VIỆN KIỂM NGHIỆM AN TOÀN VỆ SINH THỰC PHẨM QUỐC GIA

HỆ THỐNG SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ HAI LẦN LC-MS/MS

(Model: Waters XEVO TQ-XS)

Hệ thống sắc ký lỏng khối phổ hai lần Waters XEVO TQ-XS

Hiện nay, XEVO TQ-XS là hệ thống thiết bị sắc ký lỏng khối phổ hai lần nhạy nhất của hãng Waters. Hệ thống bao gồm:

- Bộ phận sắc ký lỏng siêu hiệu năng I-Class

- Bộ phận khối phổ ba tứ cực với nguồn ESI và APCI

1. Bộ phận sắc ký lỏng

Sắc ký là quá trình tách xảy ra trên cột tách với pha tĩnh là chất rắn và pha động là chất lỏng. Mẫu phân tích được chuyển lên cột tách dưới dạng dung dịch. Khi tiến hành chạy sắc ký, các chất phân tích được phân bố liên tục giữa pha động và pha tĩnh. Trong hỗn hợp các chất phân tích, do cấu trúc phân tử và tính chất lí hoá của các chất khác nhau, nên khả năng tương tác của chúng với pha tĩnh và pha động khác nhau. Do vậy, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau.

 

Mô hình hệ thống LC-MS/MS

2. Bộ phận khối phổ

Khối phổ là thiết bị phân tích dựa trên cơ sở xác định khối lượng phân tử của các hợp chất hóa học bằng việc phân tách các ion phân tử theo tỉ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) của chúng. Các ion có thể tạo ra bằng cách thêm hay bớt điện tích của chúng như loại bỏ electron, proton hóa,... Các ion tạo thành này được tách theo tỉ số m/z và phát hiện, từ đó có thể cho thông tin về khối lượng hoặc cấu trúc phân tử của hợp chất.

 

Sơ đồ cấu trúc của máy khối phổ MS

Cấu tạo của một thiết bị khối phổ bao gồm 3 phần chính: nguồn ion, thiết bị phân tích và bộ phận phát hiện. Trước hết, các mẫu được ion hóa trong nguồn ion, sau đó đưa vào bộ phận phân tích khối để tách các ion theo tỉ số m/z. Sau đó các ion đi vào bộ phận phát hiện (detector), sẽ được khuếch đại và chuyển thành tín hiệu. Các tín hiệu thu được sẽ chuyển vào máy tính để xử lí và lưu trữ.

• Nguồn ion

Chất phân tích sau khi ra khỏi cột tách sẽ được dẫn tới nguồn ion để chuyển thành dạng hơi và được ion hóa nguyên tử. Một số kĩ thuật ion hóa thường được sử dụng trong sắc ký lỏng khối phổ như: ion hóa đầu phun điện tử (electrospray ionization – ESI), ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (atmospheric pressure chemical ionization – APCI).

a) Chế độ ion hóa đầu phun điện tử (ESI)

Kĩ thuật ion hóa phun điện tử bao gồm ba quá trình cơ bản sau:

+ Tạo thành các giọt mang điện tích.

+ Làm giảm kích thước của các hạt, và phân nhỏ các hạt.

+ Quá trình hình thành pha hơi các ion.

Khi dung dịch mẫu ra khỏi cột sắc ký, được đưa vào ống mao quản bằng kim loại. Đầu mao quản này được áp điện thế cao (4-6 kV). Khi điện tích dư trên đầu mao quản vượt qua  sức căng bề mặt của dịch mẫu thì sẽ tạo thành các giọt mang điện tích. Tiếp đó các giọt mang điện này được làm giảm kích thước nhờ hai quá trình liên tục xảy ra, đó là sự hóa hơi dung môi nhờ dòng khí N₂ được liên tục thổi vào và sự bắn phá của các giọt tích điện cùng dấu. Cuối cùng dẫn đến sự hình thành pha hơi của các ion. Nhờ lực hút tĩnh điện mà các ion này được dẫn vào bộ phân tích khối phổ qua một cửa sổ rất nhỏ. Dung môi và khí trơ N₂ được hút ra ngoài do một dòng khí (Curtain Gas).

b) Chế độ ion hoá hoá học ở áp suất khí quyển (APCI).

Chất phân tích và dung môi ở dạng lỏng được chuyển thành các giọt nhỏ rồi hóa hơi ở nhiệt độ cao khoảng 500°C. Một điện thế cao từ 3 – 5kV tạo ra các electrron và ion hóa chất phân tích.

• Bộ phân tích tứ cực

Máy tứ cực dựa trên nguyên tắc các ion có khối lượng khác nhau sẽ dao động khác nhau theo điện áp tổng hợp một chiu và xoay chiều đặt vào môi trường di chuyển của nó.

Máy gồm 4 thanh cực ghép song song nối với nhau từng đôi một đối diện nhau, tạo thành hai cặp, sau đó chúng nối với điện áp một chiều tạo thành 2 cặp dương và âm. Ngoài điện áp một chiều, hai cặp điện cực còn được nối với điện áp xoay chiều. Tổ hợp điện áp này đặc biệt là điện áp xoay chiều sẽ thay đổi theo chu kỳ để quét khối lượng các ion:        

 + Ion cộng hưởng

+ Ion không cộng hưởng.                                             

Một số ion có tỷ số m/z xác định cộng hưởng với thế xoay chiều xác định có thể đi thẳng qua khoảng không đến detector. Trong khi đó các ion khác không sẽ có quỹ đạo không ổn định va chạm với các cực và bị giữ lại ở đó. Tuy nhiên để thu được tất cả các ion ta quét điện áp theo chu kỳ từ zero đến một điện áp nhất định tăng dần sau đó lại trở lại zero, lần lượt các ion sẽ vượt qua được tứ cực cũng có khối lượng từ nhỏ đến lớn để đến detector

3. Ứng dụng hệ thống LC-MS/MS Waters XEVO TQ-XS tại khoa Dinh dưỡng và phụ gia thực phẩm

Hiện nay, NIFC có > 5 thiết bị LC-MS/MS, trong đó, hệ thống LC-MS/MS Waters XEVO TQ-XS được đặt tại khoa Dinh dưỡng và phụ gia thực phẩm sử dụng chuyên biệt để phân tích các vi chất dinh dưỡng ở hàm lượng thấp và phụ gia thực phẩm như sau:

+ Vitamin tan trong dầu: vitamin A (retinol, retinyl palmitate…), carotene (carotene tổng số, beta-caroten), vitamin D (D2, D3), vitamin E (alphatocopherol, tocopheryl acetat, beta-tocopherol, gama-tocopherol, delta-tocopherol), vitamin K (K1, K2, K3, MK4, MK7)… sử dụng nguồn APCI

+ Vitamin tan trong nước: vitamin nhóm B (B1, B2, B3, B5, B6, B9, biotin, B12)

Ngoài ra, hệ thống còn được sử dụng để xác nhận khi quy trình phân tích trên HPLC chưa thể khẳng định, như: hàm lượng lactose trong sữa free lactose, saccarose trong các sản phẩm không bổ sung đường, một số nhóm phụ gia thực phẩm: parabens, anthocyanin, steviol glycosides…