تأين الإلكترون

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة

تأين الإلكترون

التأين الإلكتروني ( EI ، المعروف سابقًا باسم التأين بالصدم الإلكتروني [ 1 ] والتأين بالقصف الإلكتروني [ 2 ] ) هو أسلوب تأين تتفاعل فيه الإلكترونات عالية الطاقة مع ذرات أو جزيئات الحالة الصلبة أو الغازية لإنتاج أيونات . [ 3 ] كان التأين الإلكتروني من أوائل تقنيات التأين التي طُوّرت لتحليل الطيف الكتلي . [ 4 ] ومع ذلك، لا يزال هذا الأسلوب شائعًا. تُصنّف هذه التقنية ضمن أساليب التأين القوية (عالية التفتت)، نظرًا لاستخدامها إلكترونات عالية الطاقة لإنتاج الأيونات. يؤدي ذلك إلى تفتت واسع النطاق، ما يُفيد في تحديد بنية المركبات المجهولة. يُعدّ التأين الإلكتروني الأنسب للمركبات العضوية التي يقل وزنها الجزيئي عن 600 وحدة كتل ذرية. كما يُمكن الكشف عن العديد من المركبات الأخرى المستقرة حراريًا والمتطايرة في الحالات الصلبة والسائلة والغازية باستخدام هذه التقنية عند دمجها مع طرق فصل مختلفة. [ 5 ]

تاريخ

آرثر ج. ديمبستر

وُصفت عملية التأين الإلكتروني لأول مرة عام 1918 على يد الفيزيائي الكندي الأمريكي آرثر ج. ديمبستر في مقال بعنوان "طريقة جديدة لتحليل الأشعة الموجبة ". وكانت هذه الطريقة أول مطياف كتلة حديث، حيث استخدمت الأشعة الموجبة لتحديد نسبة الكتلة إلى الشحنة لمختلف المكونات. [ 6 ] في هذه الطريقة، استخدم مصدر الأيونات حزمة إلكترونية موجهة نحو سطح صلب. صُنع المصعد على شكل أسطواني من المعدن المراد دراسته. بعد ذلك، سُخّن بواسطة ملف متحد المركز، ثم قُذف بالإلكترونات. باستخدام هذه الطريقة، أمكن تحديد نظيرين من الليثيوم وثلاثة نظائر من المغنيسيوم ، مع تحديد أوزانها الذرية ونسبها النسبية. [ 7 ] ومنذ ذلك الحين، استُخدمت هذه التقنية مع مزيد من التعديلات والتطويرات. تم تطوير استخدام حزمة أحادية الطاقة مركزة من الإلكترونات لتأيين ذرات وجزيئات الطور الغازي بواسطة بليكني في عام 1929. [ 8 ] [ 9 ]

مبدأ التشغيل

تأين الإلكترونات في الميثانول - منحنيات جهد بورن أوبنهايمر

في هذه العملية، يُطرد إلكترون من جزيء المادة المراد تحليلها (M) أثناء عملية التصادم لتحويل الجزيء إلى أيون موجب يحتوي على عدد فردي من الإلكترونات. يصف تفاعل الطور الغازي التالي عملية تأين الإلكترون [ 10 ].

م+هـ-⟶م+∙+2هـ-{\displaystyle {\ce {M{}+e^{-}->M^{+\bullet }{}+2e^{-}}}}

حيث M هو جزيء التحليل الذي يتم تأيينه، و e − هو الإلكترون و M +• هو الأيون الجزيئي الناتج .

في مصدر تأين الإلكترونات ، تُنتَج الإلكترونات عن طريق الانبعاث الحراري بتسخين سلك متوهج يمر به تيار كهربائي . يجب أن تكون الطاقة الحركية للإلكترونات المتساقطة أعلى من طاقة تأين جزيء العينة. تُسرَّع الإلكترونات إلى 70 إلكترون فولت في المنطقة الواقعة بين السلك المتوهج ومدخل كتلة مصدر التأين. تُدخَل العينة قيد الدراسة، والتي تحتوي على جزيئات متعادلة، إلى مصدر التأين بشكل عمودي على حزمة الإلكترونات. يؤدي مرور الإلكترونات عالية الطاقة بالقرب من مصدر التأين تحت ضغط منخفض (حوالي 10⁻⁵ إلى 10⁻⁶ تور ) إلى حدوث تقلبات كبيرة في المجال الكهربائي حول الجزيئات المتعادلة، مما يحفز التأين والتفتت. [ 11 ] يمكن وصف التفتت الناتج عن تأين الإلكترونات باستخدام منحنيات جهد بورن-أوبنهايمر كما هو موضح في الرسم التخطيطي. يشير السهم الأحمر إلى طاقة اصطدام الإلكترون، وهي كافية لإزالة إلكترون من المادة المراد تحليلها وتكوين أيون جزيئي في حالة عدم التفكك. ونظرًا للطاقة العالية التي توفرها الإلكترونات ذات طاقة 70 إلكترون فولت، بخلاف الأيون الجزيئي، يمكن اعتبار العديد من تفاعلات تفكك الروابط الأخرى نتائج تفكك، كما هو موضح بالسهم الأزرق في الرسم التخطيطي. تُعرف هذه الأيونات بأيونات الجيل الثاني. ثم تُوجَّه نواتج الكاتيونات الجذرية نحو محلل الكتلة بواسطة قطب طارد. غالبًا ما تتبع عملية التأين تفاعلات انشطار متوقعة تُنتج أيونات مجزأة، والتي، بعد الكشف عنها ومعالجة الإشارة، تُوفر معلومات هيكلية عن المادة المراد تحليلها.

