;C =

CH2)', m/z:41, nhung vach co sé øz/z, 56 lại được tạo thành bằng cách mắt

H;€=CH;từ MỸ;

255

phú tương đối,

4 18 20 25 3O 55 4O 45 50 55 6Ò 65 7O 75 8O 95 90

Hình 3.93 Phổ khối lượng của metylcyclopentan

Các alken cũng có MỸ với 2 amu ít hơn so với alkan tương ứng, hoặc

ít hơn 4 amu nếu li các dien, do đó điều quan trọng cần phải xem xét những đặc trưng nào đang tổn tại giữa các dien và các cycloalkan Mé của các

alken có khuynh hướng trở nên rất mạnh, tương ứng với các đồng đẳng no

của chúng, vì sự ion hóa xảy ra trên liên kết đôi nhờ: :loại: bỏ một troág các điện tử œ, để lại sườn cacbon tương ứng không bị xáo trộn >

Khi các alken phân mảnh, chúng có xu hướng: cho ra hàng loạt các ion

Các ion allyl tạo thành, với cấu trúc chung, RỂH—CH=CH,, ấu

én định nhờ cộng hưởng, như đã chỉ rã ở trên, và tạo niên loạt con an

Ta nói “loạt” ở đây thật Ta là có bao nhiêu Ì ion 1 Catt „ CÓ thể dự đoán

được, đối với alken bất đối xứng với cấu trúc 'RCH,CHCCHCH,R'

Có bai ion, RCH;CHCH=CH; „„ RCH,CHCH= CH, TƯ

"thé ion hóa với điện tích dương trên cả hai đầu mút và sự phân tách allylic có

thể xây ra tại cả hai nhóm CH)

256

Vay, điều đó lưu ý đến một trong những vấn đề lớn với phố khối lượng ~ - các nối đôi đi trú đọc theo mạch bằng hàng loạt độ đởi H

ra cling một sự phần bố'các ion phan tir nhờ các độ dời H đó vờ cóc phổ thực

sự giống nhau - Điều đó ci \g xây ra trong cycloalken, đặc biệt là

cyclopenten và hepten.' Như thể phép do phổ khối lượng là một kĩ thuật nghèo nàn không thé ding để xác định vị trí của nối đôi trong phần lớn các

alken: Điều bat lợi hơn nữa là một khi ta ion hóa một liên kết đôi, có thể có

sự quay tự do Hên kết đó, như thế các đồng phan E va Z (cis va trans) cũng cho các phổ giống nhau

Tuy nhiên, các cyclohexen có sự phân mánh đặc trưng dẫn đến sự phá hủy vòng thành ion đieny] và etylen:

- Đ>Ö-©C

Ton m/z 54 tượng đương với MỸ * của butadien CH¿CH- CH=CH; Kiểu

phân tách nảy là phản ứng Diels-Alder ngược và rất hữu dụng trong việc đặc

trưng hóa nhiều loại terpen khác.nhau, được tìm thấy trong các loại đầu thiên nhién,-nhw limonen tao nén cdc ion.2-metylbutadienyl, m/z 68 14 vạch cơ sở trong phố khối của nó:

¬-— 3

propargvl H-CEC—CH¡ mưy so qược tạo thành nhờ: mất-R' từ Mi,

thường khá mạnh và đặc trưng cho các alkyn đầu cuối:

H:

R : wM/z39/lon propargy]

Các cacbocation nhận được từ nhóm R (R” và cắc sản phẩm phần hủy từ

nó, xem các phô của alkan) đều có mặt nhưng nói chung là yếu hơn Nếu nhóm R có các hydro + đôi với C=C thì quá trình kiéu “McLafferty” đưa đến

Phổ khối cia hdu hét cde hydrocacbon thom cho cde vach Mé pip

mạnh, bởi vi các vòng đều bền Khi chúng phân mảnh, các ion (M ~ C;H;)

và (M — C;H;) được tạo thành, và cũng trong phạm vi giới hạn xảy ra việc

mất H’, sau đó là mất C;H; và C;H; Các hợp chất CạH; cho thấy các ion đặc trưng tại m/z 77, 52 và: 39, nhưng chúng thường nhỏ hon 20% độ phong phú

tự nhiên: Khi nhóm älkÿÌ gắn với vòng beizen, thF Sử phân tách B ina tiên

xây ra đối với vòng (sự phân tách ðé»zy/ic) đề tạo thành '/⁄2-91 nỗi trội, ion

CsHs—CH,—R 13 >> CH;CH, = miz 1

Phổ khối của các đồng phân dimetyibertzen ñầu như giống nhau và cho

thay bị mất CH;' để cho ra CH:C¿H¿` ( lại là ion tropylium m/z 91), và việc

mat H tir một trong các nhóm CHỊ; để cho ra vạch: trung bình tai m/z 105 la

ion metyltropylium CH:C;H,", Đó là sự phân tách,benzylic, nợi R.= H Sự

tạo thành ion tropylium ‘la dic tring cho các hợp chất nhân thơm có

nhóm thế alkyl Vì sự đ: ứng của chúng nên phổ của chúng rất giống nhau

vả bằng cách đo phô khối lượng không thể tìm thấy mổ hình thế”, `

Mặt khác, sự phân nhánh trong mạch bên có thể gây nên những khác biệt như đã xem xét.-Vi du, isopropylbenzen-dé bi mat mét trong “các nhóm CH: nhờ sự phân tách benzylic dé cho ra m/z 105 (mefyltropylium) như là

vạch cơ sở, nhưng đương nhiên propylbenzen bị mất CHạCH; nhờ quá trình

258

iS

này, đo đó vạch cơ sở của nó là z⁄z 91; và bản thân :iơn tropylium (M= CH3)

Su phan ménh thuong: ding khác là sự tái'sắp xếp McLafferty của y-H

từ mạch bên alky| nôi-với vòng nhân thơm, cho ra-ion có Ì amu cao hơn các ion tropylium Ching ta đã thấy một vài ion như thé trong phé khối lượng

của 2-phenyletanol Butylbenzen là một ví dụ điển hình (hình 3.94)

Jan nữa khó có thể phân biệt giữa các ác chất đồng phân Nhà -tự nhau bằng các

phổ khối lượng riêng lệ 5 ý

3.24 SU PHAN MANH CUA CAC HOP CHAT HALOGEN HỮU CƠ:

- 'Chúng ta đã xét các phương phấp tính toán độ phong phú tưởng đối cho

‘cdc cluster ion sinh ra nhờ các đồng vị của clor ‘va'brom “Ching ta cũng đã chỉ ra rang, mac.dau flor va iot 1a, những nguyên tố.đơn đồng vị, chúng vẫn

có thê được nhận biết bằng các số gia điển hình trong M, của các hợp chất

mà trong đó chúng, ø được thay thé

Đối với flor số gia đó là 18'amu và iot là 126 amu-qua hydro bi thé

Chúng ta có thể nghĩ răng, các hợp chất halogen rất dễ phân biệt với nhau,

nếu căn:cứ vào phố khối lượng, đặc biệt khi chúng ta thường, làm việc trong lĩnh vực vi-phân tích hoặc có thê phải thực hiện phép thử định tính đơn giản

để phát hién halogen Sau đó là vấn để số học đê cho 'số lượng va kiểu

halogen phù hợp với 'À⁄4 quản sát thấy, và cường độ của các cluster đối với

423 kJ mol”, tức là 'F hiếm khi bị mắt khỏi hợp chất F Nói cách khác, các

liên kết yếu hơn bị chia tách trước tiên Nói chung, sự phân mảnh bình

thường của các nhóm chức khác xảy ra là để sinh ra các ion cơn bi thé flor

18 amu dén khối lượng cao hon, cho một nguyên tử flor hiện diện, so với các

sản phẩm phân tách thông thường Như thế, trong phổ khối của 2,4-

dinitroflorobenzen có ion Ms mạnh điển hình, việc mất một nhóm nitro dẫn đến ion nhỏ tại m/z 140 và việc mắt nhóm nitro thử hai dẫn đến vạch cơ

86 tai m/z 94, C2HF” lon chiếm ưu thể thứ ba m/z 30 là NO"

Việc mất HF xay ra vi c6.m/z 74, CoH” hiện điện cùng với ion con của

CHH;Xy? Tm X” + CH —mX" + CHẤT T—m ee CgH‡

Sự phân mảnh thứ hai này liên tiếp vi phạm qui tắc điện tử chẵn + một

ion điện tử chẵn C¿H;X;* bị mật gốc X” thay cho các i có điện tử chan

Điều đó được suy đoán từ sự việc là liên kết C — X là liên kết yêu và sự bên vững của các gôc halogen Tuy nhiên, HX đôi khi ‘bi mat từ các ion điện tử:

chẵn, như qui tắc đã tiên liệu

Khi các hợp chất nhân thơm halogen có chứa hỗn hợp các halogen của

các kiều mẫu phân mảnh có thể hoàn toàn có thể được sử dụng trong việc

xác định sự có mặt của chúng Các ion mạnh nhất trong phổ, ngoại trừ M :

sẽ lä những ion được tạo thành băng cách mắt halogen thir nhật 4; cao nhất,

vì nó sẽ có liên kết C — X yếu nhất, tức là I tước Br; Br trước Ct, Chtrude F

Nhu thé, bromocloroiodobenzen sé phan manh nhu sau: 3

C¿H;CIBr ** —> 1°+ CH,CIBr*—» pre+ CgH;Cl *®

Các ien như CeH:CH”, CạH;BH' CoH *S CoHBr ** og

cường độ yếu hoặc không có mặt trong phổ khối Lưu ý rằng, thông thường

chúng ta không thê chỉ căn cứ vào mỗi phô khôi đê nói nhiều về các kiểu

va

Vạch ion phân tử trong phổ của các hợp chất halogen benzyl thuong

quan sát được Nguyên tử halogen bị mất vô cùng nhanh: để tạo thành ion tropylium, C;H;"

