مقدمة عن تقنية مطيافية حركة الأيونات
واحد.تاريخ تطور مطيافية حركة الأيونات
قياس طيف حركة الأيونات (مطيافية حركة الأيونات، IMSيمكن تتبع تاريخ التطور التكنولوجي إلى20قرن60في أواخر الثمانينيات، نشأت نظريتها الأساسية من فكرة الفصل القائمة على اختلاف حركة الأيونات في الغاز.
1970سنة،كوهينوكاراسيكتم تطوير أول نوع من أنابيب الانجراف المتاحة تجارياً.نظام إدارة المعلوماتاستُخدمت في البداية بشكل أساسي للكشف عن الملوثات البيئية، لكنها اختفت عن الأنظار بسبب عدم كفاية حساسيتها والقيود التقنية.
1980في تلك الحقبة، ازداد الطلب على مكافحة الإرهاب والفحوصات الأمنية.نظام إدارة المعلوماتمع استجابة سريعة (بالمللي ثانية) وحساسية عالية (جزء في المليارلقد تم تحقيق إنجازات كبيرة في الكشف عن المتفجرات والمخدرات من خلال التكنولوجيا المتقدمة (مثل فئة ⁶³) وقابلية النقل، مع كون فئة ⁶³ مثالًا نموذجيًا على ذلك.فيمعدات مصغرة للمصادر المشعة.
1990في ثمانينيات القرن العشرين، ساهم إدخال تقنيات التأين بالرش الكهروستاتيكي والتأين بالليزر في تعزيز...نظام إدارة المعلوماتدخول مجال تحليل الجزيئات الحيوية الكبيرة، مما يبشر بعصر جديد من الاقتران مع قياس الطيف الكتلي.
2000منذ عام 2000، ازدهرت تقنية مطيافية الحركة عالية الدقة. فعلى سبيل المثال، تستخدم مطيافية الحركة التفاضلية مجالات كهربائية غير متماثلة لتعزيز الانتقائية، بينما تعمل مطيافية حركة الأيونات ذات الموجة المتحركة على تحسين الدقة من خلال مجالات كهربائية للموجات المتحركة، وتحقق مطيافية حركة الأيونات المحصورة قدرات فصل متعددة الأبعاد.
الآن،نظام إدارة المعلوماتلقد توسعت من أداة بحث أساسية إلى التشخيص السريري (مثل تشخيص التنفس)، والطب الدقيق، واستكشاف الفضاء، لتصبح منصة فصل لا غنى عنها للعلوم التحليلية الحديثة.
اثنين.البنية الأساسية لمطياف حركة الأيونات
مخطط تخطيطي لجهاز مطياف حركة الأيونات المحمول
يتضمن الهيكل النموذجي لمطياف حركة الأيونات نظام أخذ العينات والحقن، وأنبوب هجرة الأيونات، ونظام تدوير غاز الناقل وغاز الهجرة، ونظام التحكم في بوابة الأيونات، ونظام إمداد الطاقة عالي الجهد، ودائرة التحكم في تسخين درجة الحرارة، ونظام تضخيم الإشارة واكتسابها ومعالجة البيانات.
المكون الأساسي في مطياف حركة الأيونات هو أنبوب حركة الأيونات. ويتكون أنبوب حركة الأيونات التقليدي ذو المجال الكهربائي الخطي من منطقة تأين، وبوابة أيونية، ومنطقة هجرة.
63فيرسم تخطيطي لبنية أنبوب هجرة الأيونات في المجال الكهربائي الخطي
منطقة العزل:تُستخدم لتأيين جزيئات العينة لإنتاج أيونات ناتجة. مصادر التأيين الشائعة:63فيالتفريغ الإكليلي، والتفريغ المتوهج، وتأين البلازما منخفض الحرارة، والتأين الضوئي بالضغط الجوي، ومصدر الإلكترون النبضي، والتأين بالرش الكهربائي، والتأين بالرش الكهربائي الثانوي.
بوابة أيونيةيتكون من بوابة أيونية وصفيحة عازلة، ويتم التحكم في الحقن الدوري للأيونات بواسطة جهد نبضي.