كفاءة الذكاء الاصطناعي

يتم تحسين عملية تأين الإلكترونات عن طريق زيادة كفاءة التأين . ولتحقيق كفاءة تأين أعلى، يجب ضبط تيار الفتيل، وتيار الانبعاث، وتيار التأين على النحو الأمثل. يُطلق على التيار المُزوَّد للفتيل لتسخينه حتى التوهج اسم تيار الفتيل. أما تيار الانبعاث فهو التيار المقاس بين الفتيل وفتحة دخول الإلكترونات. بينما يُمثل تيار التأين معدل وصول الإلكترونات إلى المصيدة، وهو مقياس مباشر لعدد الإلكترونات المتاحة للتأين في الحجرة.

يُعدّ تيار أيونات العينة (I + ) مقياسًا لمعدل التأين. ويمكن تحسين هذا المعدل من خلال التحكم في كفاءة استخلاص الأيونات (β)، والمقطع العرضي الكلي للتأين (Qi ) ، وطول مسار التأين الفعال (L)، وتركيز جزيئات العينة ([N])، وتيار التأين (Ie ) . ويمكن تمثيل المعادلة كما يلي:

أنا+=βسؤالأنال[شمال]أناهـ{\displaystyle I^{+}=\beta Q_{i}L[{\ce {N}}]I_{e}}

يمكن تحسين كفاءة استخلاص الأيونات (β) بزيادة جهد كلٍّ من جهاز التنافر وجهاز التسريع. ولأن مقطع التأين يعتمد على الطبيعة الكيميائية للعينة وطاقة الإلكترونات المؤينة، تُستخدم قيمة قياسية تبلغ 70 إلكترون فولت. عند الطاقات المنخفضة (حوالي 20 إلكترون فولت)، لا تنقل التفاعلات بين الإلكترونات وجزيئات المادة المراد تحليلها طاقة كافية لإحداث التأين. عند حوالي 70 إلكترون فولت، يتطابق طول موجة دي برولي للإلكترونات مع طول الروابط النموذجية في الجزيئات العضوية (حوالي 0.14 نانومتر )، ويتم تعظيم نقل الطاقة إلى جزيئات المادة العضوية المراد تحليلها، مما يؤدي إلى أقوى تأين وتفتيت ممكنين. في ظل هذه الظروف، يتأين جزيء واحد من كل 1000 جزيء من جزيئات المادة المراد تحليلها في المصدر. عند الطاقات الأعلى، يصبح طول موجة دي برولي للإلكترونات أصغر من أطوال الروابط في المواد المراد تحليلها النموذجية؛ فتصبح الجزيئات حينها "شفافة" للإلكترونات، وتنخفض كفاءة التأين. يمكن زيادة طول مسار التأين الفعال (L) باستخدام مجال مغناطيسي ضعيف. لكن الطريقة الأكثر عملية لزيادة تيار العينة هي تشغيل مصدر الأيونات عند تيار تأين أعلى (I e ). [ 5 ]

الأجهزة

مخطط أجهزة التأين الإلكتروني

يُظهر الشكل التخطيطي على اليمين الأجهزة المستخدمة في تأيين الإلكترونات. يتكون مصدر الأيونات من معدن. أما المهبط ، وهو عبارة عن سلك رفيع من التنجستن أو الرينيوم ، فيُدخل عبر شق في مصدر الإلكترونات. ثم يُسخن المهبط إلى درجة حرارة عالية جدًا لإطلاق الإلكترونات. يُطبق فرق جهد مقداره 70 فولت بين المهبط ومصدر الإلكترونات لتسريع الإلكترونات إلى طاقة حركية مقدارها 70 إلكترون فولت ، مما ينتج عنه أيونات موجبة. يكون جهد المصعد (مصيدة الإلكترونات) موجبًا بشكل طفيف، ويُوضع على السطح الخارجي لغرفة التأين، مقابل المهبط مباشرةً. تُجمع الإلكترونات غير المستخدمة بواسطة مصيدة الإلكترونات هذه. تُدخل العينة عبر فتحة العينة. ولزيادة عملية التأين، يُطبق مجال مغناطيسي ضعيف موازٍ لاتجاه حركة الإلكترونات. ونتيجةً لذلك، تتحرك الإلكترونات في مسار حلزوني ضيق، مما يزيد من طول مسارها. تُسرّع الأيونات الموجبة المتولدة بواسطة قطب الدفع إلى منطقة التسريع عبر الشق الموجود في كتلة المصدر. بتطبيق جهد كهربائي على مصدر الأيونات مع الحفاظ على شق الخروج عند جهد الأرض، تدخل الأيونات إلى محلل الكتلة بطاقة حركية ثابتة. ولتجنب تكثف العينة، تُسخّن كتلة المصدر إلى حوالي 300  درجة مئوية. [ 5 ]