260

: Đối với: các hợp chất halogen béo có khuynh hướng rõ rệt trong tường

độ của ion Mi Đối với các hợp chất iodo i ion phan tử là mạnh nhất, đối với các hợp chất bromo kém mạnh hơn, đối với các hợp chất eloro và floro —

còn yếu hơn nữa Vì nhóm alkyl trở nên dài hợn, vì lượng mạch nhánh ơ

tăng lên, hoặc số lượng các nguyên tử halogen tăng lên, nên cường độ của ion ‘Ms giảm xuống Điều đó có nghĩa là sẽ rất khó khăn trong việc xác

định chính xác các cường độ phức shop của các ion M š của các hợp chất halogen béo, bởi thế mà kiến thức về sự phân tách đặc trưng mới hữu đụng

Dường như trong số các cách phân tách đã nêu ở trên thì việc tách đơn giản nguyên tử halogen ra khỏi cacbocation là cách phân tách quan trọng nhất Nếu đó là hydrocacbon thì trạng thái dừng của phổ sẽ giống với phố

khối lượng của hydrocacbon Sự phân tách nay là quan trọng: nhất khi

halogen là nhóm ra, như thế nó đặc trưng nhất của các, hợp chất iodo va bromo Thường thì ion (M- CỤ” trong phổ của hợp chất cloro là yếu, và như

ta có thể mong đợi, (M- F)` không đáng kế trong phổ của hợp chất floro

Trong phổ khối của 1-bromohexan (hình 3.95), ví dụ, vạch tại m/z 85 là do

sự tạo thành ion (hexyl)” Sau đó ion này bị phân mảnh bằng cách mắt

propen để tạo thành ion C;H;', z⁄/z 43

Tỉnh 3,95 Phổ khối lượng của 1-bromohexan

'Các haloalkan cũng có thể bị mắt phân tử HX theo quá trình sau đây:

[R—CH;CH;—X]š —> [RCH=CH; ]$ + HX Phương thức phân mảnh này là quan trọng nhất đối với floroalkan và cloroalkan

261

Một phương thức phân mảnh ít quan trọng hơn, đó.là sự phân tách ơ, tương phản với tính cách của nhiều nhóm chức khác như —OH, C=O và — NH-:

Trong những trường hợp, khi mà vị tri œ bị phân nhánh, nhóm alkyl lớn

nhất được tru tiên mắt trước (qui tắc Stevenson) và sự phần tách œ là tương

đối nỗi bật vì ion RCH=X” sẽ được ổn định nhờ hiệu ứng +1, +M của nhóm

R Cho dù như thế thì các ion từ cách phân tách œ như thế cũng vẫn có độ

phong phú tương đối thấp, nhưng có thể cố ích trong việc giải mã cấu trúc,

đặc biệt Tiếu các ion đó chứa CỊ và Bĩ với các tỉ số đồng vị có thể phân biệt

Cách phân mảnh đặc trưng thứ tư của các hợp chất halogen được quan

sát thầy chủ yếu trong phổ của các hợp chất cloro và bromo Nó,bao hàm

việc tái sắp xếp thành ion halonium vòng với việc mất gốc alkyl Giống như trong phổ của rượu, vòng năm cạnh được ưa chuộng: :

+

(Cis) du tao thanh cdc ion CHHSX "* (niz 91/93 var 135/137, tong ting)

như là những vạch chính löặc vạch cơ sở: Trên hình 3.95, p/z 135/131,

C.HsBr’, tương tự về cường độ như ion (M-Br)”, và trong 1-clorooctan,

C.HeCI* (hinh 3.96) là vạch cơ ác:hợp chất cloro- và bromoalkan mach

nhánh đều cho các ion vòng bị thế của loại đó, với số lượng bị giảm đi rất nhiều Điều đó có khả nang xay ra do sự cạnh tranh với việc mất HX và với

sự phân mảnh hydreeacbori Điều kì lạ là các ïdi: vòng sáu-cạnh tương ứng,

C;H¡oCT” và CzHuoBr” mặc đù thường được tìm thấy trọng phố của các hợp

chất mach-dai, chúng không bao giờ là rất mạnh cả Vì sao vòng năm-cạnh

lại bền hơn lại không có câu trả lời.: : 2

262

Hình 3.96 Phổ khối của 1-clorooctan

3.25 SU PHAN MANH CUA CAC HOP CHAT NITRO

Cae hop chat nitro béo déi khi thé hiện như những dung môi, như

Mỹ

nitrometan, CHạNOa, chúng có các ion rất yếu và phân mảnh thành các

ion hydrocacbon:

RNO;.—> NO; + R ——> cácionalky)

Sự tái sắp xép “McL” không xảy ra nhưng các ion “McL”, ví dụ

Ô m/z 61 chỉ no khoảng 1% độ phong phú tự nhiên hoặc ít hơn

Sự phân tách B để cho ra CH.NO,, mlz 60 là không đáng kể Như thế, (M-

46) 1a điển hình cho hợp chat nitro béo, NO; ,:m/z 46 không được qùan sát thấy một cách bình thường

Mặt khác, các hợp chất nitrit đồng phan, R’-O-N=O dé bi phân tach B

48 cho ra ion m/z 60 va R’

r<CHS S-O-NFO —>R*+ CH;=Ó—N=O miz 60

Các nitrit cũng cho thấy NO”3 -nạnh, z/z 30, nhưng NO; không được sinh ra Không có dấu hiệu của sự đồng phân

ˆ RNO; š =— RONO ‡

sự đồng phan nay thường xảy ra trong các hợp chất nitro nhân thơm, như thế

các hợp chất RNO; và RONO là hoàn toàn khác nhau

263

Các hợp cht nitro nhân thom thường gặp phải và thường cho các phô

khối lượng khác nhau Các vạch Ms thường rất mạnh, và sự mắt “NO;

thường cho ra Ar” như là vạch cơ sở, đặc biệt nếu nó được ổn định bằng

nhóm +M và/hoặc có thể tải sắp xếp thành iơn tropylium Nhiều hợp chất ArNO; cho thay ion (M-O)* nhé và hoàn toàn đặc biệt - một vài nhóm chức

Ms

khác mắt nguyên tử oxi đơn độc từ : Tuy nhiên, sự phân mảnh thú vị

nhất là sự mất NO, tiếp theo đó là CO, từ Mễ „ Điều đó xảy ra là vì hợp

chất nitro Mỹ gi sắp xếp thành nitit dễ bị mất NO để cho ra cation

aryloxy Điều đó được giới thiệu trên hình 3.97 Từ phổ khối của, các ete phenyl người ta thấy ion phenoxy ø⁄2 93 và Ton con của né m/z 65 có:họ hàng.với nhau

ortho Ví dụ, nl 121 (M-OH) trong 2 -nitroanilin’ được tạo thành căng như

Phố của ba nitroanilin đồng phân được thể hiện so “sánh trên hình Bi 98

(1), (2) va (3) lon (M-OH) trên hình 3:98 (1):mặc'dầu nhỏ nhưng vẫn phân

biệt được y hợp chât.2-nitro Trong 2-nitrotoluen, M, = 137, (M:OH), m/z

264

120 là vạch cơ sở, nhưng hiệu ứng ortho mạnh như thể thì không thường

3.26 SU PHAN MANH CUA CAC HOP CHAT DI VONG VA CUA CAC

HOP CHAT LUU HUYNH

Trong mục này chứng ta sẽ xem xét các kiêu phân mãnh của một số các

hợp chất dị vòng thông thường và kết thúc với các dị vòng lưu huỳnh với

một sô hợp chất chính như thioÌ, thioete va thiophenol

„Các hợp chất đị vòng là những hợp chất nhân thơm, trong đó một hay

nhiêu nhóm =C-H bj thé bằng các dị nguyên tử như =N, ~NH-; -O-, -S-

chúng, như quínolin, rất phố biến trong hóa sinh Vì thể chúng tạo nên những hợp phần quan trọng của các cơ thể sống và của nhiều được pham, ma

việc phân tích chúng là quan trọng *

Trong mục 3.22 chúng ta đã xem xét một đị vòng vì nó cũng được phân

loại là amin, Dé 1a pyridin, CsHsN N6 c6 Mé manh va mat HCN dé tao

thành m⁄z 52 (75%) Cũng có cả ;m/z S1 nhưng các mảnh quan trọng khác thì không có Chúng ta cũng nói thêm răng các alkylpyridin déu mat H dé cho ra

các ion azatropylium, rồi những ion đó cũng mật HCN Nếu trong mạch alkyl có các nguyên tử y-H thì sẽ xảy ra sự tái sap xép “McL” với việc mất

alken và tạo thành zz⁄z 93, đồng phân với Ms của các metylpyridin

Bây giờ chúng ta phát triển mô hình này sang các dị vòng khác Phần lớn chúng đêu cho Mã mạnh, và các đồng dang alkyl déu mắt H (nêu CH;

bị thể), hoặc phân tách liên kết B để mất R' và cho ra các chất tropylium,

thường là vạch co SỞ Các vòng tự bề gầy bằng cách mất các phân tử nhỏ,

trung hòa và bên, đồng đẳng với HCN, như HC=NH, CO, HC=O, HC=S 266

cũng, như HC=CH Trong, số các đị vòng bị thế có ArX thê hiện ở các dạng Ar" khác nhau, và hầu hết các kiêu ArCOX đều có ArCO” la những vạch

mạnh (hoặc ArCOOH” nếu X có y-H đề thực hiện việc tái sắp xếp “MeL”)

