Phổ khối lượng khiến bạn đê mê không lối thoát

Phổ khối lượng (Mass Spectrometry – viết tắt phổ MS) là nội dung khó nuốt lắm. Hồi xưa thời sinh viên ở trường Đại học Sư phạm Tp. HCM, tụi mình chưa từng được học môn này nên… chẳng biết tí gì về nó. Bây giờ không còn được học đại học nữa – chỉ còn học trường đời thôi, càng khiến mình sợ hơn… hê! hê! hê!.

1. Phổ khối lượng (phổ MS)

1.1. Dùng để xác định

• Nguyên tử khối (bỏ qua không xét).
• Phân tử khối (M) của chất (học phần này).
• Hàm lượng % các đồng vị bền của 1 nguyên tố hóa học (bỏ qua không xét).

1.2. Nguyên tắc hoạt động

1. Trong máy đo phổ MS, người ta dùng các electron năng lượng lớn (???) bắn vào phân tử để biến phân tử thành ION (các ion này đa số mang điện tích dương 1+); bởi vì khi có điện tích, người ta mới “nắm túm” được chúng – bằng cách sử dụng từ trường để hút-giữ ion lại. Do dùng năng lượng từ lớn đến nhỏ dần để bắn phá; nên 1 phân tử sẽ bị vỡ tan tành thành nhiều mảnh ion (năng lượng lớn thì phân tử vỡ vụn thành các mảnh nhỏ, năng lượng nhỏ thì phân tử không vỡ, mà chỉ bị mẻ mất chút electron để thành ion thôi). Ví dụ từ phân tử CO₂ ; các mảnh ion tạo ra là C⁺, O⁺, CO⁺, CO₂⁺.
2. Tạo đường đua cho các ion (dùng từ trường)-đích là máy dò: cũng như chúng mình, các ion nhẹ bay đến máy dò nhanh hơn so với các ion nặng hơn. Như trên thì ion CO₂⁺ là nặng nhất (M=44) nên bay đến máy dò chậm chạp nhất. Nói túm lại: các mảnh ion nặng được máy ghi nhận sau cùng – thường là mảnh ion phân tử.
3. Dùng máy móc hiện đại gì đó để xác định khối lượng của từng ion; rồi máy vẽ ra biểu đồ với trục nằm ngang là cường độ tương đối (relative abundance / relative intensity) và trục đứng là trị m/z (m là khối lượng ion, z là điện tích. Vì z = 1 nên m/z = m ; chính là khối lượng M của ion đó). Mỗi mảnh ion trên sẽ ứng với 1 peak (đọc là bích… pích…!!!) trên biểu đồ.
4. Mình xác định M_{phân tử} dựa trên: mảnh ion bay sau cùng (do M lớn nên nặng nề, bay chậm nhất) và có cường độ lớn – thường đạt 100% luôn á.

2. Vài phổ khối lượng xem chơi

🙋‍♂️🤦‍♀️

2.1. Phổ MS của CO₂ hấp dẫn thế này

Tạo ion: các mảnh ion tạo ra từ CO₂ là C⁺, O⁺, CO⁺, CO₂⁺. Máy và người làm việc một hồi… ; máy sẽ vẽ ra 1 biểu đồ, trên đó thể hiện 4 peak ứng với 4 mảnh ion trên.

• mỗi peak xác định bởi cường độ tương đối và trị m/z (vì z =1 nên m/z = m = M_ion).
• mảnh ion của phân tử CO₂ là CO₂⁺ có tín hiệu % lớn nhất; dựa vào tín hiệu này là mình biết được M_CO2⁺ = M_CO2 = 44.

🥵🥶

2.2. Phổ MS của C₂H₅OH còn hấp dẫn hơn nữa nè

Khi bắn phá phân tử C₂H₅OH; nó bị vỡ tan thành vô số mảnh ion dương. Các mảnh ion điển hình tạo ra từ C₂H₅OH là CH₃⁺, C₂H₂⁺, …, C₂H₅OH⁺, … Máy phân tích xong sẽ tự vẽ ra 1 biểu đồ, trên đó thể hiện vô số peak,

• mỗi peak ứng với các mảnh ion trên.
• tận cùng biểu đồ thấy 2 giá trị M là 46 (mảnh ion C₂H₅OH⁺) và 47 (mảnh ion C₂H₇O⁺). Nhưng trị M = 46 có tín hiệu % lớn hơn trị M = 47; dựa vào tín hiệu này mạnh hơn này, mình nhận trị M = 46, tức là biết được M_C2H5OH⁺ = M_C2H5OH = 46.

