Chương 4. PHỔ KHỐI LƯỢNG (MS) Phổ khối lượng hay còn gọi là khối phổ (Mass Spectroscopy, MS) là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử chất đó. Hợp chất cần nghiên cứu đầu tiên được chuyển thành trạng thái hơi, sau đó được ion hóa bằng các phương pháp thích hợp. Các ion tạo thành được đưa vào nghiên cứu trong bộ phận phân tích của máy khối phổ. Tùy theo loại điện tích của ion đem nghiên cứu mà người ta phân biệt máy khối phổ ion dương hoặc ion âm. Loại máy khối phổ làm việc với ion dương cho nhiều thông tin hơn nên được dùng phổ biến hơn. Đối với các hợp chất hữu cơ, khối phổ thường được dùng trong quá trình đồng nhất chất hoặc phân tích cấu trúc. Các phương pháp phổ hồng ngoại và phổ tử ngoại, phân tử chất nghiên cứu được giữ nguyên sau khi phân tích, còn phương pháp phổ khối lượng, các phân tử chất nghiên cứu bị “phá hủy” để phân tích. Do vậy, máy khối phổ được chế tạo để thực hiện 3 nhiệm vụ cơ bản là: chuyển chất nghiên cứu thành thể khí (làm bay hơi mẫu nghiên cứu ở áp suất thấp và ở nhiệt độ thích hợp); ion hóa các phân tử khí đó; phân tách các ion đó rồi ghi lại tín hiệu theo tỉ số khối lượng/điện tích (m/ze) của chúng. Vì xác suất tạo thành các ion có z >1 là rất nhỏ và vì e = const (e là điện tích của một electron) do đó thông thường m/ze chính là khối lượng của ion. Như thế máy khối phổ là một thiết bị tạo ra các ion và xác định khối lượng của chúng (phân tích các ion). Mẫu nghiên cứu
Phân tách ion
Ion hóa phân tử
Bộ phận ghi nhận
Hình 4.1. Sơ đồ khối của máy khối phổ 4.1. Quá trình ion hóa Quá trình ion hóa là quá trình bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hòa thành các ion phân tử mang điện tích dương bằng các phần tử mang năng lượng cao: X + e → X•+ + 2e Ion phân tử Sự bắn phá này sẽ làm tách một điện tử ra khỏi phân tử khảo sát làm cho phân tử biến thành ion dương, được gọi là ion phân tử. Ion phân tử là ion dương và cũng là gốc tự do vì nó chứa số lẻ điện tử, nên ion phân tử còn gọi là cation gốc hay ion gốc. Có nhiều phương pháp ion hóa khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp ion hóa thường dùng. 31