Mass Spectrometry، مطياف الكتلة عبارة عن أداة تحليلية يُعتمد عليها بشكلٍ كبير في الكشفِ عن مكوناتِ مختلف أنواع المركبات والمواد وفقًا لما تتكون منه الجزيئات فيها والحالة التي تتخذها شحنتها، ويترتب على ذلك تحليلًا دقيقًا للعينات المأخوذة دون وفرة أي معلوماتٍ مسبقة بما تتكون منه وتوضحها.

أصبحت هذه التقنية التحليلية تحظى بأهمية بالغة في الآونة الأخيرة في مجالات التطبيقات النوعية والكمية، وقد ساهمت بشكلٍ ملموس بتطوير التكنولوجيا ذات العلاقة المباشرة بدراسة الببتيدات، والبروتينات، والأحماض النووية، وغيرها الكثير، وفي هذا المقال سيتم التعمق في كيفية مبدأ عمل مطياف الكتلة وأنواعه.

آلية عمل مطياف الكتلة

يعتمد مبدأ عمل مطياف الكتلة على خلقِ إشعاعات مؤينة وتوليدها من العينة المراد دراستها، ومن ثم البدءِ بالفصل بين هذه الأيونات وتقسيمها تبعًا لنوع الشحنة التي يتخذها كل أيون منها.

مبدأ عمل مطياف الكتلة

يشار إلى أن طريقة التأين الإلكتروني هي الأكثر شيوعًا في القيامِ بذلك بشكلٍ أساسي؛ وتعتبر عملية التأين سواء كانت كيميائية أو إلكترونية ضرورية جدًا لرفع الستارِ عن المكونات والشحنة الواجب منحها وفقًا لما يتوفر من عناصر.1

يشار إلى أن عمل مطياف الكتلة يمر بعدةِ مراحل، ومنها:

  • التأين (Ionization): قد يتم إخضاع الجزيئات السائلة للتسخين ليصار إلى تحويلها إلى غازية، ومن ثم يقوم الإلكترون بإطلاقِ الأشعة على الأبخرة المتصاعدة للتحوّل إلى أيونات، ويتم ذلك بواسطة منح الإلكترونات للمزيد من الجزيئات لغاياتِ إنتاج أيونات ذات شحنة سالبة، أو حتى إفقاد الجزيء بعض إلكتروناته لغاياتِ إطلاق أيون ذو شحنة موجبة، وتعد هذه الخطوة الأولى في مبدأ عمل مطياف الكتلة.
  • التسارع والانحراف (Acceleration and Deflection): بعد الانتهاءِ من عملية فصل الأيونات؛ تبدأ المرحلة الهامة وهي التسارع والانحراف؛ ويشار إلى أن التسارع يعتمد على خطوةِ الجذبِ التدريجي والبسيط للأيونات الموجبة باتجاه الصفائح ذات الشحنات السالبة، وبشكلٍ أدّق الجزيئات الأخف وزنًا تكون أسرع للانجذاب من تلك التي تتسم بثقل الوزن.

أما الانحراف؛ فيأتي بالتزامنِ مع بدء تغيير مسار الأيونات بالاعتماد على الجذب المغناطيسي القائم، وتعد الكتلة عنصرًا أساسيًا في تحديد مدى الانحراف؛ لذلك فإنه من الملاحظ أن درجة الانحراف تتفاوت وفقًا لسرعتها داخل مطياف الكتلة.

  • الكشف، تعد هذه المرحلة الأخيرة في عمل مطياف الكتلة؛ إذ يتم وصول الأيونات إلى وحدة المكشاف الموجودة ضمن مكونات المطياف بشكلٍ متتالي، ويقوم جهاز الحاسوب بدوره بالكشف عن هذه المكونات، ويتم تمثيلها بيانيًا فيما بعد.2

مبدأ عمل مطياف الكتلة

مكونات المطياف

  • حجرة التأين (Ion Source): وهي المصدر الأساسي لإطلاق الغازات المؤينة للمواد الخاضعة للدراسة.
  • المحلل (analyzer): يضع الأيونات تحت مجهر الدراسة والبحث للكشف خصائص المادة تبعًا للشحنة التي تتخذها.
  • نظام الكشف (Detector System): يؤدي دورًا هامًا في عمل مطياف الكتلة؛ إذ يرصد ويسجل كافة الأيونات التي خضعت للتحليل خلال مخطط سير العمل التي مرت به، بالإضافة إلى رصد الوفرة النسبية لكل أيون.

مبدأ عمل مطياف الكتلة

  • جهاز حاسوب، بالرغم من أنه ليس مكونًا من مكونات مطياف الكتلة؛ إلا أنه جزء أساسي في استكمال مبدأ عمل مطياف الكتلة بشكلٍ متقن، إذ يعد وسيلة فعالة للتحكم بما تم توفيره من بيانات واستقطابها ومعالجتها وإجراء المقارنات للأطياف الناجمة استعدادًا لتقديم الرسم البياني التحليلي للنتائج المنتظرة من العملية، ويشار إلى أن العمل على جهاز الحاسوب يتم وفقًا لنظامٍ يختص بالعملية بواسطة قواعد بيانات محددة.3

المراجع