Khối phổ kế thứ haiLà một công cụ khoa học chính xác được sử dụng để phân tích thành phần và cấu trúc của vật chất, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, vật lý, sinh học, khoa học môi trường. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên các phép đo chính xác về hành vi chuyển động của các hạt tích điện trong trường điện từ. Mẫu đầu tiên được ion hóa, chuyển thành ion tích điện. Các ion này được gia tốc trong điện trường và sau đó đi vào từ trường. Dưới tác động của từ trường, các ion bị lệch, với các mức độ khác nhau ở các tỷ lệ khối lượng trên điện tích khác nhau (tỷ lệ khối lượng của ion so với số điện tích), dẫn đến sự phân bố tín hiệu cụ thể trên máy dò, được gọi là biểu đồ quang phổ khối. Bằng cách phân tích các thông tin như vị trí và cường độ của các đỉnh trên biểu đồ khối phổ, trọng lượng phân tử, cấu trúc và hàm lượng tương đối của các thành phần khác nhau trong mẫu có thể được xác định.

　　Khối phổ kế thứ haiVai trò chủ yếu của nó có thể khái quát thành một số mặt sau:

1) Xác định khối lượng phân tử tương đối của chất

Máy quang phổ khối có thể trực tiếp cung cấp thông tin trọng lượng phân tử của vật chất thông qua tín hiệu tỷ lệ khối lượng trên điện tích của ion. Ví dụ, trong hóa học hữu cơ, khối lượng phân tử tương đối của một hợp chất có thể được xác định nhanh chóng thông qua đỉnh ion phân tử (M ⁺) trong bản đồ khối phổ, cung cấp cơ sở quan trọng để xác định cấu trúc của một cái gì đó chưa biết.

Đối với các chất đại phân tử (ví dụ: protein, polypeptide), thông qua công nghệ ion hóa mềm (ví dụ: ESI ion hóa phun điện, MALDI ion hóa laser hỗ trợ ma trận), trọng lượng phân tử chính xác của chúng có thể được đo lường, hỗ trợ đặc tính của các đại phân tử sinh học.

Phân tích thành phần hóa học và cấu trúc của chất

Phân tích định tính thành phần: Các nguyên tố, nhóm chức hoặc loại hợp chất chứa trong mẫu có thể được xác định bằng tỷ lệ khối lượng trên điện tích của các ion đặc trưng trong bản đồ khối phổ, kết hợp với truy xuất cơ sở dữ liệu (ví dụ: NIST Mass Spectrum Library). Ví dụ, các chất gây ô nhiễm trong nước (như dư lượng thuốc trừ sâu, ion kim loại nặng) có thể được xác định bằng phổ khối trong thử nghiệm môi trường.

Phân tích cấu trúc: Các đỉnh ion phân mảnh trong bản đồ khối phổ phản ánh cách phân tử bị phá vỡ, kết hợp với quy luật phân mảnh có thể suy ra cấu trúc phân tử của hợp chất. Ví dụ, trong nghiên cứu và phát triển thuốc, đường dẫn trao đổi chất và cấu trúc sản phẩm có thể được xác định rõ ràng bằng cách phân tích các mảnh phổ khối của các chất chuyển hóa thuốc.

3, Hàm lượng chất phân tích định lượng

Dựa trên nguyên tắc "cường độ tín hiệu ion tỷ lệ thuận với nồng độ vật chất", máy quang phổ khối có thể thực hiện phân tích định lượng các thành phần mục tiêu trong mẫu. Kết hợp với các công nghệ kết hợp sắc ký (như GC-MS, LC-MS), cho phép định lượng chính xác các thành phần vi lượng trong các mẫu phức tạp (giới hạn phát hiện lên đến ppb hoặc thậm chí ppt).

Các tình huống ứng dụng bao gồm: kiểm tra hàm lượng chất phụ gia hoặc độc tố trong thực phẩm, theo dõi nồng độ thuốc trong máu, phân tích hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong môi trường, v.v.

4, Nghiên cứu thành phần đồng vị của vật liệu

Máy quang phổ khối lượng có thể đo chính xác sự khác biệt về tỷ lệ khối lượng trên điện tích của các đồng vị khác nhau, do đó phân tích tỷ lệ phong phú của các đồng vị trong vật chất. Ví dụ:

Trong địa chất, niên đại hình thành đá hoặc hóa thạch, nhiệt độ môi trường cổ đại, v.v., có thể được suy ra bằng cách đo tỷ lệ đồng vị carbon (ܼC/¹³C), đồng vị oxy (¹⁶O/¹⁸O).

Trong sinh học, con đường trao đổi chất của vật chất trong một sinh vật được theo dõi bằng phổ khối bằng cách sử dụng các dấu đồng vị ổn định (chẳng hạn như các axit amin được dán nhãn U⁵N).

5, Đặc tính của các đại phân tử sinh học

Trong lĩnh vực khoa học đời sống, khối phổ kế là một công cụ trung tâm trong nghiên cứu proteomics, metabolomics:

Trình tự axit amin của protein có thể được xác định (thông qua phân tích phổ khối phân đoạn peptide), sửa đổi sau dịch thuật (ví dụ: phosphoryl hóa, glycosyl hóa), tiết lộ chức năng và cơ chế điều hòa của protein.

Phân tích thành phần chất chuyển hóa trong các mẫu sinh học (ví dụ: máu, nước tiểu) để tìm các dấu hiệu bệnh (ví dụ: các chỉ số cơ bản để chẩn đoán ung thư sớm).

6. Kiểm tra môi trường và an toàn

Nhanh chóng sàng lọc các chất độc hại và có hại trong môi trường, chẳng hạn như các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) trong khí quyển, các chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng (POP) trong nước, kim loại nặng trong đất, v.v.

Trong lĩnh vực kiểm tra an ninh, nó có thể được sử dụng để phát hiện các ion đặc trưng của chất nổ, chất độc và hàng lậu khác, để nhận ra nhanh chóng (ví dụ: phát hiện chất dấu vết tại sân bay, trạm).