نوعی طیف سنج جرمی

نگاه کلی

بعد از اینکه دانشمندان توانستند عمل یونیزاسیون را توسط لیزر انجام دهند، با تلفیق این روش با طیف سنجی‌ جرمی توانستند با تبخیر نمونه و ایجاد یون ، از طریق طیف‌سنجی قادر به شناسایی یونهای ایجاد شده گردند. در روش طیف‌سنجی جرمی از یک منبع لیزر ضربانی با شدت زیاد برای تبخیر و یونش مقدار کمی از جسم جامد استفاده می‌شود. سپس یونهای مولکولی و عنصری توسط یک طیف سنج جرمی ، مجهز به تحلیلگر زمان پرواز مورد تجزیه قرار می‌گیرد. حساسیت بالا ، سرعت زیاد در کاربرد در زمینه تجزیه مواد آلی و معدنی از مزایای این روش می‌باشد.

در روش طیف‌سنجی جرمی لیزری یونهای فراوانی را می‌توان با استفاده از یک لیزر ضربانی با عمر ضربه زیاد بدست آورد. این یونها دارای انرژی جنبشی متفاوت هستند، بطوری که یک تجزیه جرمی موفق ، به دستگاههای تمرکز دهنده مضاعف همراه با عبور طیف جرمی خیلی کم بستگی دارد.

تاریخچه

اولین مطالعات راجع به سیستم لیزر به کار رفته در طیف سنجی جرمی لیزری درسال 1963 توسط "هانینگ" گزارش شد. در این روش از یک لیزر ضربانی یاقوت با قطر پرتو 150µm و عمر ضربه 50µs به همراه یک طیف‌سنج جرمی با تمرکز دهنده مضاعف استفاده شده بود. با مطالعات فراوان روی کاهش عمر ضربات لیزر و کاهش قطر نقاط متمرکز درسال 1966 اولین استفاده حقیقی از طیف سنج جرمی لیزری ، با استفاده از یک لیزر یاقوت با طول ضربانهایی درحدود نانوثانیه و قطر پرتو در حدود 20µm ، گزارش شد.

"هایلن کامپ" و همکارانش در سال 1975 با استفاده از تمرکز دهنده‌های مخصوص ، قطر پرتو لیزر را به 0.5µm رساندند. با این روش حد تشخیص 0.2ppm برای لیتیم روی سطح نازکی ( 1µm - 0.1 ) از رزین اپوکسی بدست آمد. توسعه بعدی در این زمینه توسط "خزورنگ" و همکارانش درسال 1978 صورت گرفت. ایشان با استفاده از یک بازتابشگر یون ( تمرکر دهنده زمانی ) در یک طیف‌سنجی جرمی زمان پرواز ، درجه تفکیک جرم را افزایش دادند.

روشهای طیف سنجی جرمی با لیزر

در چندین سال اخیر ، توجه زیادی در میان دانشمندان شیمی تجزیه‌ای به دو شاخه جدید در طیف‌سنج جرمی لیزری معطوف شده است.

روشهای چند فوتونی

این روش شامل برهمکنش مستقیم بین فوتونهای تابش لیزر با مولکولها ، اتمها و یونها در فاز گاز می‌باشد و خود شامل دو روش می‌باشد:

• یونیزاسیون: یونیزاسیون چندفوتونی که ممکن است رزونانسی یا غیر رزونانسی باشد و برای تجزیه عنصری در حساسیت‌های بالا بکار می‌رود.
  
  
• تفکیک نوری: این روشها شامل جهش‌های الکترونی هستند و برای اتمها یا مولکولهای خاصی گزینش پذیری دارند.

روشهای دفع سطحی

این روش شامل برهمکنش پرتو لیزر با نمونه در فاز جامد می‌باشد که بدین وسیله یونهای مولکولی و تکه‌های ساختاری مهم از مولکولهای پیچیده ، فرار و بسیار بزرگ تولید می‌شوند. بطور کلی حالتهای مختلفی برای ایجاد یون از جسم جامد بکار برده می‌شوند که از همه مهمتر روش دفع سطحی با لیزر و تبخیر با لیزر می‌باشد.

طیف‌سنجی جرمی رزونانس - یونیزاسیون

برای متخصصان طیف‌سنجی روشهای چند فوتونی امکان مطالعه جهش‌های الکترونی در مولکولهای خنثی را فراهم می‌سازد. یونیزاسیون چند فوتونی حساسیت طیف‌های جذبی جهش‌های غیر مجاز را افزایش می‌دهد. روشهای رزونانسی بازده زیادی از نظر یونیزاسیون داشته و از گزینش پذیری بالایی برخوردارند، درحالیکه یونیزاسیون غیررزونانسی حساسیت و گزینش پذیری کمتری داشته و تکه‌های کمتری ایجاد می‌کند.

