Trong lĩnh vực phân tích phân tử, ít vấn đề phổ biến như phân biệt các đồng vị. Đây là các hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử. Bởi vì công thức hóa học của chúng giống nhau, chúng cũng có khối lượng phân tử chính xác giống nhau. Điều này đặt ra một câu hỏi rất lớn. Nếu phổ đo khối lượng độ phân giải cao (HRMS) hoạt động bằng cách đo khối lượng với độ chính xác tuyệt vời, làm thế nào nó có thể tách các hợp chất này có cùng khối lượng?
Giải pháp là một kế hoạch đa bước không chỉ đo khối lượng. Các nhà khoa học có thể tìm ra sự khác biệt cấu trúc nhỏ xác định các đồng vị bằng cách kết hợp sức mạnh của HRMS với các phương pháp tách và phân mảnh tiên tiến. Đây là một kỹ năng quan trọng trong các lĩnh vực như dược phẩm, khoa học môi trường và an toàn thực phẩm. Tại sao? Bởi vì tác dụng sinh học của một đồng vị có thể hoàn toàn khác với một đồng vị khác.
Thách thức trung tâm: Các isomer có cùng khối lượng chính xác
Đầu tiên, hãy’ s có một huyền thoại rộng rãi ra khỏi đường. Lợi thế lớn nhất của HRMS là nó có thể đo chính xác một ion’ Tỷ lệ khối lượng-sạc (m/z) với hàng trăm chữ thập phân. Điều này cho phép các nhà phân tích xác định một phân tử’ s thành phần nguyên tố hoàn toàn. Ví dụ, HRMS không có khó khăn trong việc tách hai hợp chất với khối lượng danh nghĩa 28 Da, như CO (khối lượng chính xác 27,9949 Da) và N. ₂ (khối lượng chính xác 28,0061 Da).
Nhưng các đồng vị cấu trúc như dibutyl phthalate (DBP) và diisobutyl phthalate (DIBP) đều có cùng khối lượng (278,1518 Da). Cả hai đều là chất làm dơn phổ biến với công thức phân tử C ₁₆H₂₂O₄. Vì vậy, chỉ đơn giản bằng cách đo khối lượng của chúng, cho dù chính xác như thế nào, không thể tách chúng. Vậy các nhà phân tích làm thế nào để giải quyết bí ẩn này?
Chiến lược 1: Tách trong thời gian bằng nhiễm sắc học
Cách hiệu quả và phổ biến nhất để phân biệt các đồng phân là tách chúng trước khi chúng đi vào quang phổ khối lượng. Đây là công việc của chromatography.
Vai trò của chất lỏng và khí chromatography
Liquid chromatography (LC) và gas chromatography (GC) tách biệt các phân tử dựa trên các đặc điểm vật lý và hóa học khác nhau của chúng, chẳng hạn như cực độ, kích thước và hình dạng. Các đồng phân có cùng một nguyên tử, nhưng cấu trúc 3D khác nhau của chúng làm cho chúng tương tác theo các cách khác nhau với vật liệu bên trong một cột nhiễm sắc học. Kết quả là, một đồng vị sẽ di chuyển qua cột nhanh hơn hoặc chậm hơn cột khác. Điều này khiến chúng xuất hiện tại các thời điểm lưu trữ khác nhau.
Ví dụ, bạn có thể có được một sự tách rời sạch của DBP và DIBP bằng cách sử dụng một phương pháp LC tiêu chuẩn. Họ nhập vào máy dò MS với cùng một m / z, nhưng họ làm như vậy tại các thời điểm khác nhau. Một người có thể xuất hiện trong 5,2 phút, và người kia trong 5,5 phút. Điều này cho phép xác định và đo lường rõ ràng của chúng.
Tầm quan trọng của hệ thống tách hiệu suất cao
Việc có được loại tách dựa trên thời gian tốt này đòi hỏi một hệ thống nhiễm sắc rất vững chắc và chính xác. Để giải quyết các đồng vị có cấu trúc rất giống nhau, một máy nhiễm sắc chất lỏng hiệu suất cao (HPLC) như PERSEE L600 phải cung cấp một sự thoát thang ổn định và chính xác ở áp suất cao. Điều gì’ Hơn nữa, sức mạnh làm việc đáng tin cậy lên đến 9.000 psi cung cấp sức mạnh giải quyết cần thiết để tách ngay cả các cặp đồng tử cứng. Điều này đảm bảo rằng mỗi chất vào quang phổ khối lượng như một đỉnh tinh khiết, riêng biệt. Nó biến một vấn đề khối lượng thành một vấn đề thời gian đơn giản.
Chiến lược 2: Phân biệt theo cấu trúc với quang phổ khối lượng tandem (MS / MS)
Điều gì sẽ xảy ra nếu các đồng vị có thể’ t được tách hoàn toàn bằng chromatography? Trong tình huống đó, các nhà phân tích sử dụng công cụ chính thứ hai của họ: quang phổ khối lượng song song (MS / MS), kiểm tra chính cấu trúc phân tử.
Cấu trúc thăm dò thông qua phân mảnh
Tandem MS là một quá trình có nhiều giai đoạn. Đầu tiên, máy quang phổ khối lượng cô lập ion đang được nghiên cứu (ion tiền nhiệm) - trong trường hợp của chúng tôi, ion ở m / z 278,1518. Sau đó sự cô lập này bị phân mảnh. Điều này thường được thực hiện thông qua phân chia do va chạm (CID) hoặc phân chia do va chạm năng lượng cao hơn (HCD), nơi nó được chia thành “ nhỏ hơn; sản phẩm ion. ”
Các mảnh độc đáo như một dấu vân tay cấu trúc
Isomer có sự sắp xếp liên kết khác nhau và điểm yếu cấu trúc. Bởi vì điều này, chúng sẽ phân chia theo nhiều cách khác nhau. Chúng sẽ tạo ra một nhóm ion sản phẩm khác nhau hoặc cùng một ion sản phẩm nhưng với số lượng tương đối khác nhau. Mô hình phân mảnh kết quả này là một chữ ký độc đáo cho mỗi đồng vị’ Cấu trúc S.
