Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Phương pháp khối phổ (MS)

BioMedia

 

Phương pháp khối phổ (MS) là một kỹ thuật phân tích hóa học giúp xác định hàm lượng và loại chất hóa học có trong một mẫu bằng cách đo tỷ lệ khối lượng trên điện tích và số lượng của các ion pha khí.

Nguyên lý của khối phổ

Khối phổ là kỹ thuật phân tích đo phổ về khối lượng của các phân tử tích điện khi chúng di chuyển trong điện trường. Mẫu được ion hóa trở thành các phân tử tích điện khác nhau và được phân tách dựa vào sự sai khác về giá trị m/z. Dữ liệu phổ khối được tự động ghi lại và sử dụng để nhận dạng protein bằng các công cụ tin sinh học.
Hoạt động và cấu tạo chung của máy khối phổ
Ban đầu, mẫu (i) được ion hóa thành các ion ở các trạng thái tích điện khác nhau, (ii) sau đó các ion mẫu sẽ được phân tách dựa trên sự khác biệt về giá trị m/z, (iii) ghi dữ liệu phổ về khối của các ion đã phân tách với sự trợ giúp của các phần mềm tin sinh học cho phép tìm kiếm trên các cơ sở dữ liệu và phân tích kết quả thu được. Máy khối phổ không đo khối lượng (m) mà chúng đo giá trị m/z (mass/charge ratio).
Hệ thống khối phổ có nhiều loại và được ứng dụng rất đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong đó, có hai loại hệ thống hay được sử dụng chính trong proteomics là MALDI-TOF và ESI-MS/MS [2, 10]. Hai hệ thống này khá khác nhau nhưng bổ sung cho nhau với cùng một mục đích là nhận dạng protein. Máy khối phổ có 3 phộ phận chính đó là (i) nguồn ion hóa mẫu, (ii) bộ phận phân tích khối, (iii) bộ phận ghi phổ (detector). Tùy thuộc vào các loại nguồn và bộ phân tích khối mà máy khối phổ có cấu hình và nguyên tắc hoạt động khác nhau. Hình dưới minh họa sơ đồ cấu tạo đơn giản của hệ thống khối phổ.



Có 2 loại nguồn ion hóa mẫu hay được sử dụng đó là nguồn MALDI và ESI.
Kỹ thuật MALDI-TOF

MALDI là thuật ngữ chỉ phương pháp ion hóa mẫu hấp thụ dựa trên sự hỗ trợ của các chất nền và năng lượng laser (Matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI). Nguồn MALDI sử dụng các chất nền hỗ trợ để ion hóa mẫu dưới tác dụng của năng lượng laser lớn.

Ban đầu, mẫu được xử lý, làm tinh sạch bằng nhiều phương pháp khác nhau. Sau đó mẫu phân tích được trộn với các chất nền (các axit yếu như sinapinic) chứa các phân tử hữu cơ nhỏ có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng ở những bước sóng nhất định. Hỗn hợp mẫu và chất nền được đưa lên khay và bay hơi tạo thành các hạt tinh thể bám với peptid. Dưới tác dụng của nguồn năng lượng laser cực lớn chiếu vào làm cho các chất nền (axit yếu) hấp thụ năng lượng và bật ra các photon. Mẫu được hấp thụ photon và năng lượng sẽ được đi vào hệ thống khối phổ TOF. Các ion dương thường được tạo ra đối với mẫu dạng các peptid/protein. Mỗi peptid có xu hướng hấp thụ một photon kết quả là ion peptid sẽ tích điện dương +1.

Phương pháp MALDI-TOF và MALDI-TOF MS thường được sử dụng cho các mẫu protein đơn giản, và khá tinh sạch. Ưu điểm là có thể giải trình tự axit amin mảnh peptid và đo chính xác khối lượng, nhưng nó lại không thích hợp cho việc phân tích hỗn hợp protein phức tạp.
Kỹ thuật ESI-MS/MS
ESI (ElectroSpray Ionization) là thuật ngữ chỉ phương pháp ion hóa mẫu bằng phương pháp phun chùm ion trong dung dịch tạo thành đám sương mù với các giọt nhỏ dễ bay hơi.
Cơ chế hoạt động của nguồn ESI khá đơn giản. Dưới áp lực dòng liên tục, đường kính cột bé và hiệu điện thế cao (2500V), peptid sẽ được phun tơi thành các giọt nhỏ đa điện tích ra khỏi đầu kim phun. Kim phun sẽ tạo thành các giọt nhỏ, như đám sương mù (đám mây khí ion), dễ bay hơi, các giọt này chứa peptid và các thành phần dung môi khác. Quá trình bay hơi được thực hiện bởi nhiệt độ hoặc màng chắn khí nitơ (curtain gas) làm cho mẫu dễ bay hơi. Kết quả là chỉ còn peptid tích điện và bay vào bộ phận phân tích khối của máy khối phổ liên tục MS/MS.


Ngược với MALDI, nguồn ESI ion hóa mẫu trong dịch lỏng. Khi đó peptid sẽ tồn tại ở dạng ion bởi vì chúng chứa các nhóm chức, và điện tích của chúng phụ thuộc vào pH của dung môi. Ở giá trị pH axit (pH 3,5 hoặc thấp hơn) protein/peptid sẽ mang điện tích dương và được phân tách bằng sắc ký nano đa chiều tốt hơn [3]. Do đó, nguồn ESI hay được kết nối trực tiếp với hệ sắc ký lỏng và thường phân tích các peptid ở chế độ ion dương. Hệ ESI-MS/MS có ưu điểm là tự động, ion hóa cao, có khả năng kết nối linh động với sắc ký và khối phổ, peptid thường ở trạng thái đa điện tích (+2, +3…). Trạng thái tích đa điện tích làm cho giá trị m/z phù hợp với giải khối cho phép của các bộ phận phân tích khối như quadrupole và ion-trap. Hệ nanoLC-MS/MS có thể phân tách hỗn hợp protein phức tạp với hàng ngàn protein được nhận dạng.


Có ba loại bộ phận phân tách khối liên tục MS/MS (tandem mass analyzer) là triple quadrupole (hình 12), ion-trap và quadrupole-time of flight.

Mặc dù các bộ phận phân tích khối này hoạt động khác nhau nhưng chúng có chung một chức năng là phân tách khối các ion trong điện trường. Hỗn hợp ion được hình thành từ nguồn ESI sẽ được đi qua bộ phận phân tách khối liên tục để phân tách, lựa chọn và vào buồng phân mảnh CID (collision-induced dissociation).

Ion peptid sẽ bị phân mảnh thành các đoạn nhỏ hơn được đo và ghi phổ tại detector. Quá trình phân mảnh liên tục được gọi là quá trình thực hiện MS/MS.

Nguồn: http://phantichprotein.vn

Tổng hợp: BioMedia Việt Nam

Các bài viết cùng chủ đề

Phương pháp khối phổ (MS)

  Phương pháp khối phổ (MS) là một kỹ thuật phân tích hóa học giúp xác định hàm lượng và loại chất hóa học có...