Bảng 3.8 thể hiện các kiểu mẫu chính của phố khối lượng các di vòng

' Phần tử chủ yếu bị mất trong số các phần tử đã được chỉ ra

? Vạch phổ, do các dialkyltuazol và các methylthiazol chỉ ra, không tạo được ion tropylfum

> Sw phan tach B dé cho ra ion tropylium chiếm nhiều ưu thế

* HCN bị mắt trước tiên, tiếp theo là H, Các ion được tạo thành đểu mạnh như nhau

Từ bảng 3.8 ta thấy, ngoài đác furan và các imidazol ra còn tất cả các ion tiêu biểu được dự đoán của các đị vòng này đều có các giá trị m/z khác nhau Ta có thể phát hiện được đó là hệ thống nào và nhớ lại rằng lưu huỳnh

có một đồng vị quan trọng (M + 2) phân biệt với các ion đị vòng lưu huỳnh

Cac furan duge phân biệt nhờ việc mất CHO (29 amu) Các imidazol xử sự

giống pyridin hơn là pyrrol bằng cách chỉ mất 66 HCN (27 amu) Điều đó

267

hướng sự chủ ý vào nét đặc trưng thông thường của các phổ khối lượng-của

các dị vòng chứa nitơ,

Khi nao di vòng có chứa đơn vị cấu trúc —N=CH~, nó sẽ mat HCN rat đặc trưng trong phổ của nó Các imidazol và các thiazol hẳu:như chỉ mất

HCN (không có CH=NH hoặc HC=S, tương ứng) còn các oxazol thì mất cả

HCN và CHO, tuy nhiên CHO có khuynh hướng trở nên được ưa thích hơn

Có một đặc trưng thông thường khác baó ham nhóm này là sự tái sắp xếp

“MeL” từ các chat thé & vi trí 2 có các nguyên tử y-H Furan, pyrrol va thiophen tạo nên các ion tropylium bằng cách phân tách B trực tiếp

Một câu hỏi thú vị liên quan đến các chất thé ở vị trí 2 là liệu có thể phát

hiện được các hợp chất có chứa các chất thể đó bằng phép đo phô khối

lượng? Trong các dị vòng chứa —N=CH- và các nguyên tử y-H trong chất

thé, thì các ion tái sắp xếp “McL” sẽ được tìm thấy và câu trả lời là có Các chất thế 2-metyl gần như luôn luôn bị phát -hiện đo chúng bị mắt thêm 14

amu trong mnảnh trung hòa, tức là 2-metylpyridin bị mất CH;CN, 41 amu,

các 2-metylfaran bị mất CH;CO, 43 amu, các 2-metylthiophen bj mat

CH¡;CS, 59 amu, và v.v đối với các hệ thống khác Các furan và thiophen cũng cho thấy các ion tương ứng với các chất trưng hòa, tức là HCO” ⁄z 29,

CH¡;CO mz 43, HCS” mz 45, CHạCS” mø/z 59 chứng minh cho sự khác biệt

đó Một khi mạch bên tại vị trí 2 dai hon CHs, thi dù cách gì ẩi nữa, phương thức bẻ gãy van là sự phân chia B đối với ion tropylium tương ứng và sự khác nhau đó không còn nữa

Chúng ta cũng sẽ tìm thấy rằng các hiệu ứng ontho, giữa hai chất thể,

đứng cạnh nhau trong dị vòng bị thế hai lần, xảy rá theo cách tương tự như

cách đã xảy ra trong các hợp chất thiên nhiên, tức là không bao gồm dị

nguyên tử Ví dụ, 2-metyl-3-cacboxietylthiazol tách etanol trong khi 2-

Khi so sánh các hợp chất lưu huỳnh với các hợp chất oxi tương tự, ngoài

sự hiện diện của đồng vị (M+2) 4%, các vạch Mễ nói chung đều mạnh, Về

268

các phương diện khác, tính cách của chúng tương tự với đồng đăng oxi với

một vải sự khác biệt đáng kê

Các rượu cho ‘thay các ion phân tách ơ trong loạt m/z 31, 45, 59, 73

es

(CH;=OH v.v ) các thiol cling cho thdy CH)-SH, m/z 47, sau d6 la m/z

61, 75, 89 Các rượu cho thấy (M-H;O) và M;(H:O + CH:=CH2), các thiol ciing cho thấy, (M-H;S§) va M-(H2S + CH;=CH;), tức là các vạch (M-

34) và (M-62) „

Tất cả các ion đó trong thực tế đều được tìm thấy, song song với các ion

hydrocacbon được tạo thành bằng cách phân tách tại từng điểm trong mạch alkyl Trong các mạch năm cacbon hoặc nhiều hơn, sự phân tách ô đặc biệt được ưa thích trong các thiol như iọn được tao thanh, m/z: 89, là lon vòng:

lon nay là đồng đẳng với các ion oxonium vòng và halonium do các

rượu và cloroalkan, bromoalkan tạo nên

3.26.3 Thioete (sulfua)

Chúng ta có thể nghĩ đến sự phân tách œ của mạch dài nhất sau khi nó

id

cho ra các ion như RS=CH:, tức là trong các loạt ø/z 61, 75, 89 mặc dầu

có sự mắt cả các gốc mà chúng ta mong đợi Nêu như nhóm R chứa B-H, thì

ion RS' xuất hiện trong loạt m/z 47, 61, 75, 89 Như thé, thioete R-S-R'

cho ra RS* va R’S” với cường độ không bình thường Sự khác biệt thứ hai là một trong cdc nhém alkyl tach tá cùng với việc chuyên B-H tới nguyên tử

lưu huỳnh đã điện tích, sau khi cho ion 1 amu cao hon so vai RS”

H

R—Š-ZCH;CH ann —= RSH † CH;ECH; +“

Sự hiện điện của ion khối lượng chấn rất có lợi trong việc định vị vị trí

của lưu huỳnh trong mạch F

3.26.4 Arylthioete va thiophenol,

Me phải mạnh và việc mất R' để cho ra ArS* Xà ion này tiếp theo

phải mất C=S để tạo thành các ion ©yclopentadieny] Cac ete aryl metyÍ phải

loại bỏ CH;=S và chuyển hydro đến vòng thơm M + cũng phải phân mảnh

bang cách mất RS' để cho ra các iơn Ar’, và các nhóm R của mạch dài hơn phải mắt alken và chuyển hydro tới lưu huỳnh để cho ra ArSH' Hình 3.100

thé hiện phổ khối lượng của metylthiobenzen và sự con đường phân mảnh

~ Trên hình: 3:100-có.một mảnh không đúng Với dự đoán của-chúng-ta.-Đó

là sự 1ạo thành ion tropylium; ⁄ 91, bằng cách đây: HS: ra Trong các

thioete alky! bậc cao thï việc đó không quan trọng, xì-sự tạo thành các ion

ArS"=CH; và ArSH” có khuynh hướng thay cho su mat HS" Do dé (M-SH)

là đặc trưng của các hợp chất ArSCH:

Đối với các thiophenol, sau khí mất C=§ để cho- ra các ion

cyclopentadieny! sé phai xuất hiện Ms manh \ và các dẫn xuất khác với các dẫn xuất alkyl (so với các phenol) Các metyl và alkylthiophenol phải mat

hoặc H' hoặc loại bỏ nhóm ÿ-R' của mach alkyl để cho ra các ion

sulphhydrylrogylfim đồng đẳng với các ion hydroxytropylium

Trong thực tế các thiophenol khác hoàn toàn với những dự đoán trên đây Hãy xem phô khối trên hình 3.101

Hình 3.101 Phổ khối lượng của thiophenol

Thiophenol cho thấy có hai điểm đặc trưng đẳng quan tâm, đó là Ms

va (M-CS), m/z 66 Song cũng có các ion quan trọng xuất hiện tại (M- H),

mlz 109, (M-C2H2), mlz 84 va (M-SH), m/z 77, chúng không có các đồng

đẳng trong phổ khối của phenol Cé thể đoan chắc rằng, (M-H) là ion

~-~thiotropylium mà sau đó mat CS dé cho ra m/z 65:

mlz 109 : "a mie 65

_ Viée mat SH và C;H; là sự phân mảnh hoàn toàn hợp lí đối với các hợp

chất benzen bị thế, với năng lượng hoạt hóa ở đây có lợi hơn là trong các

phenol

Các thiophenol alkyl cũng ‘cho thấy: tính cách khác Chúng mất SH nhanh hơn nhiều so với nhóm từ cacbon @ va cho các ion tropylium alkyl

trong day m/z 91, 105,119, Điều đó có thể-xây ra là vì gốc 'SH bền hơn

“OH và vì thế dễ bị mắt hơn “tị Vì các mạch alky] trở nên đài hơn nên sự

phan tách a cạnh tranh với việc mất 'SH Các thiophenol cũng cho thấy

cũng một kiểu hiệu ứng ortho như đã thấy ở ở các phenol bị thế ở vị trí 2, tức

là axit thiosalicylic và este metyl của nó tách loại HạO và CH;OH, tương

271

img tr Mo, trong lúc các đồng phan bị thế ở 3 và 4 thì không làm được

Điều thú vị ở đây là bước thứ hai trong cơ chế này là mắt CO, chứ không

điêm của các kĩ thuật nảy: Ỹ

Hình 3.102 Phố khối lượng của leucin

() Va chạm điện từ (El) (b) lon hóa hóa học (CŨ) (e) Giải hấp ðng (FD)