التطبيقات

منذ أوائل القرن العشرين، أصبح التأين الإلكتروني من أكثر تقنيات التأين شيوعًا نظرًا لتعدد تطبيقاته. ويمكن تصنيف هذه التطبيقات بشكل عام حسب طريقة إدخال العينة. تُستخدم مشعبات التفريغ لتحليل العينات الغازية والسائلة شديدة التطاير، بينما تُستخدم مسبارات الإدخال المباشر لتحليل المواد الصلبة والسوائل الأقل تطايرًا، أما المخاليط المعقدة فتُستخدم فيها تقنيات كروماتوغرافيا الغاز أو كروماتوغرافيا السائل.

مشعب تفريغ الهواء

في هذه الطريقة، تُدخل العينة أولاً في خزان عينات مُسخّن داخل مشعب التفريغ. ثم تخرج إلى غرفة التأين عبر ثقب صغير. تُعدّ هذه الطريقة مفيدة مع العينات شديدة التطاير التي قد لا تتوافق مع طرق إدخال العينات الأخرى. [ 12 ]

إدخال مباشر EI-MS

في هذه الطريقة، يُصنع المسبار من قناة معدنية طويلة تنتهي بحفرة مخصصة لحمل أنبوب شعري للعينة. يُدخل المسبار في كتلة المصدر عبر قفل تفريغ. تُدخل العينة إلى الحفرة باستخدام أنبوب شعري زجاجي. بعد ذلك، يُسخن المسبار بسرعة إلى درجة الحرارة المطلوبة لتبخير العينة . باستخدام هذا المسبار، يمكن وضع العينة بالقرب من منطقة التأين. [ 5 ]

تحليل المواد الأثرية

استُخدمت تقنية مطيافية الكتلة بالتأين الإلكتروني المباشر (EI-MS) لتحديد المواد اللاصقة الأثرية ، مثل القطران والراتنجات والشموع ، التي عُثر عليها أثناء التنقيب في المواقع الأثرية. تُفحص هذه العينات عادةً باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة، مع استخلاصها وتنقيها واشتقاقها. ونظرًا لأن هذه العينات وُضعت في عصور ما قبل التاريخ ، فإنها غالبًا ما تُحفظ بكميات قليلة. وباستخدام تقنية EI-MS، تم تحليل بقايا عضوية قديمة، مثل راتنجات الصنوبر والفستق ، وقطران لحاء البتولا، وشمع العسل ، والزيوت النباتية، التي يعود تاريخها إلى عصور بعيدة عن العصر البرونزي والحديدي ، تحليلًا مباشرًا. وتكمن ميزة هذه التقنية في قلة كمية العينة المطلوبة وتقليل خطوات تحضيرها. [ 13 ]

استُخدمت كلٌّ من تقنية الإدخال المباشر-مطياف الكتلة وتقنية كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة، وقورنت نتائجهما، في دراسةٍ لتوصيف المواد العضوية الموجودة كطلاءات في الجرار الرومانية والمصرية ، والتي تُعدّ مثالًا على المواد الراتنجية الأثرية. وتُشير هذه الدراسة إلى أن إجراء الإدخال المباشر يبدو سريعًا ومباشرًا وأداةً فريدةً ومناسبةً لفحص المواد العضوية الأثرية، إذ يُمكنه الكشف عن معلوماتٍ حول المكونات الرئيسية داخل العينة. وتُوفّر هذه الطريقة معلوماتٍ حول درجة الأكسدة ونوع المواد الموجودة. ومن عيوب هذه الطريقة أنها قد لا تُحدّد المكونات الأقل وفرةً في العينة. [ 14 ]

توصيف تجمعات الكربون الاصطناعية

من التطبيقات الأخرى لتقنية مطياف الكتلة الإلكتروني المباشر ( EI-MS ) توصيف تجمعات الكربون الاصطناعية الجديدة المعزولة في الحالة الصلبة. تتكون هذه المواد البلورية من C60 و C70 بنسبة 37:1. وقد أظهرت إحدى الدراسات أن جزيء C60 الاصطناعي يتمتع بثبات ملحوظ ويحتفظ بخصائصه العطرية . [ 15 ]

مطياف الكتلة بالكروماتوغرافيا الغازية

يُعدّ التحليل الكروماتوغرافي الغازي (GC) الطريقة الأكثر استخدامًا في مطياف الكتلة الإلكتروني (EI-MS) لإدخال العينات. ويمكن دمج تقنية GC لفصل مخاليط الغازات المستقرة حراريًا والمتطايرة التي تتوافق تمامًا مع ظروف التأين الإلكتروني.

