استخدامات مطياف الكتلة
قال الله تعالى (وَمَا أُوتِيتُم مِّنَ الْعِلْمِ إِلَّا قَلِيلًا) فمهما بلغ الإنسان من تقدم علمي لن يحصل من علم الله إلا القليل، ومع موضوعنا عن التحدث عن جهاز مطياف
الكتلة
سنري إلى أين وصل العلم الإنساني.
استخدامات مطياف الكتلة
جهاز مطياف الكتلة
هو جهاز يعمل بتقنية تحليل العناصر للمادة أو الجزيء، وذلك لتوضيح البنية الكيمائية والفزيائية والبيولوجية للمادة.
يعد الفضل إلى العالم دكتور واتسون عام 1920 م في صنع أول مطياف كتلة بعد تطويره لفكره جهاز أستاذه دكتور
طومسون
، وقد أتى العلماء بعدة تطويرات للجهاز حتى أصبح على ما عليه الآن.
استخدامات جهاز مطياف الكتلة
1- يستخدم أيضاً لقياس الوزن الجزيئي للمركبات الكيميائية التي تؤدي إلى معرفة الصيغة الكيميائية الصحيحة للجزيء.
2- يتم عن طريق جهاز مطياف الكتلة معرفة التركيب الجزيئي، وذلك عن طريق تكسير الجزيء، وبفضل التكسير يتم الحصول على الأيونات الصغيرة للحصول منها على معلومات عن الجزيء.
3- باستخدام المعلومات المخزنة عن المركبات في الجهاز يتم معرفة المركبات المجهولة عن طريق قياس تحليل الجزئيات المكسرة.
4- معرفة نسبة مركب معين في مادة ما عن طريق تحليل الكتلة.
5- يستخدمه الفلكيون في عمل تحليل معين لدراسة الرياح الشمسية.
6- يستخدمه أطباء الجراحة في قياس معدلات
الأيض
في الخلايا المريضة لمعرفة ما إذا كان تتلقى الأكسجين الكافي أم لا.
7- يستخدمه علماء الجيولوجيا لقياس نسب تواجد النفط والغاز في
الصخور
.
8- يستخدمه علماء الآثار لقياس أعمار الحفريات المكتشفة عن طريق قياس عناصر الكربون.
9- يستخدمه علماء البيئة في قياس نسب السموم في الماء والكائنات البحرية.
10- يستخدمه علماء البيولوجيا في تحليل المركبات المعقدة مثل البروتينات و
الأحماض الأمينية
.
11- استخدمه علماء الكيمياء التحليلية، وعلماء الطب الرياضي في الكشف عن المنشطات لدي الرياضيين.
مكونات جهاز مطياف الكتلة
1- منبع للأيونات: يكسر جزئيات المركب إلى عدة أقسام.
2- جهاز تحليل: يحلل الأيونات على حسب كتلتها باستخدام الحقول المغناطسية.
3- مكشاف: الغرض من وجوده قياس مؤشر الكمية وإعطاء بيانات لحساب وفرة الأيونات.
طريقة العمل
1- وضع العينة في وحدة العينة.
2- إذا كانت العينة يتم تحويلها من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، وذلك عن طريق تسخينها إذا كانت درجة حرارة غليانها أكبر من 150 درجة مئوية، أو عن طريق الضغط، أما اذا كانت صلبة فيتم تسخينها داخل وحدة العينة أو يتم وضعها داخل غرفة التأين دون تسخينها بواسطة المجسات.
3- تأيين العينة عن طريق عدة طرق منها طريقة القذف الإلكتروني، أو عن طريق القذف بذرات سريعة، أو ما يسمى بالتأين الكيميائي، أو عن طريق التصادم الإلكتروني فتصبح الجزئيات سالبة، أو طريقة فصل الأيونات عن طريق الجذب الأيوني باستخدام صحيفة موجبة، أو عن طريق مجال كهربائي أو مغناطيسي يتم من خلاله فصل الأيونات.
4- جمع وتكبير الأيونات لقياسها ورسمها.
تجربة عملية
1- وضع
ملح الطعام
كلوريد الصوديوم في وحدة العينة.
2- فيتبخر المركب، ويتحول إلى غاز مشحوناً كهربائياً، فيتحول المركب إلى ذرات صوديوم موجبة وذرات كلور سالبة.
3- تختلف كتلة كل نوع من الأيونات، فتكون أيونات وذرات
الصوديوم
بكتلة AMU 23، أما ذرات وأيونات الكلور فتكون بكتلة AMU 35.
– التحليل الطيفي ومطياف الكتلة
التحليل الطيفي
– تنتقل الجزيئات إلى مستوى طاقة مرتفع، وذلك عن طريق الامتصاص لأشعة كهرومغناطيسية، وبمرور القليل من الوقت تفقد الجزيئات هذه الطاقة المرتفعة.
– في طرق التحليل الطيفي لابد من أن يكون الفرق في مستويات الطاقة التي يتم فيها الانتقال يعادل الطاقة المستخدمة للأشعة الكهرومغناطيسية.
مطياف الكتلة
– يختلف جهاز مطياف الكتلة عن طرق التحليل الطيفي حيث أنه يعتمد على تعريض الجزيئات لمصدر طاقة يفوق مقدار الطاقة المستخدمة في عملية الانتقال في حالة التحليل الطيفي، وتؤدي الطاقة المستخدمة في مطياف الكتلة إلى تحويل
الإلكترون
إلى أيونات عن طريق تفكيكه.
– مطياف الكتلة لا يعتمد على التداخل الذي يحدث بين العينة والإشعاع الكهرومغناطيسي كما يحدث في التحليل الطيفي.
بالرغم من أن مطياف الكتلة يمكننا من معرفة الكتلة للمواد في جميع صورها من غازية أو سائلة أو صلبة عن طريق مقدار ضئيل من المادة، إلا أنه غالي الثمن، ولا يتواجد بوفرة في المختبرات، كما أن المادة التي يتم اختبارها تتفكك بعد التجربة فلا يمكن تجميعها مرة أخرى.