Pho va chạrh điện từ của ảxit amino (hình 3.102a) hoặc của các este của

chúng đêu cho các vạch ion phân tử yếu hoặc không tổn tai, nhưng phổ ïon

hóa hóa học và giải hấp trường (hình 3.102b và 3:102c) cho ra hoặc vạch lon

phân tử hoặc vạch tựa ion phân tử Các ion phân tử yếu trong phô va chạm

272

điện tử xuất hiện do axit amino dé dang bé mất nhóm cacboxyl của chúng và các este cũng đễ loại bô nhóm cacboalkoxyl của chúng trong va chạm điện

Kiểu ¡ phân mảnh FD đối với leucin cho thay i ion MH* (miz 132), ion này

đễ mất nhóm cacboxyl để tạo thành ion m/z 87, ion này lại mắt nguyên tử

hydro để tạo thành ion m/z §6:

lon hóa hóa học (hình 3.103b) không có lợi-vì lon:phân- tứ đã bi-proton-

hóa cũng dễ đàng dehydrat hóa Sự dehydrat hóa hoàn toàn không quan sát

thấy trong phổ giải hấp trường (hình 3.103), trong phê đó chỉ cho thấy vạch

điện tích đương nhờ-oxi láng giêng, : ade ặ 28

Như thể, việc mất mảnh RCO; và sự xuất hiện của các mảnh (RCO:H +

H}” biểu lộ tính đông nhất của các cầu từ axit của chúng,

3.27.3 Triglycerit

„ Các triglycerit thiên nhiên có trọng lượng phân tử cao và độ bay hơi

thấp, cho các vạch ion phân tử (hoặc MH’) yêu hoặc không tồn tại nhờ các

kĩ thuật EI va CL

274

3.27.4 Các lớp chất hỗn hợp -

Các lớp hợp chất hữu cơ sau đây đã được thảo luận trong sách của

Biemann.(B) hoặc trong các sách của Djerassi (D, DI, DI])

Che cyanua.va isothiocyanat rb, chuong 11

Từ những năm 1960 việc sử dụng phổ học khối lượng (MS) được liên

kết chặt chẽ với sự phát triển của sắc kí (GC) trong việc phân tích các hỗn hợp hữu cơ bay hơi phức tạp Vào khoảng giữa những năm 1970 GC-MS liên kết đã trở nên chin muéi và phát triển thành một phương pháp thông

dụng trong phân tích Sau đó việc sử dụng phép sắc kí lỏng hiệu năng cao

(high performance liquid chromatography — HPLC) cho việc phân tích các hợp chất hữu cơ không bay hơi trùng hợp với việc phát triển các phương

pháp ion hóa mới, thích hợp cho những hợp chất như thế, ví dụ giải hấp trường, ion hóa và bắn phá nguyên tử nhanh Điều đó dẫn đến sự quan tâm

đặc biệt đến việ

lên kết máy sắc kí lỏng với phổ kế khối lượng Ngày nay

GC-MS đã phát triển nhanh chóng thành phương pháp có hiệu quả liên kết

bai loại thiết bị với nhau

Ở đây sẽ đề cập tới hai kĩ thuật: GC-MS (mục 3.28.1) và LC-MS (mục

3.28.2), tập trung vào các phương, pháp liên kết hiệu quá hai loại thiết bị, và

bằng các kĩ thuật thăm dò hoặc AGHIS Điều đó thật phức tạp, nhưng lại là

những tiến bộ đáng kể :

i

phân tích trắc phổ khác, nhự hồng ngoại, cộng hưởng từ hạt nhân, đề kết

luận về cầu trúc của hợp chất Từ những nghiên cứu về sự phân mảnh trong mục 3.22 ta có thể nhận biết rằng các đồng phân có thể chơ'các phô khối

lượng giống nhau đến nỗi không thể phân biệt nhau, Trong những trường

Tuy nhiên, cái khó trong việc phân tích hỗn hợp nằm ở chỗ: khó tập hợp được các cầu tử chính, phương pháp tốn nhiều thời gian, không thể dung 'cột

mao quản vì lượng mẫu phân tích quá nhỏ

Như thế, phương pháp thích hợp nhất là liên kết các máy sắc kỉ với các phô kế khối lượng, hơn là cố phân chia mẫu cho hai loại phê kế Vậy chúng

†a có một tình thế lả, mẫu nước tiểu lây từ một bệnh nhân đang dùng thuốc đặc biệt để phân: tích song song bing GC-MS déi với những chất trao đổi

bay hơi, bằng GC-TR để xác nhận các chất trao đổi đó, và bằng LC-MS đối

với các chất trao đổi không bay hoi ˆ nee

thường) hoặc trên LC và cần định danh hoặc định lượng một số cầu tử của

pho ké, gọi là giao điện, không gây

én s

tập nhận trong thực thị nhiệm vụ Sẽ là vô ích khi

diện của nó lại làm cho các hợp chất bị giảm cấp vì nhiệt, hoặc không đủ

nhạy - an A

Ẹ

Chúng ta hãy xét vấn đẻ quan trọng về độ nhạy Nhú cầu phân.tích ‘hang

ngày trong sắc kí khí là phải phân tích đến một: phần triệu gam hợp chất

trong dung dịch Theo qui ước, cần đưa một mierolit (jl) dung dịch phân tích

vào cột sắc kí khí và‹hi vọng nhận được tín hiệu bỗ ích từ một đầu dò nảo

„ Có-bao nhiêu hợp chất, tính bằng gam {g), được.cung cấp cho phổ kế

khỗi lượng từ việc phun một ,Ï của dừng dịch 1 ppm (theo trọng lượng) của

hop chat dé bay hoi, giả sử hiệu suất chuyên giao đến phổ kế khổ: 100%? lượng-là

- 1 ppm theo trong lượng là 10 ø trong 1£ dung dịch

1z là 10” 8 (giả sử tỉ trọng đơn vi)

276

„ Đo đó, lượng chất tần trong 1-zl là 102 g, hay là l.nanogam (ng) Các

phổ kế khối lượng hiện đại có khả:năng thực hiện các phô khối lượng đến

khối lượng nanogami và, tế; có thê xuống tới ngưỡng 10”? g, picogam (pg) Các nhà sản xuất đã nói đến độ nhạy cỡ femtogam (10”5 ø), nhự vậy là

đã có thể nhận được các số liệu phô từ những lượng hợp chất ở mức phản tỉ (10 g cho 1 ø dung địch) Kết huận là phổ kế khối lượng đã có độ nhạy cao

hơn so với đầu dò sắc kí khí loại tốt,

Thông số tiếp theo là nhiệt độ Sắc kí khí hoạt động ở những nhiệt độ

giữa nhiệt độ môi trường và khoảng 300°C, phụ thuộc vào bản chất của mẫu

do va phaz tinh trên cột '

Hệ thống đầu vàỏ và buồng nguồn của phổ kế khối lượng thường hoạc

động ở khoảng 200°C Điều đó bảo đảm sự chuyển mẫu đo qua hệ thống một

cách có hiệu quả và loại bỏ nhanh chóng sau khi ion hóa, nhưng nhiệt độ đỏ

không đủ cao đẻ phân hủy hầu hết các vật liệu cộng hóa trị (mặc dù có sự

ngoại lệ khi cần nhiệt độ thấp hơn) Điều nảy đã được nói tới trước đây Vì

thể sắc kí khí và phô kế khối lượng hoàn toan tương hợp nhau miễn là giao diện giữa chúng cũng được nung nóng, ít ra, đến nhiệt độ của lò nung của sắc kíkhí - - ‘

chuyên tự động và:có thê không đi đên được buông nguồn Nếu :ebúne E

ngưng tụ một phan thi câu tử tiếp theo phải đuôi kịp chúng dé thoáp khói, l

sắc kí khí và sự tách có thể bị giảm cấp Thường phải nung toản bộ dây

chuyền tự đống vả các thiết bị-giao diện đến 20-30°C cao hơntfffef độ lò

nung dùng trong sắc kí khí, và phủ chứng bằng bề mặt thủy tint FBS tên

khinào: ễ, để tránh sự phân hủy nhiệt được xúc tácIBầ?kRrPRö8i19# tránh sự tái sắp xếp : grab jÙQ Tôm não

Bây giờ chúng ta xét đến yếu tố thời gian, Điều đi hạt) ake

khôi luong:cé thé nhận được phô thật tốt đôi với từng cầu tử! hoat Ba t

sắc kí khí, trước kHi nó bị chuyển qua hệ thống và lên anal MAL a: ace

thê dimg:may sac ki-khi trong khi phô được quéts Neu và pangs }

1980 người ta còn mong muộn nhận được ảnh thất li "han Nội

an duge anh: g4ihd

lượng qua một vạch sắc kị khi, thi đến cuối những nam 1990 người ta de

được điều đó; còn đầu những năm 2000 số lầïSjh#@fphðqhốiŠ thuận là »

- ˆ Về nguyên tắc, mot phé'ké khéi luofitensBedean Het

cần: Vấn đề là có được nó khi một hợp”€ñátêEay Quaếböôj@ q

độ của nó thay đổi rất nhanh đến một dõi Baws dorenoviNS wi oe SiG

cột, Việc nhận:một ảnh quét của phôtkhitnózđat đến:qửø đâu ôi đhuyết là

không khó, nhưng trong thực tế đớlà8iệcdkkhó, rà›e@ ghế thhroviêcIđộ bằng

cách chờ cho đến khi vạch sắc kí khí đạt đến cực đại và sau đó nhấn nút

“scan” trên phô kế khối lượng, nhưng đó là công việc rất tẻ nhạt rong một

chuỗi dài tách lọc đến 40 cấu tử Việc đó cũng không dễ thực hiện với phổ

kế khối lượng được kiểm soát bằng máy tính Điều đó có thé làm ta.ngạc

nhiên, vì chúng ta vẫn nghĩ rằng ngưỡng ban đầu có thể xác lập, còn việc quết sẽ tự động thực hiện khi đã đạt yêu câu, nhựng khó khăn ở chỗ, hàm lượng của các cầu tử trong nhiều mẫu tỉnh dầu và.hương liệu hoặc các chất

trao đổi, thay | đổi trong một khoảng rộng đến 4 bậc Vậy việc xác lập một ngưỡng ban đầu phủ hợp cho tất cả các cầu tử là không thế được

Điều gì có thé ảnh hưởng đến hàm lượng tương đối cửa các ion trong

phổ khối lượng nếu sự quét (scan) được thực hiện từ khối lượng cao đến

khối lượng thấp và bắt đầu khi hàm lượng mau (i) tăng nhanh (vạch GC

được nhập chính xác vào nguồn); () giảm nhanh (vạch GC bị xóa khỏi

n guỗn)?

