ما هي طريقة قياس الطيف الكتلي

1 إجابة واحدة
مهندسة زراعية
علوم أغذية, جامعة تشرين

مع الثورة الرقمية والعلمية التي حدثت في العقود الأخيرة، استطاع الإنسان التوصل للعديد من طرق الكشف عن المواد، لتحليلها والبحث في بنيتها، ويعدّ جهاز الطيف الكتلي أحد أهمها، فهو تقنيةٌ تحليليةٌ قويةٌ تستخدم لتحديد كمية المواد المعروفة وغير المعروفة داخل عينةٍ ما، ومعرفة الخصائص البنيوية والكيميائية لمكونات العينة.

يعتمد مبدأ جهاز الطيف الكتلي على تطبيق قوىً معينة على الجسيمات الذرية؛ لتحرفها عن مسارها الأصلي، بشرط تحويلها إلى الحالة الأيونية، ولإزالة إشارات التعجب والاستفهام التي تكونت لديك، سأخوض معك في مراحل أبسط نموذجٍ من جهاز الطيف الكتلي لقياس وتحديد المواد:

التأيّن: تحول جميع ذرات المادة إلى أيوناتٍ موجبةٍ، حتى بالنسبة للعناصر التي تكون عادةً أيوناتٍ سلبيةٍ كالكلور، أو العناصر الخاملة التي لا تكون الأيونات، فتحول العينة إلى الحالة البخارية، ويمرر البخار في غرفة التأين، حيث يوجد ملفٌ معدنيٌّ مسخنٌ كهربائيًا، ليطلق الإلكترونات التي تنجذب إلى المصيدة الإلكترونية وهي عبارةٌ عن لوحةٍ مشحونةٍ إيجابيًا، فتعترضها جسيمات العينة (الذرات أو الجزيئات)، ويحدث التصادم الذي قد يكون نشطًا بما يكفي لطرد إلكترونٍ واحدٍ أو أكثر من جسيمات العينة؛ لتكوين أيوناتٍ موجبةٍ، مع مراعاة تفريغ غرفة التأين لمنع تصادم  الأيونات المنتجة مع جزيئات الهواء.

الطيف الكتلي

التسريع: تسرع الأيونات بحيث يكون لها نفس الطاقة الحركية، فتطرد الأيونات الموجبة بعيدًا عن غرفة التأين الإيجابية، وتمرّ عبر ثلاثة شقوقٍ تختلف بالجهد المطبق في كلٍّ منها ليصل في آخرها إلى 0 فولت، فتسرع جميعًا لأيوناتٍ إلى حزمةٍ مركزّةٍ بدقةٍ.

الطيف الكتلي

الانحراف: هنا تأتي مرحلة الفصل، بتطبيق مجالٍ مغناطيسيٍّ لحرف الأيونات، وتعتمد كمية الانحراف على عدة عوامل:

  • عدد الشحنات الموجبة، أي على عدد الإلكترونات التي خرجت في مرحلة التأين.
  • كتلة الأيون: يزداد الانحراف كلّما كان الأيون أخفّ وزنًا.
  • شحنة الأيون: تنحرف الأيونات ذات الشحنتين الموجبتين أو ما يزيد، أكثر من تلك التي تحتوي على شحنةٍ موجبةٍ واحدةٍ فقط.

وفقًا لهذه العوامل، تحدد النسبة (الكتلة / الشحن)، أو (m / z)، التي تعيّن نوع العنصر، على سبيل المثال، إذا كان لأيونٍ كتلة 28 وشحنة 1+ ، فإنّ نسبة الكتلة / الشحنة ستكون 28، وفي حالة أيونٍ بكتلة 56 وشحنة 2+ سيكون له أيضًا نسبة كتلة / شحنة تساوي 28.

الطيف الكتلي

الكشف: يُكشف عن شعاع الأيونات التي تمرُ عبر الجهاز كهربائيًّا، ومن خلال تغيير قوة المجال المغناطيسي، يمكن تحويل تيارات الأيونات المختلفة (بعد الانحراف) إلى كاشف الأيونات، من أجل زيادة نسبة الكتلة / الشحن، حيث تحتاج الأيونات الأخف إلى الانحراف الأقلّ، عندما يضر بالأيون الكاشف، تتعرض الشحنة للانحراف، وهذا ما يولّد تيارًا كهربائيًا، يتناسب هذا التيار مع وفرة الأيون، وترسل الإشارة إلى جهاز الكمبيوتر لتحليلها.

الطيف الكتلي

يظهر المخطط أنّ التيار A  هو الأكثر انحرافًا، لأنه يمتلك أيونات ذات أصغر نسبة كتلة/شحنة، في حين يعدّ التيار C  الأقلّ انحرافًا؛ لأن أيوناته تحمل أعلى نسبة كتلة / شحنة. فالتيار B  هو الوحيد الذي يتمكن من الوصول الى الكاشف، بينما تصطدم التيارات الأخرى بالجدران، حيث تتعادل بواسطة الالكترونات، فعندما يصطدم الأيون بالصندوق المعدني، تقفز الإلكترونات من الجدار المعدني إلى الأيونات فتتعادل شحنتها، مما يخلفّ فراغًا بين الإلكترونات في المعدن، فتتناوب إلكترونات السلك على طولها لملئها، ثم تزال الأيونات المتعادلة من جهاز مطياف الكتلة بواسطة مضخة التفريغ.

يُكشف تدفق الإلكترونات في السلك كتيارٍ كهربائيٍّ يمكن تضخيمه وتسجيله، فكلّما وصلت المزيد من الأيونات زاد التيار.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما هي طريقة قياس الطيف الكتلي"؟