معرفی دستگاه طیف سنجی جرمی Mass Spectroscopy

طیف سنجی جرمی (MS) به عنوان کوچکترین مقیاس در جهان توصیف شده است، نه به دلیل اندازه آن نسبت به وزن یک مولکول بلکه یک تکنیک ریز تحلیلی که می تواند به طور انتخابی برای تشخیص و تعیین مقدار یک آنالیت مورد استفاده قرار گیرد.

دستگاه های  MS در واقع  طیف سنج های جرمی هستند و داده های آن  طیف جرمی نامیده می شوند که می توانند به روش های مختلف نمایش داده شوند که به راحتی اطلاعات مورد نظر را در مورد آنالیت استخراج می کند.

بطور کلی کاربرد MS تشکیل یون از یک نمونه، جدا کردن یون ها بر اساس نسبت m/z آن ها و سپس اندازه گیری فراوانی و تعداد یون ها است. در دستگاهای  MS مدرن که در تجزیه و تحلیل نمونه های محیطی استفاده می شود، مولکول های گازی در منبع یونی یونیزه می شوند تا یون  تشکیل دهند و یون ها فرگمنت ها یا یون مولکول را تشکیل می دهد سپس براساس نسبت مقادیر m/z یکی یکی از تحلیلگر جرم عبور می کنند تا به آشکارساز برسند.

طیف سنجی جرمی

زمانی که یون ها به آشکارساز می رسند، آن ها به یک سیگنال الکتریکی تبدیل و یک پاسخ دیجیتالی که می تواند توسط کامپیوتر ذخیره شود.

باتوجه به این‌ موضوع که  یون‌های تولید شده در یونیزاسیون بسیار واکنش‌پذیر هستند و عمر بسیار کمی دارند، تشکیل و کنترل آن‌ها باید در محیط خلا انجام بگیرد. پمپ خلاء، خلاء را در داخل MS را تا حدود 760 میلی لیتر جیوه حفظ می کند این خلا بسیار بالا در دستگاه کمک میکند که یون ها در مسیر خود به سمت تحلیلگر جرمی و دتکتور با هیچ ماده و مولکولی برخورد نکنند. یون ها با مقادیر متفاوت m/z جدا شده و برای بدست آوردن طیف جرمی شناسایی می شوند.

اجزای دستگاه طیف سنج جرمی

هر دستگاه طیف سنج جرمی از سه قسمت زیر تشکیل شده است:

• منبع یونیزاسیون
• تحلیلگرجرمی
• آشکارساز

طیف سنجی جرمی Mass Spectroscopy

روش های یونیزاسیون

منبع یون وسیله مکانیکی است که اجازه می دهد یونیزاسیون رخ دهد.

روش های یونیزاسیون به مکانیسم های متفاوتی دارد که برای یونی کردن ترکیبات در آنالیت به کار می رود. این مکانیسم ها شامل پروتونه کردن (Protonation)، پروتون زدایی (deprotonation)، کاتیونی کردن (cationization)، انتقال بار (charge transfer)، تخلیه الکترون (electron ejection) و گیراندازی الکترون (Electron capture) هستند.

پروتون دهی  protonation روشی برای یونیزاسیون است که به وسیله آن یک پروتون به یک مولکول اضافه می شود و به ازای هر پروتون اضافه شده، بار مثبت خالص 1+ تولید می کند. هزینه‌های مثبت بیشتر بیشتر می‌شوند باقی مانده های اساسی مولکول، مانند آمین ها، برای تشکیل کاتیون های پایدار. پپتیدها اغلب هستند از طریق پروتوناسیون یونیزه می شود. پرونیشن را می توان از طریق MALDI، ESI و APCI به دست آورد.

پروتون زدایی یک روش یونیزاسیون است که در آن بار منفی خالص 1- از طریق حذف یک پروتون از یک مولکول به دست می آید. این مکانیسم یونی شدن از طریق MALDI، ESI و APCI برای گونه های اسیدی از جمله فنل ها، اسیدهای کربوکسیلیک و اسیدهای سولفونیک بدست می آید.

کاتیونی شدن روشی برای یونیزاسیون است که با افزودن غیر کووالانسی یک یون با بار مثبت به یک مولکول خنثی، یک کمپلکس باردار تولید می کند. از طریق MALDI ،ESI و APCI به دست میآید. کربوهیدرات ها کاندیدای عالی برای این روش هستند

افزودن یک یون با بار مثبت به یک مولکول خنثی در حالی که پروتوناسیون ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.