+

) Trong trường hợp này, khi hàm lượng mẫu tăng nhanh thì Mšy, những ion có quan hệ gần gũi với nhau có thể được ghir nhận, khi hàm Ki

trở nên nhỏ và cường độ của các ion này có thé bi biến đổi tương ứng thành

các ion có khối lượng nhỏ trong phd

(it) Trong trường hợp này, khi hàm lượng mẫu giảm nhanh thi Mé va các ion có khối lượng lớn hơn có thể có cường độ mạnh hơn tương ứng với

các ion có khối lượng nhỏ hon

2- Tfong cả hai tường hợp, phô khối lượng được ghi có thể khác với phô Bận 'được trong những điều kiện trạng thái én định nhờ đầu dò trực tiếp

HIS Hiệu ứng này được gọi là “sự phân biệt khối lượng” vả nó còn

‘voi những tốc độ quét thấp hơn,

ỜI gian quét, nd, tương img, với thời gian rửa giải e của

cột nhồi thời gian này đài đến mội phút, cán với

gz kiểu cñ cũng có thê quét được bộ mười khối one

trong một giây và lặp lại trong hai giây, như vậy

† có lặp lại là ba giây Vì thế mà hầu như một phổ -

lu có tốc độ quét đủ nhanh đề un ứng yêu câu cơ

'ghẻ khốt lượng tứ cực và thời pian-bay có thể dễ dang đạt được

tốc độ- quét đó: Các phổ kế khối lượng -hiện đại đều có thiết bị biển đổi Fourier (Fourier-transform) cho:phép tách các ion bằng phương pháp tân số

cao cộng hưởng (resonance high frequency method) và nó cũng quét rất

nhanh

xr——~——- Như thế chúng tạ có thể kết luận rằng 'có một số thiết kế phổ kế khối

lượng đáp ứng đầy đủ yêu thời gian quét đối với các phỗ khối lượng có

thể tái tạo rõ' rang Cla các cấu từ chiết tách được, Tiằng GC mao quản biện ˆ đại

Đồi hỏi khác đối với đầu dò GC là nó phải cho ra sắc kí đồ Chúng fa có thé nao ding phổ kế khối lượng để làm ra sắc kí để của thời gian rửa giải đối lại với nông độ so với các dau dd GC qui ước? Điều đó là quan trọng, vì

chúng ta cân xác lập thời giản lưu và và nồng độ cũng như định danh các cấu

tử Hay đặt một tâm góp nhỏ vào mép của chùm ion dương phóng ra từ buông nguồn, áp.cho nó một điện thế âm và xả một phần nhỏ của chùm ion đương Điện thể sinh ra từ đầu dò dòng ion toàn phan (total ion current — TIC) nay,.nd duge gọi như thế, hệ được khuếch đại theo cách thông thường và được xuất ra như một vết TIC trên giấy đồ thị Mới nhìn, nó rất giống một sắc Xi đỗ-GC qui ước do đầu đỏ ion hóa ngọn lửa (FID) tạo nên và cũng nhạy; trong hầu hết các trường hợp

-MộEphưới pháp khác thường dùng khi khai thác một hệ thống dữ liệu

(chủ yết em xét hàng trăm ảnh quét sẽ được ghi trong quả trình chạy

GC-MS: Điều: :trong 30 phút) là dùng khả năng tính toán siêu tốc của máy

tính để tổng cường độ-của tât-cả các ion đã ghi nhận được bằng bộ nhân điện tử ở cuối hệ thống phân tích với từng ảnh đã quét được Cường độ

tổng saú:đó-được:xuất ra như là đồ thị điện áp-thời gian Một vét TIC như

thể sẽ: được: chia thành từng bậc và được cập nhật sau mỗi ảnh quét với tốc

tiộ quét lớn của những thiết bị hiện đại

Từ những điều thảo luận trên đây, ta có thể hiểu được rằng sắc kí khí và phô kế khối lượng là những thiết bị rất tương hợp với nhau Nhưng có một

yếu tố mà chúng ta không thảo luận tới, và nó là nguyên nhân gây nên khó

khăn chủ yeu trong việc kết nối hai loại thiết bị

Vậy, đó là yếu tố gì? Đó là áp suất Sắc kí khí hoạt động ớ áp suất đầu fa một atmosphe và

buồng ion hóa của phổ kế khối lượng hoạt động ở 10° torr Vi 1 torr = 1

mmHg nên sự khác nhau trong các đại lượng áp suất lên đến gần chín bậc

Điều đó:có nghĩa là giao diện phải có khả năng chịu được sự sụt áp lớn đỏ

mà không mát-quá:nhiều mẫu đo hoặc : phải giảm khả năng phân tách bằng

sắc kí khi, Đó cũng là điều ' mong muốn đối với việc phân tách khí mang,

- thường hẫu như là heli; từ mẫu đo, để cô đặc nó đến mức có thể

Một số bộ phần tach ‘doi với giao diện GC-MS đã được phát triển mây chục năm cuối cùng của thế ki 20 nhưng chúng chỉ mới thể hiện sự hữu ích

279

chung nhất của mình vi cấu trúc thiết thực, tính đơn giản, giá rẻ và tính hiệu

quả hợp lí của chứng và hiện nay chúng được sử dụng một cách thông

thường nhất Đó là bộ tdch tia do Becker và Ryhage ở Thụy Điển sáng chế,

bảng cách loại bỏ các phân tử khí mang (s)

Bộ tách tỉa dựa vào sự khuếch tán khác nhau của các phân rửừ khí mang

nhẹ hơn ở xa một tia, dòng này được thiết lập nhờ việc đòng thải đi từ GC

đên buông chân không nhỏ Dòng khí từ một lỗ nhỏ được dãn rộng ra, khi nó được đưa vào buộng chân không và theo định luật Graham, các phận tử khí mang nhẹ hơn khuêch tán với tốc độ tỉ lệ nghịch với tỉ trọng của chúng, để

cho tia phun rộng vào một hình nón thi vùng bên ngoài hình nón đã đây heli

Dòng khí đi thắng tới một lỗ nhỏ dẫn đến phổ kế khối tượng, trên 'quãng đường khoảng | mm Khi dòng khí đã tới được lỗ nhỏ đó thả hấu hết heli đã

khuch tán ra bên ngoài và nó không gặp được lỗ nhỏ đó, trong khi các.phân

tử chất hòa tan nặng hơn ít bị lệch khỏi đường bay và vì.thế chúng nhập vào được phổ kế khối lượng, mặc dù sẽ bị mắt đi một ít Bộ tách tia này hoạt

động ở áp suất bom dau, = 107 torr, loại được gần 90% khí mang Gần 60%

mẫu đạt tới phổ kế khối lượng và thực tế không bị trễ Cũng cần bề mặt rất

Vì sao lại cần bề mặt tiếp xúc nhỏ để gởi mẫu đi?

dòng đặc biệt nếu lỗ hỗng giữa các dòng tia được giữ không đồi

nghĩa là hiệu quả truyền qua của nó không cô định: cho tất cả các câu từ của

một hỗn hợp Đặc biệt một lượng lớn mẫu sẽ bị mất nều khối Tượng phân tử

tương đối thấp, tức là bộ tách tia trở nên hiệu quả hơn trong khi sự khác biệt

tương đối về khối lượng phân tử giữa khí mang và các phần tử của miẫu:đo

tăng lên Đó là lí do vì sao heli được dùng rộng rãi cho công việc của GC- -

MS Hydro thậm chí còn tốt hơn vì nó nhẹ hơn heli nhưng nó lại đặt ra

những vấn đề đáng quan tâm khác (dễ cháy nô) „ Ẹ

280

Nếu một trong, các đòng.tia có thể dịch chuyển được, đặc biệt từ bên ngoài hệ thống chân không, một micromet chẳng han, thi ching ta có thé điều chỉnh bộ tách tia để cung cấp những tốc độ dòng khác nhau Trong thực

tế người ta không sản xuất bộ tách tia có thể điều chỉnh được từ-bên ngoài,

mặc đầu có một số bộ có thể cung cấp các công việc tách khác nhau phù hợp với những tốc độ dòng yà/hoặc mẫu đặc biệt Tuy nhiên sự cung cấp đó đã

được cài sẵn-và cần một thời gian để tháo dỡ va lắp dat lại thiết bị

“Van kết xuất" là một dải mỏng bằng volftam đặt trong một giá đỡ có thể trượt nhẹ giữa các tia nhờ vận hành vòng từ tính ở bên ngoải hệ thống

chân không Van kết xuất: dùng cho sự tỉnh luyện của bộ tách tỉa, nó làm cho dòng thải của GC bị lệch hướng hoàn toàn xuống phía dưới đầu vào hệ thống bơm nên để tháo bỏ,

xuất (loại bỏ) nó Một số mẫu có chứa các cấu tử lớn đã biết, chúng thường

được làm lệch hướng, một cách chọn lọc, để tránh sự tầng quá áp trong

nguồn ion vả hư hại cho sợi đốt

Sau khi đã loại hầu hết khí i mang, thi mau dén buéng i lon hóa từ bộ tách tia không khác nhiều so với mẫu nhập vào từ hệ thông đầu vào qui ước, do

