كيف يعمل جهاز مطياف الكتلة

كتابة - آخر تحديث: ٠٧:١٠ ، ٩ سبتمبر ٢٠١٥
كيف يعمل جهاز مطياف الكتلة

مطياف الكتلة

يستخدم جهاز مطياف الكتلة لتحليل المادة أو جزيء بهدف معرفة العناصر المكونة للمادة، وبنيتها الكيميائية، والبيولوجية، والفيزيائية، اخترعه فرانسيس أستون، ويعتد على مبدأ حركة الأيونات بمسار دائري، يتناسب أنصاف أقطارها مع كتلة الأيون، عند دخولها مجالاً مغناطيسياً منتظماً يتعامد مع حركتها، ولعب دوراً مهماً في دراسة النظائر.


أجزاؤه

  • منبع للأيونات يحول جزيئات المادة إلى أيونات.
  • جهاز تحليل يقوم بفرز الأيونات وذلك عن طريق حساب كتلتها من خلال تطبيق حقول كهرومغناطيسية.
  • مكشاف: يقوم المكشاف بقياس الكمية وبذلك تتوفر البيانات لحساب وفرة الأيونات التي تم التقاطها.
توضع العينة فيقوم جهاز مطياف الكتلة على قذف المركبات بحزمة الكترونية بهدف تأيينها، فتتشكل أيونات مشحونة، وتتحرّك ضمن حقول مغناطيسية، فيتم حساب نسبة الكتلة للشحنة لهذه المركبات.


استخداماته

  • نوعية:
    • معرفة هوية المركّب أو الجزيء غير المعروف.
    • مراقبة شظايا المركب لمعرفة بنيته.
    • معرفة التركيب النظائري لعناصر الجزيء.
  • كمية:
    • معرفة كمية مركب ما في مادة معينة.
  • تطبيقات أخرى:
    • يستخدم الفلكيون جهاز مطياف الكتلة لمعرفة العناصرلدراسة الرياح الشميبة، ومعرفة العنصار والنظائر التي تحتويها.

وكانت النتائج توضح أن طيف الكتلة الشمسية يحوي الأكسجين، والكربون، والنيون، والسيليكون، والمغنيسيوم، والحديد.

    • الأطباء التخديريستخدمون جهاز مطياف الكتلة في العمليات الجراحية، لقياس معدّلات الأيض في الخلايا الحية للمريض، لمعرفة إن كانت الخلايا تتلقّى كمية كافة من الأكسجين.
    • في الأحياء يستخدم لمعرفة تركيب الجزئيات البيولوجية المعقدة، مثل: والبروتينات، والأحماض الأمينية، والكربوهيدرات.
    • في الجيولوجيا يقوم مقياس الكتلة بتحديد آثار النفط قبل البدء بحفر الآبار.
  • يستخدمه علماء البيئة لمعرفة نوع السموم في الأسماك الملوثة.
    • في الآثار يستخدم لمعرفة عمر الأحافير من خلال قياس الكربون 14 والكربون 12 في العينة المراد معرفة عمرها.


طريقة عمله

  • توضع العيّنة في وحدة وضع العينة (sample handling system)، إن كانت العينة سائلة أو غازية، فيتم تحويل العينة الأسئلة إلى حالتها الغازية، بواسطة التسخين اذا كانت درجة حرارة غليان السائل أكبر من 150 درجة مئوية، أو عن طريق الضغط.

أمّا إن كانت العينة صلبة، فتسخن داخل وحدة وضع العينة أو يتم ادخالها إلى غرفة التأيّن دون تسخينها، بواسطة مسبار أو مجس.

  • تأيين العيّنة في حجرة التأين (Ionization chamber )، ويتمّ التأيين بعدّة طرق، وتعدّ طريقة القذف بإلكترونات سريعة أسهلها أشهرها، ويطلق عليها مصطلح التأيّن الإلكتروني، وهناك طرق أخرى للتأين كالقذف بذرات سريعة فيكون تأيين كيميائي، أو عن طريق التصادم الإلكتروني فتصبح الجزيئات مشحونة بشحنة سالبة.
  • فصل الأيونات (Ion analyzer) عن طريق جذب الأيونات السالبة باستخدام صحيفة موجبة الشحنة.
  • استخدام مجال كهربائي ومجال مغناطيسي لفصل الأيونات.
  • جمع وتكبير الأيونات لقياسها ورسمها بيانياً.