قياس الطيف الكتلي
يحدد قياس الطيف الكتلي الجزيئات والعناصر ويُكمِّمها عن طريق تأيينها وقياس نسب الكتلة إلى الشحنة للأيونات الناتجة.
Definition
قياس الطيف الكتلي هو تقنية تحليلية تحول المواد المراد تحليلها إلى أيونات في الطور الغازي وتفصلها وتكشف عنها وفقًا لنسبة كتلتها إلى شحنتها، مما ينتج عنه أطياف تستخدم للتعرف، وتوضيح البنية، والتحديد الكمي.
Scope
يغطي هذا المجال مبادئ وأجهزة قياس الطيف الكتلي كطريقة تحليلية: إنتاج أيونات الطور الغازي، وفصلها حسب نسبة الكتلة إلى الشحنة في أجهزة تحليل مختلفة، وكشفها، وتفسير الأطياف الناتجة. ويتناول كلاً من قياس الطيف الكتلي الجزيئي والعنصري، والتجزئة، وقياس الكتلة الدقيق، وربط مطياف الكتلة بتقنيات الفصل. وتُغطى طرق الانبعاث والامتصاص الذري المستخدمة للعناصر بشكل منفصل تحت التحليل الطيفي التحليلي.
Sub-topics
Core questions
- كيف يتم تحويل المواد المراد تحليلها إلى أيونات في الطور الغازي مناسبة للتحليل الكتلي؟
- كيف تحقق أجهزة تحليل الكتلة المختلفة قدرتها التحليلية ونطاق كتلتها؟
- كيف تدعم أنماط التجزئة والكتلة الدقيقة عملية التعرف؟
- كيف يتم جعل قياس الطيف الكتلي كميًا، وكيف يتم ربطه بتقنيات الفصل؟
Key theories
- الفصل حسب نسبة الكتلة إلى الشحنة
- بمجرد تأيين المواد المراد تحليلها، تعتمد حركتها في المجالات الكهربائية أو المغناطيسية على نسبة كتلتها إلى شحنتها؛ وينتج عن قياس هذه النسبة لكل أيون طيف كتلي تحدد مواضع ذرواته الأنواع، وتُكمِّم شدتها، بعد معايرتها بشكل مناسب، هذه الأنواع.
- التأيين اللين للجزيئات الحيوية
- ينقل الرش الكهربائي والتأيين بالامتزاز بالليزر بمساعدة المصفوفة الجزيئات الكبيرة والهشة سليمة إلى الطور الغازي كأيونات مع تجزئة قليلة، مما يوسع نطاق قياس الطيف الكتلي من الجزيئات المتطايرة الصغيرة إلى البروتينات والبوليمرات الحيوية الأخرى.
Mechanisms
يتم تأيين المادة المراد تحليلها — عن طريق تأثير الإلكترون، أو الرش الكهربائي، أو الامتزاز بالليزر، أو البلازما — لتكوين أنواع مشحونة في الطور الغازي. ثم يقوم محلل الكتلة بفصل هذه الأيونات حسب نسبة الكتلة إلى الشحنة باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية، أو زمن الطيران، أو احتجاز الأيونات، ويسجل الكاشف وفرة الأيونات عند كل نسبة. يوفر الطيف الناتج كتلًا جزيئية أو عنصرية، وأنماط نظائر، ومن خلال التجزئة المتحكم فيها، معلومات هيكلية؛ وتوفر مناطق الذروة المعايرة تحديدًا كميًا.
Clinical relevance
يدعم قياس الطيف الكتلي علم البروتينات وعلم الأيض، وفحص حديثي الولادة السريري ومراقبة الأدوية العلاجية، وتحليل الملوثات البيئية والغذائية، وعلم السموم الشرعي، وتحليل العناصر النزرة بواسطة قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة بالحث، ويُقدّر لحساسيته وخصوصيته واتساع نطاقه.
History
نشأ قياس الطيف الكتلي من تجارب الأشعة الموجبة لجيه. جيه. طومسون ومطياف الكتلة لفرانسيس أستون، اللذين كشفا عن النظائر في أوائل القرن العشرين. خدمت أجهزة منتصف القرن توضيح البنية العضوية، وفتح تطوير طرق التأيين اللين — الرش الكهربائي بواسطة جون فين والامتزاز بالليزر الذي طوره كويتشي تاناكا — في الثمانينيات، والذي حظي بالاعتراف بجائزة نوبل، قياس الطيف الكتلي للجزيئات الحيوية الكبيرة.
Key figures
- J. J. Thomson
- Francis Aston
- John Fenn
- Koichi Tanaka
Related topics
Seminal works
- gross2017
- deHoffmann2007
- skoog2017
Frequently asked questions
- ماذا يقيس مطياف الكتلة بالفعل؟
- يقيس نسبة الكتلة إلى الشحنة للأيونات المنتجة من عينة وعدد الأيونات التي تحدث عند كل نسبة، مما يعطي طيفًا يستخدم لتحديد الكتل الجزيئية أو العنصرية، وأنماط النظائر، والبنية.
- لماذا كان التأيين اللين إنجازًا كبيرًا؟
- طرق التأيين السابقة كانت تجزئ الجزيئات الكبيرة أو لا تستطيع تبخيرها؛ ينتج الرش الكهربائي والتأيين بالامتزاز بالليزر بمساعدة المصفوفة أيونات سليمة من البروتينات والبوليمرات الحيوية الأخرى بلطف، مما يوسع نطاق قياس الطيف الكتلي ليشمل علم الأحياء والطب.