đó các phương pháp ion hóa là có thể dùng được Ta có thể thực hiện GC-

MS theo các các i ion hóa điện tử (El), ion hóa học (CI) và ion hóa trường

cũng dễ như các rhẫu-đơn Thực vậy, bây giờ ta hoàn toàn cỏ thể chuyên từ

EI sang CI và ngược lại, trong khí quét liên tục trên cùng một vạch cầu tử

GC để nhận được cả- thông tin về khối lượng phân tử tương đổi của nó từ ion

ME” trong Cl va ca théng tin về cầu trúc, cùng với tính đồng nhất từ các mảnh sinh ra trong | phé El Tuy nhiên có một sự thật cần phải nói là các nguôn “lai” phù hợp với các thiết bị này đều không hiệu quả bằng nguồn đã thiết kế và tối ưu hóa đối với một đầu vào đạc biệt và một phương pháp ion

hóa

` Có một ‘phan của giao diện - hệ thống nguồn mà chúng ta không nói nhiều đến - đó là các bớm Điều nảy có khuynh hướng được cho là hiển

nhiên nhưng các nhà sản xuất phổ kế khối lượng có được nhiều kinh nghiệm

chuyên môn của các nhà sản xuất bơm, đo đó đã có sự phát triển nhanh trong

những năm gân đây Sự loại bỏ khí mang khỏi GC cột nhồi đòi hỏi sự thải

khí 30- 40 cm°/phút thông qua máy bơm chân không sơ bộ của hệ thống đầu vào Máy bơm chân không này loại bỏ khí mang ở 10° torr va duy tri chan khéng 10° dén 107 torr ‘trong, nguồn nhờ máy bơm khuếch tán chính hoặc máy bơm tuabini-phân tử của phố kế khôi lượng

Điều đó ngụ ý nói tốc độ dòng được duy trì ở cấp độ 1000 C/phit nhờ

các bớm này Đó là điều vẻ vang cho các nhà sản xuất, họ đã cung cấp những máy bơm đáng tín cậy, có thể làm việc 24 giờ mỗi ngày trong hàng

281

tháng trời liên tục Có một cách ứng dụng khác của -cáe- tnáy-bơm này, ngoài

khả năng loại bỏ những thể tích lớn khí ion hóa hóa đọc trong cùng một.thời

gian, là điều rất quan trọng đối với GC-MS :

Khả năng bơm cao của các bơm được sử ft dag dé làm cho chúng thuận

lợi cho việc ghép zrực tiép cột GC mao quản vào bị g nguồn, ma không

can đến bộ phân tách Tốc độ đồng Khí dùng: trong các cột mao: quan-6 mire

khoảng 10% của tốc độ dong trong các cột nhồi: Như thế, hệ thống bơm

được thiết kế chịu được tốc độ dòng 2-4 cmẺ/phút: từ bộ tách tia Sẽ dễ dàng

chịu được đòng tử cột mao quản-chỉ có -I cmỶ/phút: hoae-i 6

nghia la mau khéng bi mat trong giao diện và ; Ợ

'tử việc phân tách có dùng cột mao quản Ngảy: nay-hâu: hết Các công việ

GC-MS đều được thực hiện trên các cột mao quản: được nối trực tiếp với

nhau thông qua ông thép chịu nhiệt có trảng thủy tỉnh của giao diện vào

buồng ion hóa

Ching loai cét GC ding cho GC-MS- va nhiệt độ cột thể hiện nhiêu

nhược điểm Sở đĩ có những nhược điểm là vì.các phaz tĩnh bằng polime hữu

co sé bi depolime héa khi nhiệt độ tăng lên và cho ra-các sản phẩm phân

hủy, được biết như là “sự rỉ nhựa” (bleed) Các san phẩm phân hủy liên tục

bị rửa giải khỏi cột qua giao diện vào phổ kế khối l g, ở đó chúng làm ban

nguồn và có thể gây ra các ion có cường độ cũng mạnh như các ion của mau

do

Có một số cách đo phổ có thể hạn chế tối da van đề “rỉ nhựa”, cá cách

đo thường dùng như sau:

() Dùng cột dài với việc nạp phaz tĩnh vào cột nhỏ +

5% phaz tĩnh hoặc ít hơn;

(/) Phải rất cẩn thận để không làm t

Tĩnh;

Cot mao quan phaz liên kết, đặc biệt t

các cầu từ với tính bay hơi khác nhau xã

cột, là cần thiết nếu các cấu tử it bay:

gian han chế Vì “sự rỉ nhựa” tang theo:

tăng nhiệt độ nên Tất khó hiệu chỉnh chỉ an Tăng các cột

phaz liên kết đắt tiền ít sinh ra “sự rỉ nhựa” cho đến những nhiệt độ thật cao

Có hai phaz tĩnh GC thường dùng là polietylen

và các polime đimetylsiloxan (OV1), Cac:

BP1 BP20 được dùng cho sản phẩm dầu:mö:

là phaz phân cực, trong khi đó-BPI là phaz

rộng rãi cho các phân tử phân cực, như các

các chất trao đổi BP20 tương đối không bị."

phạz silicon khác thì cho ra các vạch "rỉ nhựa”

207 và 281, Ta nên thường xuyển cỗ gắng xác

282

nhựa” ra khỏi các phố GC-MS Có.nhiều'hệ thống dữ liệu; kế cả những dữ

liệu thường ngày sẽ bị trừ đi một lần quét từ những lân quét sau và những

lần quét như thể có thể được dùng đẻ loại bỏ các vạch “ri nhựa” nhờ sự lựa

chọn lần quét từ một vùng ở ngay trước hoặc ngay.sau một cầu tử cần quan

tâm và trừ nó khỏi phỏ khối lượng thành phần, Điều đó đặc biệt quan trọng

đôi với công việc thường ngày nếu cột GC đã được chương trình hóa nhiệt

độ

Ay là vì tốc độ phân hủy phaz polime sẽ tăng lên đáng kế trong suốt quá

trình chạy ra một sự tăng không tuyến tính trong các vạch “rỉ nhựa” Như vậy phô nên có thể lấy từ vùng sắc kí đề cững gần với cầu tử dang quan tam

1 lhiều hợp chất không bay hơi thì phải được biến đổi thành xuất

trước khi thực hiện việc tách GC Điều quan trọng là phải chọn các dẫn xuất

thích hợp với việc định danh các hợp chất bằng phổ khỏi lượng trong

chương trình GC-MS Chúng ta đã nói tới các dẫn xuất trimetylsilyt (TMS)

Cac-axit cho este TMS, còn các amin thi cho các amit TMS với các thuốc

thử trimetylsilyl 7er!-butyldimetylsily! cũng được dùng như là một nhóm

dẫn xuất hóa:

ROH — R — OSi(CH;);í-Bu

song các dẫn xuất silyI như thế thường xuyên không cho thông tin kết quả tốt

ve câu trúc, từ các phố khối lượng của chúng, vì thế mà các este acetyl va

trifloroacetyl cũng như các este metyl được dùng cho rượu và amin

ROH + (CH;CO};O —› R ~ OCOCH; + CH;COsH ROH + (CF;CO):O — R ~ OCOCF; + CF;CO;H

Các axít thường biến đổi thành các este metyl của chúng, như đã nói

trước đây, Các aidehyt và ketdh có thể biến đổi thành O-metyloxim của

chúng, các metyloxim này cho ra MỸ bền và các ion mảnh chứa thông tin

C0 + NHỤOCH, —> È—NHỌCH,

Các 1,3-diol và các hệ thống liên quan với các hydro hoạt động lân cận,

tức là các aminoalcol, các hydroxiamit, đều dé đàng tạo dẫn xuất với axit boronic alkyl như là các axít butyl-, t-butyl- và phenyl-boronic cho ra các

boronat vòng bay hơi

283

: Các dẫn xuất này chỉ được tạo thành nếu có vòng 5 hoặc vòng 6 thành

phân, và chúng được dùng rộng rãi trong việc nghiên cứu các hợp chất thiên

nhiên liên quan tới các cacbohydrat

Điều vô cùng quan trọng là sự tách GC phải đạt được trước Khi sự:định danh bằng phổ khối lượng xây ra Tuy nhiên, những việc khác cũng quan

trọng không kém, theo quan điểm pha khối lượng thì nhóm dẫn xuất cần phải có số gia khối lượng nhỏ và không thể trải qua sự phân mảnh một cách

quá dễ dàng, tức là phải cho ra nhiều ion có khối lượng cao nếu như nó được dùng để xác định các cấu tử Đôi khi một nhóm lớn, như colesterol trong

dịch chiết sản phẩm chuyển hóa của huyết rương, được lựa chọn một cách cô

ý để chuyển Mš của hợp chất đi khỏi vùng của chất gay 6 nhiém thường

xuyên, tức là vạch “rỉ nhựa” Bảng 3.9 giới thiệu một sô dẫn xuất thông

thường và số gia khối lượng mà chúng gây nên cho một nhóm dẫn xuất

Bang 3.9 Các dẫn xuất thường đùng và các số gia.kết hợp của 'chúng

¡Mẫu -' `

Them chétichndn n6i

Làm cho đồng nhất nếu cần thiết Chiết các cấu tử (cộng với chất chuẩn nội)

