اخترع العالم فرانسيس أستون جهاز مطياف الكتلة لتحليل المادة أو جزيء بهدف معرفة العناصر المكونة للمادة، وبنيتها الكيميائية، والبيولوجية، والفيزيائية وهو يستخدم لتوضيح البنى الكيميائية للجزئيات مثل الببتيدات والمركبات الكيميائية الأخرى ، وفيما يلي سنتعرف على مبدأ عمل مطياف الكتلة بمثال توضيحي .
حيث يعتد على مبدأ حركة الأيونات بمسار دائري، يتناسب أنصاف أقطارها مع كتلة الأيون، عند دخولها مجالاً مغناطيسياً منتظماً يتعامد مع حركتها، ولعب دوراً مهماً في دراسة النظائر.
المحتويات
ما هو مطياف الكتلة ويكيبيديا
مطياف الكتلة (بالإنجليزية: Mass spectrometry) هو تقنية تحليلية لتحديد العناصر المكونة لمادة أو جزيء ما ، وهو جهاز اخترعه فرانسيس أستون ويعتمد مبدأ عمله على أن الجسيمات المشحونة عندما تدخل مجالا مغناطيسيا منتظما، بحيث يعامد اتجاهه اتجاه حركتها، فإنها تأخذ مسارات دائرية تتناسب أنصاف أقطارها مع كتلة الجسيم المشحون.
يعتمد مبدأ عمل مطياف الكتلة على تشريد المركبات الكيميائية لتوليد جزيئات مشحونة وقياس نسبة كتلتها إلى شحنتها. تجرى العملية في مطياف الكتلة بوضع العينة في الجهاز، حيث تأين المركبات بطرق مختلفة (مثلا بنسفها بحزمة إلكترونية)، مما يشكل الأيونات المشحونة. تحسب نسبة الكتلة للشحنة لهذه الجزيئات من حركة هذه الأيونات ضمن حقول كهرومغناطيسية.
مكونات جهاز مطياف الكتلة
يتكون جهاز مطياف الكتلة من ثلاث وحدات:
- منبع للأيونات يشطر جزيئات العينة إلى أيونات.
- جهاز تحليل يفرز الأيونات بحسب كتلتها عن طريق تطبيق حقول كهرومغناطيسية.
- مكشاف لقياس قيمة مؤشر الكمية وبذلك تعطي بيانات لحساب وفرة الأيونات الملتقطة.
ولمطياف الكتلة استخدامات كمية ونوعية، تشمل تحديد هوية المركبات المجهولة، وتحديد التركيب النظائري للعناصر في الجزيء، وتحديد بنية المركب بمراقبة شظاياه. كما يستخدم في تحديد كمية مركب ما في العينة أو لدراسة كيمياء الأيونات في الطور الغازي (كيمياء الأيونات والجسيمات الحيادية في الفراغ). يستخدم مطياف الكتلة حاليا في مخابر التحليل التي تدرس الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لطيف واسع من المركبات.
يستخدم مطياف الكتلة لقياس ؟
يمكن بواسطة هذا الجهاز قياس نسبة الكتلة للشحنة وفصل الجسيمات المختلفة بهذا المقدار عن بعضها سواء كانت ذرات أو أيونات أو جزيئات. و هو يسمح بقياس q/m لذرة متأينة (حيث m كتلة الايون و q شحنته) وبتحديد كتلة الذرة، وقد لعبت المطيافية دورا كبيرا في دراسة النظائر. يتكون المطياف من :
منبع أيونات Ion source
محلل الكتلة Mass Analyzer
كاشف Detector
مثال توضيحي على مبدأ عمل مطياف الكتلة
- نضع عينة من كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) في منبع الأيونات، فتتبخر (تتحول إلى غاز) وتتأين (تتحول إلى جزئيات مشحونة كهربائيا) فتتحول إلى أيونات الصوديوم (Na+) والكلور (Cl-).
- ذرات وأيونات الصوديوم هي نظائر أحادية، بكتلة مساوية 23 amu. لذرات وأيونات الكلور نظيرين بكتل مساوية تقريبا لـ 35 amu (بتوافر طبيعي حوال 25 %).
- يحتوي محلل الكتلة في المطياف على حقول كهربائية ومغناطيسية تؤثر بقوى على الأيونات المارة خلال هذه الحقول.
- يمكن زيادة أو إنقاص سرعة الجزيء المشحون خلال مروره ضمن الحقل الكهربائي، بينما يمكن تعديل الاتجاه بتعديل الحقل المغناطيسي. يتعلق مقدار الانعطاف في مسار الأيون بنسبة كتلته إلى شحنته.
- ووفق قانون نيوتن الثاني للحركة، فإن الأيونات الأخف تنحرف أكثر من الأيونات الأثقل نتيجة تأثير القوى المغناطيسية. تمر تيارات الأيونات المتولدة من محلل الكتلة إلى الكاشف، الذي يسجل التوافر الطبيعي النسبي لكل نوع من الأيونات.
- تستخدم هذه المعلومات لتحديد التركيب الكيميائي للعناصر المكونة للعينة المدرسة، والتركيب النظائري لمكوناتها (نسبة 35Cl إلى 37Cl)