استخدامات مطياف الكتلة
قال الله تعالى: (وما أوتيتم من العلم إلا قليلا)، فمهما بلغ الإنسان من تقدم علمي فلن يحصل على معرفة الله إلا القليل، وبالنسبة لموضوعنا حول جهاز المطياف الكتلي، سنرى مدى تقدم العلم البشري في هذا المجال.
استخدامات مطياف الكتلة
جهاز مطياف الكتلة
يعمل هذا الجهاز بتقنية تحليل العناصر للمادة أو الجزيء، وذلك لتوضيح البنية الكيمائية والفيزيائية والبيولوجية للمادة.
يعزى اختراع أول مطياف كتلة إلى العالم دكتور واتسون في عام 1920، بعد أن قام بتطوير فكرة جهاز أستاذه دكتور طومسون، وقام العلماء بعد ذلك بتطويرات عدة حتى وصل الجهاز إلى حالته الحالية.
استخدامات جهاز مطياف الكتلة
– يستخدم أيضًا لقياس الوزن الجزيئي للمركبات الكيميائية، مما يساعد في تحديد الصيغة الكيميائية الصحيحة للجزيء.
يتم معرفة التركيب الجزيئي عن طريق جهاز مطياف الكتلة، وذلك عن طريق تكسير الجزيء، وبفضل هذا التكسير يتم الحصول على الأيونات الصغيرة التي يمكن الحصول منها على معلومات عن الجزيء.
يتم استخدام المعلومات المخزنة حول المركبات في الجهاز لتحديد المركبات المجهولة عن طريق قياس تحليل الجزئيات المكسورة.
يمكن معرفة نسبة مركب معين في مادة ما عن طريق تحليل الكتلة.
يستخدمه الفلكيون لعمل تحليل معين لدراسة الرياح الشمسية.
يتم استخدامه من قبل جراحي الخلايا لقياس معدلات الأيض في الخلايا المريضة لمعرفة ما إذا كانت تتلقى الأكسجين الكافي أم لا.
يستخدم العلماء في علم الجيولوجيا هذه الطريقة لقياس نسب تواجد النفط والغاز في الصخور.
يستخدم علماء الآثار عادةً الكربون المشع لقياس أعمار الحفريات المكتشفة عن طريق قياس نسبة الكربون فيها.
يستخدمه علماء البيئة لقياس نسب السموم في الماء والكائنات البحرية.
يستخدمه علماء الأحياء في تحليل المركبات المعقدة مثل البروتينات والأحماض الأمينية.
يتم استخدامه من قبل خبراء الكيمياء التحليلية وعلماء الطب الرياضي لكشف المنشطات في الرياضيين.
مكونات جهاز مطياف الكتلة
1- منبع للأيونات: يكسر جزئيات المركب إلى عدة أقسام.
2- جهاز تحليل: يتم تحليل الأيونات بناءً على كتلتها باستخدام الحقول المغناطيسية.
3- مكشاف: يتم استخدامه لقياس مؤشر الكمية وتزويد الأيونات بالبيانات اللازمة لحساب الفائض.
طريقة العمل
1- وضع العينة في وحدة العينة.
إذا تم تحويل العينة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، يمكن ذلك عن طريق تسخينها إذا كانت درجة حرارة غليانها أعلى من 150 درجة مئوية، أو عن طريق الضغط. وإذا كانت العينة صلبة، يمكن تسخينها داخل وحدة العينة أو وضعها في غرفة التأين دون تسخينها باستخدام 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
ضع ملح الطعام، أي كلوريد الصوديوم، داخل عينة الاختبار.
عندما يَتَبَخَّر المُركَّب، يَتحوَّل إلى غازٍ مُشحُون كَهربائِيًّا، فيتَحوَّل المُركَّب إلى ذَرَّاتٍ صوديُّوم مُوجِبةٍ وذَرَّاتٍ كلورِ سالِبةٍ.
تختلف كتلة كل نوع من الأيونات، فكتلة أيونات الصوديوم وذراتها تساوي 23 وحدة كتلة ذرية، أما كتلة ذرات وأيونات الكلور فتساوي 35 وحدة كتلة ذرية.
– التحليل الطيفي ومطياف الكتلة
التحليل الطيفي
تنتقل الجزيئات إلى مستوى طاقة عالٍ عند امتصاص أشعة كهرومغناطيسية، ولكن بمرور الوقت تفقد هذه الجزيئات هذه الطاقة العالية.
في طرق التحليل الطيفي، يجب 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 يعتمد على تعريض الجزيئات لمصدر طاقة يتجاوز طاقة عملية التحليل الطيفي، ويؤدي استخدام الطاقة في مطياف الكتلة إلى تحويل الإلكترون إلى أيونات من خلال تفكيكه.
يعتمد مطياف الكتلة على الكتلة الجزيئية للعينة بدلاً من التفاعل الكهرومغناطيسي بين العينة والإشعاع، كما يحدث في التحليل الطيفي.
على الرغم من أن مطياف الكتلة يمكن استخدامه لمعرفة كتلة المواد في جميع أشكالها، بما في ذلك الغازية والسائلة والصلبة، باستخدام كمية صغيرة من المادة، إلا أنتكلفته باهظة، ولا يتوفر بكميات كبيرة في المختبرات، كما أن المادة التي يتم اختبارها تتفكك بعد التجربة، مما يمنع إمكانية إعادة تجميعها.