Để tiếp tục ví dụ của chúng tôi, phổ phân mảnh của DBP và DIBP cho thấy sự khác biệt rõ ràng trong các ion sản phẩm của chúng. Điều này cho phép một nhà phân tích tự tin phân biệt chúng ngay cả khi chúng xảy ra để thoát khỏi cột nhiễm sắc cùng một lúc.
Vai trò cơ bản của HRMS: Xác nhận điểm khởi đầu
HRMS có thể’ t phân biệt các đồng vị chỉ bằng khối lượng, nhưng công việc của nó vẫn cần thiết. Nó cung cấp một công thức nguyên tố rõ ràng ngay từ đầu (ví dụ, xác nhận C ₁₆H₂₂O₄). Bằng cách làm điều này, nó làm giảm đáng kể danh sách các ứng cử viên có thể và cung cấp cho các nhà phân tích một nơi tự tin để bắt đầu. Nó trả lời “ Nó được làm bằng gì? ” câu hỏi. Do đó, điều này làm sạch con đường cho nhiễm sắc học và MS / MS để trả lời “ Nó được kết hợp như thế nào? ” câu hỏi.
Các ứng dụng thực tế trên khắp các ngành công nghiệp
Phương pháp phân tích đa phần này rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực:
- Phát triển dược phẩm: Nói một ma túy’ dạng hoạt động của nó ngoài các đồng vị stereoisomer ít hoạt động hoặc độc hại.
- Giám sát môi trường: Sự khác biệt giữa các phiên bản ô nhiễm độc hại cao và ít gây hại hơn như polychlorinated biphenyls (PCBs).
- An toàn thực phẩm: Tìm dư lượng thuốc trừ sâu cụ thể hoặc chất ô nhiễm có thể đồng tính với các bộ phận tự nhiên của thực phẩm.
PERSEE: Cho phép các quy trình làm việc phân tích tiên tiến
Việc thực hiện thành công các nhiệm vụ phân tích phức tạp này đòi hỏi thiết bị mạnh mẽ và đáng tin cậy. PERSEEMột nhà sản xuất đáng tin cậy với kinh nghiệm trở lại năm 1991, cung cấp một loạt các dụng cụ được xây dựng cho độ chính xác và chính xác. Từ của họ Hệ thống HPLC L600, cung cấp sức mạnh tách hàng đầu cần thiết cho phân tích đồng phân, cho sự đa dạng của các máy quang phổ và máy nhiễm sắc, PERSEE là dành riêng cho việc cung cấp các công cụ hiện đại hôm nay’ phòng thí nghiệm của trường học và công nghiệp phụ thuộc vào.
Tóm tắt của Key Insights
Phổ đo khối lượng độ phân giải cao là một phần quan trọng của phân tích hiện đại. Tuy nhiên, phân biệt các đồng vị cần một kế hoạch đa bước:
- Quỹ: Đầu tiên, HRMS được sử dụng để đo khối lượng chính xác. Điều này tìm thấy chính xác một hợp chất’ công thức nguyên tố độc đáo.
- Phương pháp chính: Nhiệt sắc (LC hoặc GC) là công cụ chính được sử dụng để tách các đồng vị theo thời gian dựa trên sự khác biệt cấu trúc của chúng trước khi chúng đến máy dò.
- Công cụ xác nhận khóa: Phổ đo khối lượng kết hợp (MS / MS) được sử dụng để phân biệt các đồng vị bằng cách nghiên cứu các mô hình phân mảnh độc đáo của chúng, hoạt động như một dấu vân tay cấu trúc.
- Dụng cụ xương sống: Thành công của toàn bộ quá trình này phụ thuộc vào các công cụ mạnh mẽ và đáng tin cậy, nơi các đối tác đáng tin cậy như PERSEE cung cấp phần cứng cần thiết cho công việc phân tích phức tạp.
Câu hỏi thường gặp:
Q1: Lợi thế chính của việc sử dụng HRMS so với phổ đo khối lượng thông thường là gì?
A: Lợi ích lớn nhất là sức mạnh của nó để đo khối lượng chính xác đến nhiều chỗ thập phân. Điều này cho phép xác định chính xác của một phân tử’ Công thức nguyên tố. Đây là một bước đầu tiên quan trọng mà MS thường xuyên không thể thực hiện.
Q2: Cách tiếp cận kết hợp này có thể phân biệt tất cả các loại đồng vị không?
A: Sự hỗn hợp của nhiễm sắc học và MS song song là rất mạnh mẽ để phân biệt hầu hết các đồng vị cấu trúc và vị trí. Tuy nhiên, một số đồng vị stereo (enantiomer) có thể rất khó khăn và vẫn có thể cần các kỹ thuật đặc biệt như nhiễm sắc chiral để được giải quyết hoàn toàn.
Q3: Tại sao tách nhiễm sắc quan trọng khi phân tích đồng vị?
A: Các đồng phân thường có khối lượng chính xác tương tự và có thể tạo ra các mảnh tương tự. Bởi vì điều này, nhiễm sắc học thêm một chiều kích khác của sự tách biệt (thời gian). Nó đảm bảo các đồng vị khác nhau đến với máy dò vào các thời điểm khác nhau, đơn giản hóa rất nhiều phân tích và giúp tránh nhận dạng sai.