3. Phổ khối lượng dùng để trang trí khi học Hóa 11

3.1. Mình đừng ngẫu hứng sáng tác phổ MS nha bạn

Số lượng và cường độ peak trên phổ MS phụ thuộc vào nhiều yếu tố lắm: phương pháp đo, dung môi hòa tan chất cần đo, kĩ năng của kĩ thuật viên, …. (còn gì nữa mình cũng không biết luôn, phải là dân chuyên nghiệp tay nghề cao mới biết tường tận).

Máy tự vẽ ra phổ MS dựa trên kĩ thật xử lý mẫu, kĩ thuật cài đặt qui trình đo của kĩ thật viên. Mình đừng ngồi buồn vẩn vơ, rồi tự sáng tác ra phổ MS nha bạn. Chỉ cần hỏi bác Google bằng từ khóa Mass spectrum of… là mình sẽ có ngay bản in phổ MS đã có bằng thực nghiệm; hoặc bạn tham khảo Trung tâm dữ liệu phổ MS theo đường linh mình để cuối bài viết.

3.2. Phổ MS trong SGK lớp 11 bản mẫu

Phổ khối lượng nếu học đến tường tận thì rất đáng sợ. Nhưng đừng lo – để chuyện đó cho các chuyên gia. Mình chỉ thấy bài tập trong SGK 11 bản mẫu (năm 2023) nói lấy trị m/z bự nhất – đó chính là M của phân tử. Dễ quá phải không nào?

Bạn hãy xem hình chụp 1 bài tập trong bản mẫu như dưới đây:

Hoặc điệu hơn, người ta cho hình vẽ để thêm sinh động. Hãy nhìn một bài tập khác dưới đây:

4. Phân tích định tính và Phân tích định lượng

Ở các bài tập trên, mình thấy nói … kết quả phân tích nguyên tố của chất X như sau …

Trong SGK phân ban cũ có nói phân tích nguyên tố gồm:

• Định tính (xác định danh tính): nhà hóa học dùng máy móc, dụng cụ, hóa chất, …. để tìm xem chất hữu cơ tạo từ các nguyên tố hóa học nào (thường là C, H, O, N)?
• Định lượng (xác định hàm lượng): nhà hóa học lại tiếp tục dùng máy móc, dụng cụ, hóa chất, …. để tìm xem hàm lượng (thường là % khối lượng) mỗi nguyên tố là bao nhiêu?

Ở đây cho sẵn luôn nguyên tố và % khối lượng tương ứng luôn; vậy thì dễ rồi. Còn cách tìm công thức phân tử mình sẽ học sau nha bạn.

5. Tài liệu tham khảo thêm về Phổ khối lượng

Đến đây, bạn vẫn chưa biết về phổ khối lượng, hãy kiên nhẫn! Cùng vui đọc lại bài viết trên để cố hiểu nha bạn.

Mời các bạn đọc thêm các bài viết về Phổ MS tiếng Anh tại (lưu ý không dành cho người yếu tim!):

• chemguide.co.uk
• chemistry.msu.edu
• chem.libretexts.org
• asms.org (Hiệp hội phổ MS Hoa Kỳ)
• chemdata.nist.gov (Trung tâm dữ liệu phổ MS Hoa Kỳ)

6. Liên kết nhanh

Đọc thêm các bài viết của Hóa lớp 11 tại đây.

Được viết bởi: Đỗ Trọng Toan từ W3chem.com

Mình là người tự thực hiện toàn bộ dự án này – bao gồm xây dựng trang web, viết nội dung, tìm tài liệu tham khảo, trả lời câu hỏi bạn gởi về. Vui lòng xem xét QUYÊN GÓP để hỗ trợ W3chem CHỈ BẰNG CÁCH CHIA SẺ BÀI VIẾT NÀY LÊN MẠNG XÃ HỘI; bởi vì trong tương lai, bạn sẽ cho mình nhiều thời gian để làm việc trên W3chem, cũng có nghĩa bạn nhận thêm nhiều nội dung mới nhanh hơn tại đây.😍 🥰 😘

Mình cảm ơn bạn rất nhiều ⤵