با همین تعریف، کاتیونیزه شدن به دلیل افزودن یک ترکیب اضافی کاتیونی غیر از a متمایز است پروتون (به عنوان مثال قلیایی، آمونیوم). علاوه بر این، مشخص شده است که برای مولکول های ناپایدار مفید است به پروتونه شدن اتصال کاتیون های غیر از پروتون به یک مولکول به طور طبیعی کمتر است کووالانسی، بنابراین، بار روی کاتیون موضعی باقی می ماند. این به حداقل می رساند جابجایی بار و تکه تکه شدن مولکول. کاتیونیزه شدن معمولاً انجام می شود از طریق MALDI، ESI و APCI به دست آمد. کربوهیدرات ها کاندیدای عالی برای این هستند مکانیسم یونیزاسیون، با Na + یک ترکیب اضافی کاتیونی مشترک

ورود نمونه (sample inlet)

مرحله ی اولیه در طیف سنج های جرمی است که  فشار اتمسفری اولیه نمونه، باید به فشار دستگاه طیف سنجی جرمی کاهش یابد. روش ورود نمونه به منبع یونش مورد نظربه نوع و پیچیدگی نمونه ها بستگی دارد. دو روش برای ورود نمونه به منبع یونش وجود دارد.

• روش ورود مستقیم

استفاده از پروب یک راه بسیار ساده برای ورود نمونه است. نمونه ابتدا روی یک پروب قرار می گیرد و سپس از طریق یک اینترلاک خلاء به ناحیه یونیزاسیون طیف سنج جرمی مستقیماً وارد می شود.

• روش تزریق

در این روش از یک ستون کپیلاری capillary column جهت ورود نمونه ها به صورت گاز یا محلول استفاده می شود. این روش تزریق،  برای مقادیر کم نمونه به طیف سنج جرمی، بدون کاهش خلاء دستگاه بسیار کارا و مفید است.

مرحله ی یونیزاسیون تبدیل مولکول های نمونه به یون در طیف سنجی جرمی مرحله بسیار کلیدی می باشد زیرا طیف سنجی جرمی شناسایی ترکیبات و تحلیل نتایج را براساس نسبت جرم به بار یون ها انجام می دهد. انتخاب یک روش مناسب برای این فرایند به اندازه مولکول ها، نوع نمونه و ویژگی های شیمیایی نمونه مورد نظر دارد.

روش های یونیزاسیون

• Electron ionization (ESL)

این روش یونیزاسیون برای یونیزه کردنه مولکول های بزرگ همانند مولکول های پروتئین و پتیدها بسیار مناسب است.

• Matrix-Assisted laser desorbtion (MALDI)

این روش با کمک لیزر نمونه را یونیزه میکند و عمدتا برای بیوملکول ها استفاده می شود.

• Electron Impact (EI)

این روش معمولا برای ترکیبات کوچک و فرار استفاده می گردد در این روش با برخورد الکترون ها به مولکول ها نمونه را یونیزه می کند. این روش در طیف سنجی جرمی بسیار مرسوم است.

• ChemicalIonizatio (CI)

در این روش از یک گاز همانند متان یا آمونیاک برای یونیزاسیون استفاده می شود . این روش یکی از روش های پرکاربرد در یونیزاسیون در طیف سنجی جرمی می باشد زیرا یون های مولکولی کاملتری تولید می کند و از شکستگی زیاد یون ها جلوگیری می کند.

مرحله یونیزاسیون تبدیل مولکول های نمونه به یون در طیف سنجی جرمی مرحله بسیار کلیدی می باشد زیرا طیف سنجی جرمی شناسایی ترکیبات و تحلیل نتایج را براساس نسبت جرم به بار یون ها انجام می دهد. انتخاب یک روش مناسب برای این فرایند به اندازه مولکول ها، نوع نمونه و ویژگی های شیمیایی نمونه مورد نظر دارد.

آنالایزرهای جرمی mass analyzer و ردیابی یون ها

پس از اینکه مولکول های آنالیت مورد نظر در اتاق یون ساز به یون ها در فاز گازی تبدیل شدند حال نوبت آن رسیده که این یون ها به سمت دتکتور هدایت شوند تا با برخورد با دتکتور سیگنالی متناسب با تعداد یون ها ایجاد کنند. برای هدایت یون ها از اتاق یون ساز به سمت دتکتور از اختلاف ولتاژ استفاده می شود در واقع دتکتور نسبت به اتاق یونیزاسیون دارای پتانسیل پایینتری است و همین امر موجب هدایت یون ها به سمت دتکتور خواهد شد. در مسیر بین اتاق یونیزاسیون و دتکتور قسمتی به نام آنالایزر وجود دارد که یون ها را بر اساس نسبت جرم به بارشان تفکیک می کند.

سه مدل از متداول ترین آنالایزرها عبارتند از:

• چهار قطبی یا Quadrupole
• زمان پرواز یا  Time- of- flight
• تله یونی یا Ion trap

• آنالایزر چهار قطبی یا Quadrupole

سیستم کوآدروپل همانند یک فیلتر جرمی عمل می کند و یون های ورودی را براساس نسبت جرم به بارشان تفکیک می کند. برای این کار از چهار میله فلزی که بصورت موازی در رئوس یک مربع قرار گرفته اند استفاده شده است و در میان این میله ها یک میدان الکترو مغناطیسی ایجاد می کنند که به اسم میدان کوآدرپل شناخته می شود برای ایجاد این میدان روی دو میله پتانسیل متبت و روی دو جفت میله ی دیگرپتانسیل منفی ایجاد میکنند این میدان موجب انحراف یون ها از مسیر خود به سمت دتکتور خواهد شد و میزان این انحراف مسیر وابسته به نسبت جرم به بار یون است. پتانسیل اعمال شده بروی میله ها از یک ولتاژ مستقیم DC و یک ولتاژ متناوب در محدوده ی امواج رادیویی RF  می باشد.