تحليل المواد الأثرية

استُخدمت تقنية كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة (GC-EI-MS) لدراسة وتوصيف المواد العضوية الموجودة في طبقات الطلاء على الجرار الرومانية والمصرية . ومن خلال هذا التحليل، وجد العلماء أن المادة المستخدمة لعزل الجرار عن الماء هي نوع معين من الراتنج غير موجود في الموقع الأثري، بل مستورد من منطقة أخرى. ومن عيوب هذه الطريقة طول مدة التحليل والحاجة إلى معالجة كيميائية رطبة مسبقة. [ 14 ]

التحليل البيئي

استُخدمت تقنية كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة (GC-EI-MS) بنجاح لتحديد بقايا المبيدات في الأغذية الطازجة من خلال تحليل حقنة واحدة. في هذا التحليل، تم تحديد 81 نوعًا من بقايا المبيدات متعددة الفئات في الخضراوات. ولإجراء هذه الدراسة، تم استخلاص المبيدات باستخدام ثنائي كلورو الميثان ، ثم تحليلها باستخدام كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة الترادفي (GC-MS-MS). ويمكن تحديد طريقة التأين المثلى، سواءً بالتأين الإلكتروني (EI) أو التأين الكيميائي (CI)، لهذا الحقن الواحد للمستخلص. تتميز هذه الطريقة بالسرعة والبساطة والفعالية من حيث التكلفة، حيث يمكن تحديد عدد كبير من المبيدات بواسطة كروماتوغرافيا الغاز بحقنة واحدة، مما يقلل بشكل كبير من إجمالي وقت التحليل. [ 16 ]

تحليل السوائل البيولوجية

يمكن استخدام تقنية كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة (GC-EI-MS) لتحليل السوائل البيولوجية في العديد من التطبيقات. ومن الأمثلة على ذلك تحديد ثلاثة عشر جزيئًا من مبيدات البيريثرويد الاصطناعية ونظائرها الفراغية في الدم الكامل. استخدمت هذه الدراسة طريقة جديدة سريعة وحساسة تعتمد على كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة (GC-MS) بتقنية التأين الإلكتروني، وذلك في وضع مراقبة الأيونات الانتقائية (SIM) بحقنة واحدة من العينة. تم فصل جميع بقايا البيريثرويد باستخدام جهاز GC-MS يعمل بنمط التأين الإلكتروني، وتم قياسها كميًا في وضع مراقبة الأيونات الانتقائية. يُعدّ الكشف عن بقايا محددة في الدم مهمة صعبة نظرًا لتركيزها المنخفض جدًا، إذ يُطرح معظمها من الجسم فور دخولها. مع ذلك، استطاعت هذه الطريقة الكشف عن بقايا أنواع مختلفة من البيريثرويدات بتركيزات منخفضة تصل إلى 0.05-2 نانوغرام/مل. يُعدّ الكشف عن هذا المبيد الحشري في الدم بالغ الأهمية، إذ يكفي وجود كمية ضئيلة جدًا منه في الجسم لإحداث ضرر على صحة الإنسان، وخاصةً الأطفال. تُعدّ هذه الطريقة تقنيةً بسيطةً وسريعةً للغاية، ولذلك يُمكن اعتمادها دون أيّ تداخلات من المصفوفة. يوفر نمط مراقبة الأيونات الانتقائية حساسية كشف تصل إلى 0.05 نانوغرام/مل. [ 17 ] ومن تطبيقاتها الأخرى دراسات دوران البروتين باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة الإلكتروني (GC-EI-MS). تقيس هذه التقنية مستويات منخفضة جدًا من د-فينيل ألانين، مما قد يُشير إلى زيادة تركيز الأحماض الأمينية المُدمجة في بروتين الأنسجة أثناء دراسات تخليق البروتين البشري. تتميز هذه الطريقة بكفاءتها العالية، إذ يُمكن قياس كلٍّ من د-فينيل ألانين الحرّ والمرتبط بالبروتين باستخدام مطياف الكتلة نفسه، ولا تتطلب سوى كمية صغيرة من البروتين (حوالي 1 ملغ). [ 18 ]   

