يسمى الجهاز الذي يقيس النسبة بين الأيون الموجب وكتلته هو، تساءل العديد من الطلاب عن الجهاز الذي يقيس كتلة الأيونات الموجبة، وهو مقياس طيف الكتلة.
- يتم استخدامه لتحديد نسبة وكتلة الأيون الموجب، ويمكننا رؤية نتائج العلاقة كطيف. لهذا اخترع العالم فرانسيس ستون هذا الجهاز وأطلق عليه مطياف الكتلة لأن هذه الأطياف تظهر بوضوح جزيئات العناصر الكيميائية.
تعريف مطياف الكتلة
يعد مطياف الكتلة من أهم الاختراعات التي سهلت على الكيميائيين والفيزيائيين رؤية المركبات وتحديد جزيئاتها وتحديد نوع العنصر من خلالها.
- يُعرَّف مطياف الكتلة بأنه أداة لتحديد عناصر المركبات، وكذلك لإظهار شكل المواد الكيميائية.
- يعتمد الجهاز على تشتيت المركب الكيميائي للوصول إلى جميع جزيئاته، بحيث يمكن للعالم قياس النسبة المئوية لكتلة العنصر بدقة.
- عن طريق وضع عينة داخل مقياس الطيف، وعندما تتجمع المركبات وتظهر الأيونات، يتم حساب نسبة الكتلة من خلال حركة الأيون داخل المجال المغناطيسي.
ما هو مطياف الكتلة؟
بعد مناقشة الجهاز الذي يقيس العلاقة بين الأيون الموجب وكتلته، يتم تسميته في بداية المقال، وفي تلك الفقرة، استعرضنا بالتفصيل ما هو مطياف الكتلة أدناه.
- مطياف الكتلة هو جهاز يقيس كتلة أيون موجب ويتكون من ثلاثة مكونات يتم من خلالها القياس.
نظام كشف الأيونات
- نظام الكشف عن الأيونات مسؤول عن حساب الأيونات التي تم فصلها ووضعها في نظام البيانات، وبالتالي الحفاظ على الكتلة مع وفرتها النسبية.
- ويترتب على ذلك أن أطياف الكتلة هي كثافة وكتلة الأيونات التي تم قياسها من خلال عينة صغيرة منها.
- يمكن ملاحظة الوفرة النسبية عندما تصل إلى ذروتها في المكونات الكيميائية من أنواع مختلفة.
محلل الكتلة
من خلال هذا الجهاز، يمكن للباحث فصل الأيونات وحساب كتلتها، وفي بعض الأحيان يتم استخدام كاشف الأيونات مع محلل الكتلة لإكمال عملية الفصل.
مصدر أيون
- من خلال هذا المصدر، يتحول شكل الجزيئات إلى أيونات، وبالتالي يمكن معالجة جزيئاتها أثناء تحركاتها في المجال الكهربائي أو في المجالات المغناطيسية.
- ضمن هذا المكون، يمكن استخدام تأين العناصر بالرش الكهروستاتيكي، وبالتالي يمكن للعالم تكوين أيون موجب أو سالب اعتمادًا على التجربة.
- يبدأ الباحث بوضع مطياف الكتلة أمام عمود كروماتوغرافي بالإضافة إلى إبرة صغيرة بمساحة لا تزيد عن عشرة إلى خمسة عشر ميكرون، مما يسمح بعبور العمود من النهايات.
خطوات العمل بمطياف الكتلة
في هذه الفقرة، نتناول خطوات مطياف الكتلة، ونقوم بإدراج أنواع الأجهزة التي تقيس نسبة الكتلة، كل هذا في السطور التالية.
- يعتبر مقياس الطيف الكتلي مسئولاً عن التعرف على الجسيمات، حيث يتم وضع العينة في المكان المخصص لها داخل الجهاز، ويجب أن تكون المادة في حالة سائلة أو غازية، والعكس يتم وضعها عند درجة حرارة تزيد عن مائة وخمسين درجة . مئوية لتصبح سائلة.
- إذا كانت صلبة، يتم وضعها في غرفة التأين من خلال المسبار، فيبدأ الباحث في التعرف على الأيونات من خلال سرعة الإلكترونات الشديدة، ولهذا تسمى هذه العملية بالتأين الإلكتروني.
- أو يمكن العثور على الأيونات من خلال حركة القصف الذري، وتعرف هذه العملية بالتأين الكيميائي. أيضًا، يمكن التعرف على الأيونات من خلال عملية تصادم الإلكترونات مع بعضها البعض، مما يتسبب في استقبال الجزيئات لشحنات سالبة.
- يتم بعد ذلك فصل الأيون وتحريره من خلال رقائق موجبة الشحنة لجذب الأيون السالب، ثم يتم إدخال المجالين الكهربائي والمغناطيسي لإكمال عملية الفصل. يمكن للباحث قياس كتلة الأيون بتكبير وجمع العلاقة ورسمها بيانياً.
- هناك العديد من الأجهزة التي تقيس الكتلة والأيونات المنفصلة، مثل محلل السيكلوترون، ومحلل الكتلة الكهروستاتيكي، ومحلل الكتلة الرباعي، ومحلل الكتلة المغناطيسية، بالإضافة إلى محلل كتلة الطيران ومحلل كتلة الأيونات الرباعي.
تطبيقات قياس الطيف الكتلي
في هذا القسم، نناقش تطبيقات مطياف الكتلة، وكذلك استخداماته المختلفة في مختلف المجالات، كل هذا أدناه.
- يمكن لمقياس الطيف الكتلي معرفة نسب النفط والغاز التي تحتويها الصخور، أو اكتشاف عنصر الكربون من خلال عمليات الحفر التي يقوم بها علماء الآثار والباحثون.
- يستخدم علماء الفلك مقياس الطيف لمراقبة الرياح الشمسية، ومن خلال هذا الجهاز، يمكن الوصول إلى مركبات مجهولة المنشأ وهوية غير معروفة عن طريق قياس الجسيمات التي تم كسر روابطها.
- يستخدم مقياس الطيف بشكل مهم للأطباء في قسم الجراحة، حيث يتم التعرف على معدل الأيض داخل الخلايا، لمعرفة ما إذا كان المريض بحاجة إلى الأكسجين أو في حالة جيدة.
- في المجال البيئي، يتم استخدام الجهاز لتحديد نسبة المواد السامة داخل الكائنات البحرية، كما يمكن تحليل المياه من خلالها ومعرفة ما إذا كانت المياه بها سموم أم أنها نظيفة.
- لم يقتصر الجهاز على تلك الاستخدامات فقط، حيث يستخدم الأطباء والعلماء مقياس الطيف لفحص الرياضيين والتأكد من خلو أجسامهم من المنشطات.