تا زمانیکه ولتاژ DC و RF تابت نگه داشته شود تنها یک یون با نسبت جرم به بار خاصی امکان عبور از کوادروپل را خواهد داشت پس با تغییر ولتاژ ها هر بار یک یون با نسب بار به جرم مشخصی را متناسب با ولتاژ عبور میدهد و همین امر باعت جداسازی و فیلتر یون ها خواهد شد.

آنالایزر کوآدروپل را به دو صورت استفاده می کنند:

• حالت پایش یک یون یا SIM (single ion monitoring)
• حالت روبیدن scan mode

درحالت SIM میتوان دو یا سه یون را انتخاب کرد و ولتاژهای DC و RF را تابت نگه داشت و در این حالت فقط یون های مورد نظر فیلتر خواهند شد و در حالت scan mode تمام یون ها را پایش می شوند به همین دلیل سیستم کوآدروپل زمان کمتری در اختیار دارد و قاعدتا دقت کاهش می یابد لذا این مود برای آنالیز کیفی و تشخیصی مناسب است.

• آنالیز جرمی تله یونی یا Ion trap

در سال 1956 دو دانشمند سیستمی را معرفی کردند که قادر به ایجاد میدا ن چهار قطبی بود سه الکترو با شکل غیرمعمول نعلبکی شکل  و یک الکترود به شکل حلقوی که بروی الکترود حلقوی ولتاژ RF اعمال می گرددو بروی الکترود های نعلبکی شکل پتانسیل صفر (به زمین متصل است) است. تفاوت میدان ایجاد شده در این آنالایزر با کوآدرپل در این است که در روش تله یونی نیروی میدان بر یون وارد شده در سه بعد است اما در کوآدروپل نیروی اعمال شده بر یون در دو بعد خواهد بود و همین امر باعث می شود یون ها در میدان تله یونی در هیچ یک از ابعاد بصورت آزادانه حرکتی نداشته باشند و به دام بیفتند.

دتکتور چیست و انواع آن

همانطور که گفته شد آنالایزر های جرمی همانند یک فیلتر جرمی یون ها را جداسازی و اجازه عبور می دهند اما باید سیستمی وجود داشته باشد که خروج یون ها از آنالایزر ها را ثبت کند بدین منظور از یک دتکتور استفاده خواهد شد که قابلیت دریافت یون ها را داشته باشد و در ازای تعداد یون ها جریان الکتریکی متناسبی را ایجاد کند.

سه نوع از دتکتورهای متداول:

• دتکتورهای Electron multiplier
• دتکتورهای dynolite photomultiplier
• دتکتورهای Microchannel plates

۱. دتکتورهای Electron multiplier

متداول ترین دتکتوری است که به همراه کوآدروپل و تله یونی استفاده می شوند. یون ها پس از خروج از آنالایزر جرمی توسط یک لنز الکتریکی از مسیر خود منحرف شده و بسمت دتکتور خواهند رفت. این دتکتور ها همانند بوق هایی است که از شاخ توخالی حیوانات درست می شوند که لایه داخلی آن با ماده ای پوشش داده شده است که در اثر برخورد با یون ها، الکترون آزاد می کند هرچقدر تعداد یون ها بیشتر باشد جریان الکتریکی بیشتری ایجاد خواهد شد.

۲. دتکتورهای Dynolite photomultiplier

این نوع از دتکتور ها داری صفحه ی فسفری می باشد که با برخورد یون ها ایجاد جریانی از فوتون ها را خواهد داشت و سپس فوتون ها به فتوکاندی که در ابتدای سیستم فتومولتی پلایر است برخورد کرده و تقویت می شود و جریانی تقویت شده از الکترون ها را ایجاد می کند. فتومولتی پلایرها در خلاء شیشه ای قرار دارند تا دیرتر آلوده شود.

۳. دتکتورهای Microchannel plates

حساسیت این دتکتور ها بسیار بالا است و سرعت بالایی در ایجاد سیگنال دارند صفحات حساس متعددی که در طراحی این دتکتور ها در نظر گرفته شده است سطح وسیعی را برای ردیابی یون ها فراهم می کند بطوری که به ازای برخورد یک یون 50 mv جریان الکتریکی ایجاد می شود.

جهت استفاده از خدمات فنی و یا طرح سوال و مشاوره می توانید از طریق راه های ارتباطی (واتس اپ، ایمیل، تلفن) با شرکت آراتجهیز فارمد در ارتباط باشید. این اطمینان به شما داده خواهد شد که در کمترین زمان ممکن به تمامی سوالات و مشکلات شما رسیدگی خواهیم کرد.

ارتباط با واتس اپ واحد فنی ۰۹۹۶۴۱۷۷۹۲۹

تماس با واحد فنی ۰۲۱۸۸۷۶۲۹۴۹ – ۰۲۱۸۸۷۶۳۶۰۴ – ۰۲۱۸۸۴۰۱۷۰۰