التطبيقات الجنائية

يُستخدم جهاز كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة الإلكتروني (GC-EI-MS) أيضًا في علم الأدلة الجنائية . ومن الأمثلة على ذلك تحليل خمسة أنواع من المخدرات الموضعية في الدم باستخدام تقنية الاستخلاص الدقيق للأطوار الصلبة في الحيز الرأسي (HS-SPME) وتقنية كروماتوغرافيا الغاز المقترنة بمطياف الكتلة الإلكتروني مع مراقبة الأيونات المختارة (GC-MS-EI-SIM). يُستخدم التخدير الموضعي على نطاق واسع، ولكن قد تُسبب هذه الأدوية أحيانًا حوادث طبية. في مثل هذه الحالات، يلزم وجود طريقة دقيقة وبسيطة وسريعة لتحليل المخدرات الموضعية. استُخدم جهاز GC-EI-MS في إحدى الحالات، واستغرق التحليل 65 دقيقة، وكان حجم العينة حوالي 0.2 غرام، وهي كمية صغيرة نسبيًا. [ 19 ] ومن التطبيقات الأخرى في الطب الشرعي تحديد عقاقير الاغتصاب في البول. تُستخدم هذه العقاقير لتخدير الضحايا ثم اغتصابهم أو سرقتهم. يُعد تحليل هذه العقاقير صعبًا نظرًا لانخفاض تركيزاتها في سوائل الجسم، وغالبًا ما يكون هناك تأخير زمني طويل بين وقوع الحادث والفحص السريري. ومع ذلك، فإن استخدام تقنية GC-EI-MS يسمح بطريقة بسيطة وحساسة وقوية لتحديد وكشف وقياس كمية 128 مركباً من مركبات DRDs في البول. [ 20 ]

كروماتوغرافيا سائلة EI-MS

يمكن دمج طريقتين حديثتين لربط كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء على نطاق الشعيرات الدموية مع مطياف الكتلة بتقنية التأين الإلكتروني (LC-EI-MS) لتحليل عينات متنوعة. وهما: واجهة LC/MS القائمة على التأين الإلكتروني على نطاق الشعيرات الدموية، وواجهة التأين الإلكتروني المباشر. في واجهة التأين الإلكتروني الشعيرية، تم تحسين البخاخ لضمان الخطية والحساسية. أما واجهة التأين الإلكتروني المباشر فهي واجهة مصغرة لتقنية كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء النانوية والميكروية، حيث تتم عملية الربط في مصدر أيوني مُعدَّل خصيصًا. ويمكن الحصول على حساسية وخطية وقابلية تكرار أعلى نظرًا لنقل الإذابة من العمود بالكامل إلى المصدر الأيوني. وباستخدام هاتين الواجهتين، يمكن دمج التأين الإلكتروني بنجاح لتحليل الجزيئات الصغيرة والمتوسطة الحجم ذات القطبية المختلفة. تتمثل التطبيقات الأكثر شيوعًا لهذه الواجهات في LC-MS في التطبيقات البيئية مثل الفصل المتدرج للمبيدات الحشرية ، كارباريل ، بروبانيل ، وكلوربروفام باستخدام الطور العكسي ، والتطبيقات الصيدلانية مثل فصل أربعة أدوية مضادة للالتهابات ، ديفينيل درامين، أميتريبتيلين ، نابروكسين ، وإيبوبروفين . [ 21 ]

تعتمد طريقة أخرى لتصنيف تطبيقات التأين الإلكتروني على تقنية الفصل المستخدمة في مطيافية الكتلة. ووفقًا لهذا التصنيف، غالبًا ما توجد التطبيقات في مطيافية زمن الطيران (TOF) أو مطيافية زمن الطيران المتعامدة (OA-TOF MS)، ومطيافية الرنين الأيوني السيكلوتروني بتحويل فورييه (FT-ICR MS) ، ومطيافية الكتلة الرباعية الأقطاب أو مطيافية الكتلة باستخدام مصيدة الأيونات .

يُستخدم مع مطياف الكتلة ذي زمن الطيران

يُعدّ مطياف الكتلة بتقنية زمن طيران التأين الإلكتروني (EI-TOF MS) مناسبًا تمامًا للدراسات التحليلية والأساسية في الفيزياء الكيميائية. يُستخدم EI-TOF MS لإيجاد جهود تأين الجزيئات والجذور الحرة ، بالإضافة إلى طاقات تفكك الروابط للأيونات والجزيئات المتعادلة. ومن استخدامات هذه الطريقة أيضًا دراسة كيمياء وفيزياء الأيونات السالبة. وقد تم اكتشاف العديد من الظواهر باستخدام هذه التقنية، منها أعمار الانفصال التلقائي ، والتفكك شبه المستقر ، وتفاعلات نقل إلكترون ريدبيرغ ، والانفصال الناتج عن المجال الكهربائي، وطريقة كاسح سادس فلوريد الكبريت (SF6) للكشف عن حالات الأيونات السالبة المؤقتة. في هذه الطريقة، تتيح منطقة التأين الخالية من المجال الكهربائي دقة عالية في طاقة الإلكترون، بالإضافة إلى دقة عالية في قياس طاقة الإلكترون. ويحدد قياس المجالات الكهربائية أسفل أنبوب طيران الأيونات الانفصال التلقائي والتفكك شبه المستقر، فضلًا عن الانفصال الناتج عن المجال الكهربائي للأيونات السالبة ضعيفة الارتباط. [ 22 ]

