محتويات
كيف يكون مصدر الأيون في جهاز مطياف الكتلة
يكون مصدر الأيون في جهاز مطياف الكتلة في جزيئات الطور الغازي للمادة، أي لا يجب أن تكون المادة في الطور غير السائل.
حيث يعمل هذا الجهاز على الفصل اللوني بين الغازات المستقرة والمتطايرة حرارياً، والحري بالذكر يعد جهاز مطياف الكتلة من الأجهزة المهمة التي تستخدم في فصل جزيئات الطور الغازي.
وخلال الـ بحث عن مطياف الكتلة، تم الكشف أن على الرغم من أهمية عمل هذا الجهاز، إلا أن له بعض العيوب، حيث أنه يسبب تجزئة واسعة للأيونات بالتالي فإن الأيون الجزيئي لا يمكن ملاحظته إلا ضمن المركبات.
حيث يطلق على عملية التحليل بهذا الجهاز اسم التأين الكيميائي، وهي عملية يتم فيها إنتاج الأيونات عن طريق تصادم الجزيئات مع الأيونات في الغاز الكاشف الذي يكون في مصدر الأيون، عندما يتعرض الغاز الكاشف في تأثير الإلكترونات ينتج أيونات باستخدام الإلكترونات السريعة الموجودة في الفتيل. [1]
ما هو جهاز مطياف الكتلة
إن جهاز مطياف الكتلة يعد أحد الأدوات التحليلية التي تستخدم لقياس نسبة كتلة جزيء واحد أو أكثر من الجزيئات المكونة للمادة على شحنتها، بهدف دراسة تلك المادة وتحديد خصائصها وطبيعتها الكيميائية.
يستخدم عند الرغبة بقياس الوزن الجزيئي الدقيق للعينة المراد تحليلها، عن طريق تحليل جزيئات تلك العينة كل واحد على حدة مما يسهل دراستها كيميائياً بشكل أفضل، وهذه فقط واحدة من استخدامات مطياف الكتلة والطيف.
كما يمكن أن يتم استخدام مقياس الكتلة أيضاً لمعرفة نوع بعض المركبات غير المعروفة، حيث يمكن معرفة ذلك عن طريق قياس الوزن الجزيئي لتلك العينة هذا الأمر يساعد الكيميائيين على تحديد بنية تلك المادة وخصائصها الكيميائية.
ما هي مكونات جهاز مطياف الكتلة
- مصدر التأين.
- محلل الكتلة.
- نظام الكشف عن الأيونات.
يتكون جهاز مطياف الكتلة من ثلاث مكونات أساسية، يمكن حصر هذه المكونات فيما يأتي:
مصدر التأين: تتحول الجزيئات إلى أيونات (شحنات موجبة وسالبة) في الطور الغازي، فالمجالات الخارجية (الكهربائية والمغناطيسية) تعمل على تحريك تلك الشحنات ومعالجتها، بما يخدم التجارب العلمية التي يريد العلماء تنفيذها، وقد استخدم العلماء هذه العملية وأطلقوا عليها عملية التأين بالرذاذ الإلكتروني النانوي، حيث يمكن لهذه العملية أن تربط مباشرة ما بين مخرج العمود الكروماتوغرافي صغير الحجم ومدخل مطياف الكتلة، بحيث يتم تمرير التدفق من خلال إبرة طولها حوالي 10 إلى 15 ميليمتر عند كل من طرفيها.
محلل الكتلة: بعد أن تتم عملية التأين مباشرةً يتم فرز وفصل الأيونات وفقاً لنسبة تلك الأيونات الى شحنتها، ويوجد عدد كبير من أجهزة التحليل الكتلية (مقياس الكتلة والطيف) إلا أنه لا يزال حتى الآن يوجد عائق متعلق بسرعة تشغيل الجهاز، والدقة في فصل الأيونات عن بعضها البعض، كما أن بعض العوائق والمتطلبات الأخرى التي تجعل دراسة بعض العينات أمر في غاية الصعوبة.
نظام كشف الأيونات: أما عن المرحلة الأخيرة التي يقوم بها الجهاز فإنه يقوم بقياس الأيونات التي تم فصلها سابقاً ثم إرسالها إلى نظام بيانات يقوم بتخزين نسب كتلتها إلى شحنتها التي تم قياسها مسبقاً، حيث أن طيف الكتلة هو ببساطة حصيلة نسبة كتلة الأيونات الموجودة في العينة إلى شحنتها، وتشير القمم التي ترسم على المقياس إلى وفرة الشحنات المختلفة الموجودة في العينة المدروسة، وذلك يدل على النشاط الكيميائي للعينة. [2]
ما هي خطوات عمل جهاز مطياف الكتلة
يستخدم جهاز مطياف الكتلة في قياس كتلة جزيئات المادة المتفاعلة، تمر عملية التحليل في المطياف بأربع خطوات تتمثل في: التأين، والتسارع، والانحراف، والكشف، وفيما يلي يتم شرحها:
- التأين: تبخر العينة التي يتم تحليلها في جهاز التأين من خلال استخدام تيار من الإلكترونات المنبعثة من ملف معدني مسخن كهربائياً، نتيجة التصادم القوي بين الإلكترونات يتشكل أيون موجب الشحنة، تكون شحنة معظمها +1 وهذا يكون نتيجة صعوبة إزالة أكثر من إلكترون واحد في أكثر من أيون.
- التسارع: وظيفة غرفة التأين الموجبة صد الأيونات الموجبة الشحنة لتتسارع باتجاه الشقوق السالبة الثلاثة، فيتم تخفيض جهدها تدريجياً، وسرعة تحرك الأيونات يتعلق بكتلتها، فكلما كانت الأيونات أخف وزناً كانت جزيئاتها أسرع من الأيونات الأثقل.
- الانحراف: ينحرف تيار الأيونات الموجبة الشحنة من خلال تعرضه للمجال المغناطيسي معتمداً على كتلة الأيون والشحنة التي يحملها، فالأيون ذو الكتلة الخفيفة يزداد انحرافه عن الأيون ذو الكتلة الثقيلة، وكلما زادت شحنة الأيون انحرف بشدة أكبر.
- الكشف: وهي المرحلة النهائية لتحليل الطيف، ففيها يتم الكشف عن شعاع الأيوانات الذي يمر من محلل الكتلة فيعطي نسبة الكتلة إلى الشحنة (m/z)، يتم تحديد الشحنة من خلال الإلكترون الذي يقفز من المعدن إلى الأيون، فيتم توليد تيار كهربائي متناسب مع هذه الأيونات.
بعد إتمام الخطوات الأربع التي تم ذكرها أعلاه ترسل نتيجة مطياف الكتلة من خلال جهاز الكمبيوتر ليتم إجراء التحليلات عليها، يظهر التحليل قيم الجزيئات الكتلة على الشحنة m/z لكل الأيونات الموجودة ووفرتها النسبية. [3]