با استفاده از روش یونیزاسیون رزونانسی طیف‌سنجی جرمی می‌توان فراوانی ایزوتوپی عناصر را حتی در غلظتهای بسیار کم و یا در حضور مزاحمتهای ایزوباری حذف نمود. تکنیکهای رزونانس - یونیزاسیون بر مبنای برانگیختن نوری الکترونها در اتمهای آزاد (حالت گازی) پایه‌ریزی شده است. در این روش تعداد الکترونهای آزادی که در مرحله برانگیختگی یونی ایجاد می‌شود، می‌تواند افزایش یافته ، توسط یک شمارشگر نسبی گازی تشخیص داده شود.

زمان تجزیه

مهمترین مزیت طیف‌سنجی جرمی با لیزر ، توانایی این روش در تجزیه بسیار سریع و فوق‌العاده مواد آلی و معدنی موجود در مقدار اندکی از نمونه است. در فاصله چند دقیقه بعد از برقراری خلأ ، بعد از انتخاب سطح تجزیه‌ای ، نمونه تجزیه شده ، طیف حاصله به کامپیوتر منتقل می‌گردد.

مزایای روش

مزایای عمده یونیزاسیون و طیف‌سنجی جرمی با لیزر ، قابل تغییر بودن قدرت لیزر برای ایجاد محدوده‌ای از شرایط یونیزاسیون می‌باشد. یکی از خصوصیات جالب این روش ، توانایی آن در ایجاد پیکهای اصلی از بسیاری از ترکیبات غیر فرار با وزن مولکولی بالاست که امکان دیدن آنها با طیف‌سنجهای جرمی معمولی وجود ندارد.

مزاحمتها

دو نوع مزاحمت در این روش وجود دارد.

• مزاحمتهای طیفی ناشی از تفکیک جرمی محدودی است که اغلب برای تشخیص تکه‌های عنصری و مولکولی ممکن کافی نیست.
  
  
• مزاحمتهای شیمیایی همواره به خاطر اثرات زمینه مقادیر بسیار کم ناخالصیها بوجود می‌آیند.

نوعی دگیر از انواع طیف سنج جرمی

حد تشخیص

روشهای طیف سنجی جرمی لیزری در زمره حساس‌ترین روشها برای تجزیه مقادیر کم به حساب می‌آید. حد تشخیص در حدود ^20-10 تا ^8-10 می‌باشد، ولی از لحاظ تکرار پذیری این روش دقت خوبی ندارد و این ، به علت تغییرات (در چگالی پرتو) تابیده شده به نمونه می‌باشد.

کاربردها

• تجزیه کیفی و نیمه کیفی برای تشخیص و حدس درباره زمینه و عناصر با مقادیر بسیار کم نمونه
  
  
• به عنوان وسیله‌ای برای دنبال کردن تغییرات ناشی از عوامل خارجی در ساختار نمونه
  
  
• به عنوان وسیله‌ای برای تشخیص ( اثر انگشت خاص ) ، یک نمونه
  
  
• برای حصول اطلاعات مربوط به اجزای مولکولی موجود
  
  
• به عنوان وسیله‌ای برای ترسیم ساختار شیمیایی نمونه‌های ناهمگن
  
  

این روش در تجزیه فلزات به منظور تعیین کربن و اکسیژن و نیتروژن آنها بکار می‌رود. در اندازه گیری ایزوتوپی ، عناصری مانند اورانیوم و پلوتونیوم استفاده می‌شود. برای تعیین ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا در ریز بلورها استفاده می‌شود. دسته زیادی از ترکیبات معدنی شامل غیرفلزات ، فلزات ، اکسیدهای فلزی و نمکها و کمپلکسها و همچنین پلیمرها توسط روش دفع سطحی با لیزر ، طیف‌سنجی جرمی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.

مباحث مرتبط باعنوان

• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• انواع لیزر
• ایمنی لیزری
• تمام نگاری
• خواص نور لیزر
• سلاحهای لیزری
• طیف سنجی جرمی با لیزر
• فاصله یاب لیزری
• فیزیک لیزر
• پیدایش لیزر
• لیزر الکترون آزاد
• لیزر دی اکسید کربن
• لیزر گاز دی اکسید کربن
• لیزر نیم رسانا
• لیزر هلیوم - نئون
• لیزر یاقوت
• لیزرهای حالت جامد
• لیزرهای دیودی
• لیزرهای گازی
• میزر
• همدوسی
• ماهیت نور همدوس لیزر
• کاربرد پزشکی لیزر
• کاربرد لیزر در اندازه گیری و بازرسی
• کاربرد لیزر در هولوگرافی
• کاربرد لیزر در مصارف نظامی