وُصِفَ مطياف الكتلة ذو زمن الطيران بتقنية التأين الإلكتروني والتسارع المتعامد (EI oa-TOFMS) لأول مرة عام ١٩٨٩. وباستخدام "التسارع المتعامد" مع مصدر أيونات التأين الإلكتروني، زادت القدرة على الفصل والحساسية. ومن أهم مزايا مطياف الكتلة ذو زمن الطيران بتقنية التأين الإلكتروني (oa-TOFMS) المزود بمصادر التأين الإلكتروني إمكانية استخدامه مع أنظمة مدخلات كروماتوغرافيا الغاز (GC)، مما يسمح بفصل المركبات العضوية المتطايرة كروماتوغرافيًا بسرعة عالية. [ ٢٣ ]

مطيافية الكتلة بالرنين السيكلوتروني الأيوني بتحويل فورييه

يمكن استخدام مطياف الكتلة عالي الدقة بتقنية FT-ICR EI-MS لتحليل ثلاثة أجزاء من تقطير زيت الغاز المفرغ (VGO) عند درجات حرارة 295-319 درجة مئوية، و319-456 درجة مئوية، و456-543 درجة مئوية. في هذه الطريقة، يسمح التأين الإلكتروني عند طاقة 10 إلكترون فولت بالتأين اللطيف للمركبات العطرية في نطاق زيت الغاز المفرغ. وقد حُددت الاختلافات التركيبية على المستوى الجزيئي من خلال تحديد التركيب العنصري. ومن أبرز ميزات هذه الطريقة: القدرة التحليلية الفائقة، وصغر حجم العينة، وقابلية التكرار العالية، ودقة الكتلة العالية (أقل من 0.4 جزء في المليون). وكان الناتج الرئيسي هو الهيدروكربونات العطرية في جميع العينات الثلاث. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ وجود العديد من المركبات المحتوية على الكبريت والنيتروجين والأكسجين بشكل مباشر عند زيادة تركيز هذه الأنواع غير المتجانسة مع ارتفاع درجة الغليان . باستخدام تحليل البيانات، تم الحصول على معلومات حول أنواع المركبات ( الحلقات بالإضافة إلى الروابط المزدوجة )، وتوزيعات عدد ذرات الكربون فيها بالنسبة للهيدروكربونات والمركبات غير المتجانسة في كسور التقطير، وزيادة متوسط ​​الوزن الجزيئي (أو توزيع عدد ذرات الكربون) والعطرية مع زيادة درجة غليان كسور البترول . [ 24 ]   

مطيافية الكتلة باستخدام مصيدة الأيونات

يمكن استخدام مطياف الكتلة بتقنية التأين الإلكتروني (EI MS) مع مصيدة الأيونات لتحديد وقياس كمية بقايا بولي إيثوكسيلات نونيل فينول (NPEO) ونواتج تحللها، مثل بولي إيثوكسي كاربوكسيلات نونيل فينول وكربوكسي ألكيل فينول إيثوكسي كاربوكسيلات، في عينات مياه الأنهار ومياه الصرف الصحي. وقد توصل الباحثون من خلال هذا البحث إلى أن تقنية كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة مع مصيدة الأيونات (GC-MS) تُعدّ طريقة تحليلية موثوقة ومريحة، مع مجموعة متنوعة من طرق التأين، بما في ذلك التأين الإلكتروني (EI)، لتحديد المركبات المستهدفة في العينات البيئية. [ 25 ]

المزايا والعيوب

توجد عدة مزايا وعيوب لاستخدام التأين الإلكتروني كطريقة للتأين في مطياف الكتلة. وهي مذكورة أدناه.

المزاياالعيوب
بسيطيجب أن يكون الجزيء متطايرًا
حساسيجب أن يكون الجزيء مستقرًا حراريًا
يساعد التجزئة في تحديد الجزيئاتتجزئة واسعة النطاق - لا يمكن تفسير البيانات
أطياف بصمات الأصابع القابلة للبحث في المكتبةنطاق الكتلة المفيد منخفض (<1000 دالتون)