Dịch chiết thô|

Tỉnh chế (sắc kí, v.v )

Cô đặc nến có yêu cầu

Tạo dẫn xuất nếu cần

Luong chat trong miu

Hình 3.105 Sơ đồ phương pháp luận phân tích đặc trưng cho GC-MS định

lượng

Việc định lượng có thể thực hiện nhờ GC -MS ở ở các mức rất thấp, tức là

ng cm? cia huyét tương đối với thuốc và các chất chuyển hóa nếu các chất

chuẩn nội thích hợp có thể kiếm được Hình 3.105 giới thiệu phương pháp luận được dùng trong phổ khối lượng định lượng bằng GC-MS Việc tỉnh chế dịch chiết sinh học thô có thể không phải lúc nào cũng cần thiết Độ nhạy vi lựa chọn của phổ khối lượng, được sự hỗ trợ rất nhiều của một hệ

thống ệu có khả nang | kiểm soát các ion đã lựa chọn từ các phổ khối

lượng, một kĩ thuật được biết với cái tên sự kiểm soát ion lựa chọn (SIM)

Chất chuẩn phải là một hợp chất rất gần với hợp ( chất nghiên cứu để cho

các đặc tính sắc kí khí và phô khối lượng của nó rất gần nhau Các thuốc deuteri héa đặc biệt có ích vì nói chung chúng hoàn toàn an toàn khi cho bệnh nhân uống, mà địch chiết và sắc kí cũng tương tự như vậy Các nhóm trideuterornetyl có thể hoàn toàn đễ dàng được đưa vào ở giai đoạn tông hợp

chất, hoặc có thể được thêm vào sau, trước khi tạo dẫn xuất cho hỗn hợp

Bằng cách sử dụng SIM trên Mì (hoặc ion nỗi trội khác) của thuốc và

đồng đẳng đeuteri hóa của nó, ví dụ (M+3)% nếu nó có chứa nhóm CD,

tỉ lệ thuốc và chất chuẩn có thể nhận được mà không cẩn phải đạt được sự

phân tách Đó là một trong những tiến bộ của kĩ thuật GC-MS vì ta có thể dùng phổ kế khối lượng đề làm nỗi bật các ion riêng biệt mà ta biết là đặc

285

trưng của-những phân tử đặc biệt, trong trường hợp này là thuốc và chất chuẩn deuteri hóa, và bỏ qua tất cả các vạch nền khác trong phô

Vi sao trong chất chuẩn phải cần đến ba nguyên tử deuteri ? Các vạch (M + 1) va (M + 2) sinh ra la nhé 8c, °H, °N, 80 và các déng vi khac, va chúng sẽ cản trở nghiểm trọng việc xác định tỉ lệ thuốc và chất chuẩn nếu

chất chuẩn chỉ gắn với một hoặc hai nguyên tử deuferi Để tránh sự cản trở

đó phải cần tới ba nguyên tir deuteri gắn với chất chuẩn, tức là cần ít nhất

một số gia 3 ama-dé-dich chuyển khối lượng: chất chuẩn r hỏi vùng đồng

được

Có thể dùng các đồng vị phóng xạ trong GC-MS được không ? Câu trả

lời là không, với nhiễu lí đo Một lượng vết các đồng vị phỏng xạ thường rất

đễ bị các đông vị tự nhiên hòa tan để được phát hiện trong các phố Việc sử

các chất phóng xạ đặc biệt cao có thể làm cho chúng đo đạc nhưng chứng

không thê sử dụng cho các đối tượng của con người

Khả năng phân tích GC-MS được giới thiệu trong nghiên cứu tỉnh dầu thiên nhiên dùng trong mĩ phẩm, tỉnh dầu ylang- ylang Tinh dau ylang-ylang

được chiết xuất từ hoa của cây cùng tên được trồng ở Philippin và các đảo

của Án Độ Dương Tinh dau rat phức tạp như tạ thấy trên giản đồ sắc kí khí

trên cột mao quan OV 101 (hinh 3 106) Cấu tử chính, vạch 49, chiếm 19%

tỉnh dầu tổng nhưng các cấu tử thứ yêu chỉ có 0,03%, tức lả vạch 2, axít

tanoic đã được xác định bằng GC-MS Vết TỊC tìm thấy trên cột mao quản

“BPI (vé tinh chất - tất giống với cột OV' LỒI) được giới thiệu trển hình

Hình 3.107 không gây được â ấn tượng vì nhiều cầu tử đường như bị biển

mat trong giản đề GC Tuy nhiên, trong vét TIC nay vach 492 (tuong img

với vạch 4 49 trong vết GC) được vẽ ở mức 100%, trong khi đó trong vét GC

vach 49 ở mức độ” phong phú, vì thế nó cho phép thấy được các câu tử thứ yếu Trong thực tế, nếu các số liệu phd khối lượng được xuất ra trên cùng

một thang đo tương ứng, các vạch thứ yếu là có thể phát hiện được Dĩ nhiên, điêu quan trọng là chất lượng của các phd giới thiệu trên hình 3.106

đưới dạng các số lần quết, tức là vạch 24 trong vết GC là số lần quét 234

trong phê GC-MS, vạch 49 là số lần quét 492, vạch 52 là số lần quét 504,

Y.VU Điều thú vị là vạch 72 trong vết GC cho thay có một vai bị tách thành

hai cấu tử trong vết TIC GC-MS (các số quét 699 và 703, tương ứng)

Trong số gần 80 cầu tử được tách ra trong lần chay GC-MS, thi 50 cấu

tử được xác định mang điện tích dương từ các phổ khối lượng và các chỉ số thời gian lưu tương ứng của chúng Trong số đó có 17 cầu tử chưa được biết tới trong tinh dầu ylang-ylang Trong số 30 cấu tử còn lại thì phổ khối lượng

cho thấy hai cấu tử là monoterpen (MỸ ® 136), ba cầu tử là sesquiterpen (M ‡ 204) và năm cầu tử là các rượu sesquiterpen ( MỸ 222), nhưng không

có phố khối lượng chuẩn để có thể nhận diện chúng Các câu tử được nhận

điện từ propanon (vạch 1), các este như metylbenzoat (vạch 20), các rượu như geraniol (vạch 30), céc ete nhu, ete metyl 4-metylpheny! (vach 15),

phenol nhu 4-metylphenol (vạch 19) đến Sesquiterpen như germacren- d (vach 49) Hop chất nhận diện cuối cùng này rất thú vị vì các công trình

trước đây về ylang-ylang đã xác định cầu tử chính của nó là œ- -fùrnesen hoặc

a-humulen (hình 3.108) Cả hai hợp chất này trong thực tế đều có mặt trong,

287

mẫu ylang-ylang nhưng với lượng hoàn nhỏ (9% và 2,7%, tương ứng) Phổ khôi lượng của germacrenen-d (số quét 491) được- giới thiệu trên-hình 3.109

Hình 3.108 Các ví dụ của các cấu tử được định danh bằng GCˆMS của tỉnh

100:

Độ phong

phú lương đối,

Trong thời gian có sự nghỉ ngờ (năm 1985) rằng dietylenglycol (DEG),

HOCH;CH;OCH;CH;OH đã được thêm vào rượu nhọ: Áo để lâm ngọt nó, thì hai phòng thí nghiệm thực phẩm ở Anh và Đức đã phát triển các phương pháp GC-MS đệ xác định DEG trong rượu nho ©ho-đến hàm lượng 5 ppm

6O 80 100 120 160 “180 200

288

1 ii x1 ss1Ỷ%=ễxsS<cc-c<66- 7 7< 3c

-(5 mg/dm'”, là giới hạn cực đại cho phép trong thực phâm Lúc đầu người ta

sử đụng HPLC'với dau đò chỉ số khúc xạ, nhưng nó chỉ đáng tin cậy đến

dưới 50 ppm và khống thể chứng minh được rằng vạch đo được là của DEG

GC được chứng minh lš đủ nhạy với đầu dò FID nhưng không cung cấp sự

chứng minh hợp pháp cân thiết của tính đồng nhất của chất phát hiện với

alcol khác của TMS, nhưng (bis- TMS)DEG có thể dễ đàng hòa tan, sau đó

định danh từ phô khối lượng của nó bằng cách so sảnh với mẫu tỉnh khi ết Phương pháp này đòi hỏi gân mười phút trên cột để cho phép kiểm soát gần

$0 mẫu trong một ngày

Hình 3.110 Sắc kí đồ TIC của rượu nho có chứa 6,4 mg/dm'” DEG

Những người Đức phải đương đầu với hàng núi mẫu phân tích (toàn bộ

số rượu nhọ hàng hóa bị nghi ngờ trên nước Đức, nhiều hơn cả số rượu nho

ở Áo và ở Anh), đòi hỏi phải tim ra phương pháp nhanh nhất Họ đã dùng hệ

thống GC:] MS tứ cực với độ phân giải thấp,:được trang bị thư viện của Cục

tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (National ‘Bureau of Standards — NBS) va một @ cột mao quản phân cực không cố dẫn xuất của các mẫu rượu nhỏ (cột phaz

liên kết sẽ chịu đựng sự phun dung dịch nước) Một bộ nạp mẫu tự động

cung cấp nhanh, chính xác sự phun tia với thời gian dừng ít hơn 100

289

18.CPPPHHG

miligiay Hinh 3.110 cho thay mét vét TIC dic trung cia rượu nhọ có chứa 6,4 mg/dm'” DEG, rửa giải sau 15,268 phút Ngay cả ở mức độ đó nó vận có

thể nhận điện được DEG có sử dụng thư viện NBS để tìm tại 15,27 phút

(hình 3.111) Chúng ta sẽ thấy rằng vạch cơ sở của DẸG là.z 45,

HOCH;CH;', không nhìn thấy MỸ Điều đó giải thích vÏ sao phòng thí

nghiệm khác lại thích dùng dẫn xuất của TMS để đi chuyên vạch cơ sở đến

me 103, CHa~OSï(CH:)›, Điệu đó í bị lệ thuộc vào việc nhiễu đường nền

khi đòi hỏi sự phát hiện ở các mức thập bằng SIM 7 *

tương đối,

$%

Hinh 3.111 So sénh phô khối lượng của DEG tìm thấy trong rượu nhỏ

có chứa 6,4 mg/dm'” DEG () với phổ thư việ ¡ của DEG (1i)

