مطياف الكتلة (مقياس طيف الكتبة) Mass Spectrometer- ما هو و كيف يعمل

مطياف (مقياس طيف) الكتلة – ما هو وكيف يعمل
إن مطياف (مقياس طيف) الكتلة (MS) هو تقنية مخبرية تحليلية لفصل مكونات العينة طبقا لكتلتها و لشحنتها الكهربائية . و تسمى الأداة المستخدمة في مطياف الكتلة (MS) باسم مطياف الكتلة. و يمكن لمطياف الكتلة (MS) إنتاج مخطط طيف الكتلة حيث يظهر نسبة الكتلة إلى الشحنة (m / z) للمركبات في خليط.
كيف يعمل مطياف الكتلة
إن المكونات الثلاث الرئيسة لمطياف الكتلة هي مصدر أيون ، ومُحلل الكتلة ، والكاشف (المكشاف).
الخطوة 1: التأيين
قد تكون العينة الأولية صلبة أو سائلة أو غازية، حيث يتم تبخير العينة إلى غاز ثم يتم تأيينها بواسطة مصدر أيون ، وعادةً عن طريق فقدان إلكترون ليصبح كاتيون (أيون موجب). و حتى الدقائق أو الجسيمات التي تشكل عادة الأنيونات أو حتى التي لا تشكل الأيونات يتم تحويلها إلى كاتيونات (كالهالوجينات مثل الكلور وكالغازات النبيلة مثل الأرجون). و عادة ما تكون غرفة التأيين مفرغة من الهواء من بحيث يمكن للأيونات التي يتم إنتاجها السير قدما من خلال الجهاز دون أن تتحول إلى جزيئات نتيجة تفاعلها مع الهواء . و تحدث عملية التأين من الإلكترونات التي يتم إنتاجها عن طريق تسخين الملفات (اللفائف) المعدنية حتى ينتج عنها الإلكترونات، بحيث تصطدم هذه الإلكترونات بجزيئات العينة ، مما مما يتسبب بتحرير إلكترون أو أكثر من جزيئات العينة . و نظرًا لأنه يتطلب مزيدًا من الطاقة لإزالة أكثر من إلكترون واحد ، فإن معظم الكاتيونات المنتجة في غرفة التأين تحمل شحنة +1. و تعمل الصفيحة المعدنية ذات الشحنة الموجبة أيونات العينة إلى الجزء التالي من الجهاز. (ملاحظة هامة: تعمل الكثير من أجهزة الطيف إما في وضع الأيونات السالبة أو في وضع الأيونات الموجبة ، لذلك من المهم معرفة الإعدادات المناسبة من أجل تحليل البيانات.)
الخطوة 2: التسريع:
في مُحلل الكتلة ، يتم تسريع الأيونات من خلال فرق الجهد و من ثم يتم تركيزها في حزمة. و الهدف من التسريع هو إعطاء جميع الدقائق أو الجسيمات الطاقة الحركية نفسها ، مثل بدء سباق لجميع المتسابقين على نفس الخط.
الخطوة 3: الانحراف
يمر الشعاع الأيوني من خلال المجال المغناطيسي و الذي يعمل على نحي التيار المشحون. فالمكونات الخفيفة أو المكونات ذات الشحنة الأيونية الأعلى سوف تنحني في المجال أكثر من المكونات الأثقل أو الأقل شحنة.
و هناك عدة أنواع مختلفة من أجهزة تحليل الكتلة. فمُحلل وقت الرحلة (TOF) يعمل على تسريع الأيونات عند نفس الجهد و من ثم تحديد المدة اللازمة لها لتصطدم مع المكشاف . فإذا بدأت جميع الجزيئات بنفس الشحنة ، فإن السرعة تعتمد على الكتلة ، حيث تصل المكونات الأخف إلى المكشاف أولاً. وهناك أنواع أخرى من أجهزة الكشف لا تقيس فقط مقدار الوقت الذي يستغرقه الجسيم للوصول الجسيم إلى المكشاف و لكن يقيس أيضا مقدار انحرافه بواسطة المجال كهربائي و / أو مغناطيسي ، مما ينتج عنه معلومات أخرى أخرى خلافا عن الكتلة .
الخطوة 4: الكشف
يقوم المكشاف بحساب عدد الأيونات في الانحرافات المختلفة. و يتم رسم البيانات كرسم بياني أو مخطط طيفي للكتل المختلفة. و تعمل أجهزة الكشف عن طريق تسجيل الشحنة المستحثة أو التيار الناجم عن أيون المصطدم بالسطح أو الذي يمر به. و نظرًا لأن الإشارة صغيرة جدًا ، فإنه يمكن استخدام مُضاعِف إلكتروني (كأس فارادي Faraday Cup) أو كاشف أيون إلى الفوتون. و من ثم يتم تضخيم الإشارة إلى حد كبير لإنتاج الطيف.
استخدامات مطياف الكتلة
يستخدم مطياف الكتلة للتحليل الكيميائي النوعي والكمي. يمكن استخدامها لتحديد العناصر والنظائر الخاصة بالعينة وتحديد كتل الجزيئات ، وكأداة للمساعدة في تحديد التركيبات الكيميائية. كما يمكن قياس نقاء العينة والكتلة المولية.
الإيجابيات والسلبيات
إم الميزة الكبيرة لمطياف الكتلة مقارنة مع العديد من التقنيات الأخرى هي أنها حساسة بشكل لا يصدق (أجزاء لكل مليون). كما أنها أداة ممتازة لتحديد المكونات غير المعروفة في العينة أو تأكيد وجودها. أما من عيوب مطياف الكتلة هي أنها ليست جديدة لتحديد المواد الهيدروكربونية التي تنتج أيونات متشابهة كما لا يمكنها التمييز بين الأيزومرات الضوئية والهندسية. و في العادة يتم التعويض عن تلك العيوب عن طريق الجمع بين مطيف الكتلة والتقنيات الأخرى ، مثل كروماتوغرافيا الغاز (GC-MS).