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تي دي مارك؛ جي إتش دان (29 يونيو 2013). تأين اصطدام الإلكترون . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 978-3-7091-4028-4.
  2. ↑ هارولد ر. كوفمان (1965). علاقة الأداء لمصادر الأيونات بالقصف الإلكتروني . الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.
  3. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " تأين الإلكترون ". doi : 10.1351/goldbook.E01999
  4. ↑ غريفيث، جينيفر (2008). "نبذة تاريخية عن مطيافية الكتلة" . الكيمياء التحليلية . 80 (15): 5678-5683 . doi : 10.1021/ac8013065 . ISSN 0003-2700 . PMID 18671338 .  
  5. 1 2 3 4 داس، شابيل (2007). أساسيات مطيافية الكتلة المعاصرة - داس - مكتبة وايلي الإلكترونية . doi : 10.1002/0470118490 . ISBN 9780470118498. S2CID 92883349 . 
  6. ↑ ديمبستر، أ. ج. (1918-04-01). "طريقة جديدة لتحليل الأشعة الموجبة" . مجلة Physical Review . 11 (4): 316-325 . Bibcode : 1918PhRv...11..316D . doi : 10.1103/PhysRev.11.316 .
  7. ↑ ديمبستر، أ. ج. (1921-01-01). "تحليل الأشعة الموجبة لليثيوم والمغنيسيوم". مجلة Physical Review . 18 (6): 415-422 . Bibcode : 1921PhRv...18..415D . doi : 10.1103/PhysRev.18.415 .
  8. ↑ بليكني، ووكر (1929). "طريقة جديدة لتحليل الأشعة الموجبة وتطبيقها على قياس جهود التأين في بخار الزئبق". مجلة Physical Review . 34 (1): 157-160 . Bibcode : 1929PhRv...34..157B . doi : 10.1103/PhysRev.34.157 . ISSN 0031-899X . 
  9. ↑ مارك جوردون إنجرام؛ ريتشارد ج. هايدن (1954). مطيافية الكتلة . الأكاديميات الوطنية. ص 32-34 . ISBN  9780598947109NAP:16637.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  10. ↑ R. Davis, M. Frearson, (1987). Mass Spectrometry – Analytical Chemistry by Open Learning , John Wiley & Sons, London.
  11. ↑ ج. روبنسون وآخرون. التحليل الآلي لطلاب البكالوريوس، الطبعة السادسة. مارسيل دريكر، نيويورك، 2005
  12. ↑ داس، شابيل (2007). ديزيديريو، دومينيك؛ نيبرينغ، نيكو (محرران). أساسيات قياس الطيف الكتلي المعاصر ( الطبعة الأولى). هوبوكين: جون وايلي وأولاده، ص 19.  
  13. ↑ ريجرت، مارتين؛ رولاندو، كريستيان (2002-02-02). "تحديد المواد اللاصقة الأثرية باستخدام مطياف الكتلة ذي التأين الإلكتروني المباشر". الكيمياء التحليلية . 74 (5): 965-975 . doi : 10.1021/ac0155862 . PMID 11924999 . 
  14. 1 2 كولومبيني، ماريا بيرلا؛ مودونيو، فرانشيسكا؛ ريبشيني، إريكا (2005-05-01). "تقنيات مطيافية الكتلة بالتأين الإلكتروني المباشر وتقنيات كروماتوغرافيا الغاز/مطيافية الكتلة لدراسة الطلاءات العضوية على الأمفورات الأثرية". مجلة مطيافية الكتلة . 40 (5): 675-687 . Bibcode : 2005JMSp...40..675C . doi : 10.1002/jms.841 . ISSN 1096-9888 . PMID 15739159 .  
  15. ↑ لوفر، ديبرا ر.؛ شرام، كارل هـ. (1990-12-01). "مطيافية الكتلة باستخدام التأين الإلكتروني لـ C60 الاصطناعي". الاتصالات السريعة في مطيافية الكتلة . 4 (12): 552-556 . Bibcode : 1990RCMS....4..552L . doi : 10.1002/rcm.1290041218 . ISSN 1097-0231 . 
  16. ↑ أريبولا، إف جيه؛ مارتينيز فيدال، جيه إل؛ ماتيو-سانشيز، إم؛ ألفاريز-كاستيلون، إف جيه (19-05-2003). "تحديد 81 مبيدًا متعدد الفئات في المواد الغذائية الطازجة عن طريق تحليل حقنة واحدة باستخدام كروماتوغرافيا الغاز - التأين الكيميائي وقياس الطيف الكتلي الترادفي بالتأين الإلكتروني". مجلة Analytica Chimica Acta . 484 (2): 167-180 . Bibcode : 2003AcAC..484..167A . doi : 10.1016/S0003-2670(03)00332-5 .
  17. ↑ راميش، أتماكورو؛ رافي، بيرومال إيلومالاي (5 أبريل 2004). "تحديد بقايا ثلاثة عشر مبيدًا حشريًا من البيريثرويدات في الدم الكامل باستخدام كروماتوغرافيا الغاز المؤين إلكترونيًا - مطياف الكتلة". مجلة الكروماتوغرافيا ب . 802 (2): 371-376 . doi : 10.1016/j.jchromb.2003.12.016 . PMID 15018801 . 