290

cho sự phát triển đó bao gồm khả năng xử Ji dung dịch đệm nước tại tốc độ

dong ít nhất 1 cm”/phút không làm giảm cấp sự hoàn thành hoặc của sắc ki lỏng (LC) hoặc của MS, và khả năng nhận được A4 và các thông tin về cầu

trúc đối.với các phân tử lớn, không bay hơi và các phân tử không bên nhiệt

Các công trình GC-MS đối với các phân tử thiên nhiên đã được thực biện cho đến khoảng 1500 3⁄4 Các công trình LC-MS đối với các chất nên

tích điện tại Ä⁄¿ cho đến trên dưới 3000 hiện nay, và #, với mục tiêu phấn đấu trong vùng khối lượng 10.000-20.000 cho các bộ phân tích từ lớn hơn

I các phương pháp ion hóa hiện đại ôn hòa hơn như FD và FAB thì việc kết nối LC và MS có lẽ sẽ kém hap dẫn Sự phát triển của hai kĩ thuật này xảy ra trùng hợp với sự phát triển LƠ và có tác dụng khuyến khích các nghiên cứu nhằm trực By vào việc hoàn thiện cả hai phương pháp phân tích

nay

Sự kết hợp LC với MS là một thành tựu lớn Phaz lỏng đi động dùng

trong LC thay đổi từ các dung môi hữu cơ có điểm sồi thấp đến các hỗn hợp nước, được biến đổi với các kiểu axit, baz và các muỗi vô cơ, hữu co, Van

để loại bỏ những thể tích lớn khí thải, sinh ra do việc cô đặc thường xuyên

các pha: động để đạt đến chân không cần thiết cho các pad khối lượng đẹp,

lả vân đê gai góc nhật trong.GC-MS Tốc độ dòng tiêu biểu đối với LC là 0,5-5 em°/phút, chuyển sang tốc độ dòng khí trong vùng 100-3000 cmỶ/phút Các giao diện đối với LC-MS có thể được chía thành những giao điện dùng phá € “động để hỗ trợ việc ion hóa, tức lã như một khí phản img trong Cl, va những giao diện khác mà ở đó phaz động bị loại bỏ trước khi ion hóa

Trong cách dẫn nhập trực tiếp chất lỏng (the direct liquid introduction approach), cach dan nhap đầu tiên được nhóm của Fred McLafferty thir

nghiệm năm 1974, một phần dung môi rửa giải từ LC được đưa vào nguồn ion của phổ kế khối lượng qua đầu vào của mao quản và dung môi bay hơi trở thành khí phản ứng trong CI, cho ra các ion MH" Cách này vô cùng hiệu

quả, và các cách tính chế khác nhau dẫn đến kết quả là các giao diện có thé

giải quyết được một vùng rộng lớn các vẫn đề, nhưng vẫn có một số nhược điểm 1) Chi có một số dung môi nhất định là được sử dung 2) Thông tin

cấu trúc nhận được từ các phổ CI bị hạn chế 3) Chỉ có thể chịu được tốc độ

dong 10-20 pe/phit 4) Chỉ có một phạm vi hạn chế các hợp chất là cho

cén dai ding ngay ca sau khi nguồn tình cờ bị đốt sạch: Thoạt đầu điều đó có

thể gây nên sự ngạc nhiên rằng sự ion hóa có thể xảy ra mà không cần dùng

chùm điện tử hoặc trường điện bên ngoài Thông thường, sự ion hóa FD đòi

hỏi các trường vào cỡ 10-10” V/m, nhưng rõ ràng là các phổ sinh ra là

những phổ diễn hình của kiểu ion hóa ôn hòa, hon Ja Cl

Sự trao đổi điện tích Xây ra giữa các ion muối và dung môi rửa giải khi

dong chat long tit LC bi dun nóng đến gần 150°C trong mao: quản, sau đó

được phun tia vào buồng chân không Dung môi chứa các ion đệm, tức là etanoat amoni và như là dưng môi nó làm bay.hơi các phần tử rắn tích điện

có chứa lõi của dang phan tử hòa tan trong phaz khí Vì kích thước của các

phan từ rắn rất nhỏ nên gradient trường tạo thành ngang qua chứng là vào khoảng 10” V/m vả tăng nhanh do các phần tử phân li trong chân không,

phóng thích chất nền dưới dang MH' hoặc M%”, ở đây X=NHu, Na hoặc K

phụ thuộc vào bản chất của chất đệm (buffer), hình 3.112 Bây giờ điêu đó

được gọi là sự phun nhiệt (thermospray)

Tình 3.112 Sự hình dung đơn giản về sự ion hóa trong thời gian phun nhiệt

Hình như sự bay hơi ion trực tiếp thực tế có thể ứng dụng cho một phần

tử bất kì nào (to bao nhiêu không quan trọng) được hình dưng hoặc như mộ;

ion dương hoặc như một lon âm trong dung địch nước Các dung môi như

metanol và acetonitril không gây ra các ion thậm chí khi dùng cả muối hòa

‡an (khoảng 0,1 mol/dm'), nhưng đã chứng mình được rằng ít nhất 10%

nước có mặt trong LC phaz ngược là đủ để cho sự bay hơi ion trực tiếp xây

ra Các phân tử chất nên ion hóa phải có nồng độ gần 10? mol/dm”, đó là

giới hạn quan trọng đến độ nhạy Chất đệm etanoat amoni thường được dùng

trong dung môi LC để gây ra các ion amoni, Các ion này sẽ được gây ra ở

quanh CI amoniac, nhưng nhiều mẫu sẽ có ái lực proton kém hon amoniac

và như thế sẽ không quan sát thấy MH", mặc dầu các mẫu phân cực có thể

cho ra các lon (M+NH,)' Các phân tử không phân cực tương ứng có thể

sinh ra các ion đương không thể phát hiện dưới các điều kiện đó

Trở lại với sự phun nhiệt vào giao điện LC-MS thông dụng, một chùm

điện tử được đặt giữa đầu cuối của mao quản và lễ lấy mẫu ion vào bộ phân

tích MS Vấn để đốt hết đây tóc được giải quyết bằng cách đây tóc reni hoặc dây tóc wolftam thường ding bằng dây tóc iriđi phủ thori Sau đó có thể thu được CÍ amoniac, có sử dụng các ion NH,” sinh ra trong sương mù của

©tanoat ammoni làm đệm cho dòng thải LC, trên các ion đó các phan tir không phần cực không đáp ứng được sự bay hơi-ion trực tiếp Toàn bộ giao diện có thế được thiết kế để chèn vào nguồn ion thông qua: khóa con chèn 292

đầu dò trực tiếp, và thích hợp cho bắt kì phê kế khối lượng nào có khả năng

thao tác CỊ: Hình 3.113 cho thấy một thiết kế đặc trưng như thế

Bộ gom lạnh là cần thiết đẻ loại bỏ lượng tớn hơi sinh ra từ 1 cm°/phút dung

môi hoặc nhiều hơn Lỗ thoát ion đến bộ phân tích của phổ kế khối lượng

được trõ trên đỉnh của hình nón vuông góc với vòi phun nhiệt (thermospray

jeÐ) Việc sử dụng “hình nón lấy mẫu” như thế là không cần thiết nhưng nó

vẫn tôn tại là để cung cấp mẫu các phân tử bay hơi trực tiếp và ion hóa được

tốt hơn so với các phân tử lắng đọng trên bề mặt và tái bốc hơi hoặc bị nhiệt

phân

100

BO phong

phú tương đối,

Cyanocobalamin (vitamin By, M4, 1354) đã được sử dụng như một hợp

chất kiểm tra cho việc đánh giá kĩ thuật ion hóa “mềm” Phỏ phun nhiệt từ

cây Vestal, có sử dụng 0,1 moi/dm? etanoat ammoni làm dung môi, được giới thiệu trên hình 3.114

Trong trường hợp này Ms hoặc MH” không bị ảnh hưởng và không

phát hiện được, nhưng đúng hơn là cation'C7 đã được tạo thành nhờ mắt CN”

và đó là vạch duy nhất xuất hiện trong virig- ion phan ti Những vạch chủ

yếu trong phổ là cation tích điện gấp đôi C”? n⁄z'664) và các vệ tỉnh phù

hợp với việc thế một proton bằng một ion alkali ở phía khối lượng thấp

cũng xuất hiện một số ion mảnh có giá trị về cấu trúc Các ion phân tử

proton hóa nhiều lần hiểm khi được tìm thấy Khi các phân:tữ phân cực phức

tạp phải chịu sự phun nhiệt, đặc biệt trong các chất đệm pH thấp Ví dụ,

glucagon peptit (Mr 3483) bi phat hién nhu 1a cac ion phân tử bị proton hóa

ba và bốn lần sử dụng MS tứ cực có vùng khối lượng chi 1300 amu

phú tương đối,

Hình 3.115 (1) vết TIC LC-MS của các hop chat A ~ T (2) các phổ khối

lượng của cloroquin (E) và heroin (F)

294