  18. ↑ كالدير، أ.ج.؛ أندرسون، س.إ.؛ غرانت، إ.؛ ماكنورلان، م.أ.؛ غارليك، ب.ج. (1992-07-01). "تحديد نسبة إثراء منخفضة من فينيل ألانين-د5 (0.002-0.09% فائض ذري)، بعد تحويله إلى فينيل إيثيل أمين، وعلاقته بدراسات دوران البروتين بواسطة كروماتوغرافيا الغاز/مطياف الكتلة التأيني الإلكتروني". اتصالات سريعة في مطياف الكتلة . 6 (7): 421-424 . Bibcode : 1992RCMS....6..421C . doi : 10.1002/rcm.1290060704 . ISSN 1097-0231 . PMID 1638043 .  
  19. ↑ واتانابي، توموهيكو؛ ناميرا، أكيرا؛ ياشيكي، ميكيو؛ إيواساكي، ياسوماسا؛ كوجيما، تورو (29-05-1998). "تحليل بسيط للمخدرات الموضعية في دم الإنسان باستخدام الاستخلاص الدقيق للأطوار الصلبة في الحيز الرأسي، وقياس الطيف الكتلي بالكروماتوغرافيا الغازية، ومراقبة الأيونات المختارة بالتأين بالصدم الإلكتروني". مجلة الكروماتوغرافيا ب . 709 (2): 225-232 . doi : 10.1016/S0378-4347(98)00081-4 . PMID 9657219 . 
  20. ↑ آدموفيتش، بيوتر؛ كالا، ماريا (مايو 2010). "الكشف المتزامن عن 128 نوعًا من عقاقير الاغتصاب وتحديدها في البول باستخدام كروماتوغرافيا الغاز - مطياف الكتلة بالتأين الإلكتروني". مجلة العلوم الجنائية الدولية . 198 ( 1-3 ): 39-45 . doi : 10.1016/j.forsciint.2010.02.012 . PMID 20207513 . 
  21. ↑ كابيلو، أكيلي؛ فاميغليني، جورجيو؛ مانغاني، فيليبو؛ بالما، بييرانجيلا (1 يناير 2001). "اتجاهات جديدة في تطبيق التأين الإلكتروني على الربط بين كروماتوغرافيا السائل وقياس الطيف الكتلي". مراجعات قياس الطيف الكتلي . 20 (2): 88-104 . Bibcode : 2001MSRv...20...88C . doi : 10.1002/mas.1004 . ISSN 1098-2787 . PMID 11455563 .  
  22. ↑ ميرصالح-كوهان، نسرين؛ روبرتسون، ويسلي د.؛ كومبتون، روبرت ن. (2008-05-01). "مطيافية الكتلة بتقنية زمن الطيران للتأين الإلكتروني: مراجعة تاريخية وتطبيقات حالية". مجلة مراجعات مطيافية الكتلة . 27 (3): 237-285 . Bibcode : 2008MSRv...27..237M . doi : 10.1002/mas.20162 . ISSN 1098-2787 . PMID 18320595 .  
  23. ↑ غيلهاوس، م.؛ سيلبي، د.؛ ملينسكي، ف. (2000-01-01). "مطيافية الكتلة بزمن الطيران مع التسارع المتعامد" . مراجعات مطيافية الكتلة . 19 (2): 65-107 . Bibcode : 2000MSRv...19...65G . doi : 10.1002/(SICI)1098-2787(2000)19:2 < 65::AID-MAS1 > 3.0.CO ; 2-E . ISSN 1098-2787 . PMID 10795088 .  
  24. ↑ فو، جينمي؛ كيم، سونغهوان؛ رودجرز، رايان ب.؛ هندريكسون، كريستوفر ل.؛ مارشال، آلان ج.؛ تشيان، كوانغنان (2006-02-08). "التحليل التركيبي غير القطبي لكسور تقطير زيت الغاز المفرغ باستخدام مطيافية الكتلة بالرنين الأيوني السيكلوتروني بتحويل فورييه للتأين الإلكتروني". الطاقة والوقود . 20 (2): 661-667 . doi : 10.1021/ef0503515 .
  25. ↑ دينغ، وانغ-هسين؛ تزينغ، شين-هاو (16-10-1998). "تحليل بولي إيثوكسيلات نونيل فينول ونواتج تحللها في مياه الأنهار ومياه الصرف الصحي باستخدام كروماتوغرافيا الغاز - مطياف الكتلة الترادفي (مصيدة الأيونات) مع التأين الإلكتروني والتأين الكيميائي". مجلة الكروماتوغرافيا أ . 824 (1): 79-90 . doi : 10.1016/S0021-9673(98)00593-7 . PMID 9818430 . 

ملحوظات

  • إدموند دي هوفمان؛ فينسنت ستروبانت (2001). مطيافية الكتلة: المبادئ والتطبيقات (  الطبعة الثانية). جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-471-48566-7.
  • ستيفن ج. شريدر (2001). تفسير بيانات تأين الإلكترون: كتاب غريب . غير متوفر. ISBN 978-0-9660813-6-7.
  • بيتركوبس، رايموندز (1977). نظرية تأين الذرات بواسطة اصطدام الإلكترونات . بولدر، كولورادو: مطبعة جامعة كولورادو المتحدة. ISBN 978-0-87081-105-0.
  • التأين بالصدم الإلكتروني . برلين: سبرينغر-فيرلاغ. 1985. ISBN 978-0-387-81778-1.