منطقة الهجرةتتكون منطقة فصل الأيونات من عدة مناطق أقطاب كهربائية متباعدة تشكل مجالًا كهربائيًا منتظمًا، مما يدفع الأيونات إلى الانجراف. وتحت التأثير المشترك للمجال الكهربائي المنتظم والغاز المتعادل، تهاجر الأيونات وفقًا لمعدل هجرتها.كيفصل بينهما اختلافاتهم. حركة الأيوناتكمعبر عنها بسرعة الأيوناتالمدير التنفيذيمع المجال الكهربائيوالوظائف:
ثلاثة .أنواع التفاعلات الرئيسية لتوليد الأيونات الموجبة والسالبة في منطقة تأين طيف حركة الأيونات
3.1أنواع التفاعلات الرئيسية لتكوين الأيونات الموجبة
مطياف حركة الأيونات (نظام إدارة المعلوماتيعتمد توليد الأيونات الموجبة في منطقة التأين لأنبوب الهجرة بشكل أساسي على تفاعل نقل البروتون.(PTR)هذه طريقة تستخدم البروتونات (ح+تفاعل التأين الذي تنتقل فيه الأيونات من أيونات المتفاعلات إلى جزيئات العينة. جوهر تفاعل نقل البروتون هو ألفة البروتون (…).بروتون أفينيتي، بنسلفانياالتفاعلات الكيميائية المدفوعة بالاختلاف:
الأيونات التفاعلية (مثلح3ال+باعتباره مانحًا للبروتون، فإن ألفته للبروتون (بنسلفانيايجب أن يكون الوزن الجزيئي للعينة المستهدفة أقل من الوزن الجزيئي للعينة المستهدفة.م)لبنسلفانياعندما تصطدم الأيونات المتفاعلة بجزيئات العينة، إذابنسلفانيام>PAH3O+تنتقل البروتونات تلقائيًا، مما يؤدي إلى توليد أيونات موجبة من العينة (MH+)。
مثال على معادلة التفاعل:ح+(ح)2O)n + M → MH++ (H2على
3.2أنواع التفاعلات الرئيسية لتوليد الأيونات السالبة
قياس طيف حركة الأيونات (نظام إدارة المعلوماتتعتمد آلية توليد الأيونات السالبة في منطقة التأين بشكل أساسي على التقاط الإلكترون وتبادل الأيونات الذي يحدث داخل منطقة التأين لأنبوب الهجرة.-عملية التفاعل الجزيئي. جوهرها هو التفاعل بين جزيئات العينة والأيونات المتفاعلة (أو الإلكترونات الحرة) لتكوين أيونات سالبة مستقرة في النهاية.
① تفاعل الألفة الإلكترونية (ربط الإلكترون،نعم)：م+هـ-(ح)2O)n→M-+nH2ال(جزيئات العينة المستهدفةميتمتع بألفة إلكترونية أعلى(EA)
② أيونات-عملية التفاعل الجزيئي (تفاعل نقل الإلكترون):ال2-+ م → م-+ الـ2
③ تفاعل نزع البروتون (انتزاع البروتون)：م+و2-→[M−H]-+HO2
3.3خصائص تطبيق مطياف حركة الأيونات في وضعي الأيونات الموجبة والسالبة
ميزة | وضع الأيون السالب | وضع الأيونات الموجبة |
أيونات كواشف التفاعل الشائعة الاستخدام | e-(H2على،ال2-،Cl⁻ | ح+(ح)2على،نيو هامبشاير4+ |
آلية التفاعل الرئيسية | التقاط الإلكترون، نقل الإلكترون، نزع البروتون | نقل البروتون، تفاعل الإضافة |
مزايا الاختبار | متفجر (تي إن تي، آر دي إكسالأحماض العضوية، والمركبات المهلجنة | القلويات (الأدوية، الأمينات)، الكيتونات |
مصدر تداخل | محتوى الأكسجين المحيط، الرطوبة | الأمونيا، بخار المذيبات العضوية |
أربعة.سير عمل مطيافية حركة الأيونات التقليدية في المجال الكهربائي الخطي
①إدخال العينة وتأيينهابعد إدخال جزيئات الغاز عبر الغشاء، يحملها الغاز الحامل إلى منطقة التأين. وتحت تأثير مصدر الأيونات، تخضع جزيئات الغاز الحامل وجزيئات العينة لسلسلة من تفاعلات التأين.-تُنتج التفاعلات الجزيئية أيونات ناتجة متنوعة.
٢التحكم في بوابة الأيونات وزرع الأيوناتتحت تأثير المجال الكهربائي، تدخل تجمعات الأيونات المتأينة منطقة الهجرة من خلال فتح بوابات الأيونات بشكل دوري.
③هجرة الأيونات وفصلها:أثناء التصادمات المستمرة مع جزيئات الغاز المحايدة المنجرفة في التيار المعاكس، تنفصل الأيونات بسبب اختلاف معدلات هجرتها في المجال الكهربائي. تصل الأيونات إلى قرص استقبال الأيونات تباعاً، لتشكل في النهاية إشارة نبضية تيارية على الكاشف.
④الكشف عن الإشارات ومعالجة البيانات:تصل كل مكونات الأيونات تباعًا إلى قرص استقبال الأيونات، مُولِّدةً إشارات نبضية تيارية على الكاشف. يسجل برنامج جمع البيانات عالي السرعة التغيرات في تيار الأيونات مع مرور الوقت، مُولِّدًا طيف هجرة الأيونات. يُتيح قياس الزمن الذي تستغرقه الأيونات لعبور المجال الكهربائي لأنبوب الهجرة تحديد سرعة الهجرة المميزة لكل أيون. وبمقارنة هذه السرعة مع مواد قياسية أو قواعد بيانات تحتوي على معدلات هجرة معروفة، يتم تحديد تركيب العينة؛ وتُحسب التركيزات من خلال تكامل الإشارة.
خمسة.خصائص تقنية تطبيق مطيافية حركة الأيونات
لا يتطلب نظام تفريغ ويمكن تشغيله تحت الضغط الجوي، مما يسمح بتصغير حجم الجهاز بالكامل. كما أن صغر حجمه وخفة وزنه وانخفاض استهلاكه للطاقة تُمكّن من تصغير حجمه، مما يجعله جهازًا محمولًا وقابلًا للاستخدام في الميدان.
حساسيته عالية للغاية حتى بدون أي إثراء.نظام إدارة المعلوماتمن السهل الوصول إلى النانوجرام(ل)هذه الخصائص، بما في ذلك نطاقها، تجعلها مناسبة تمامًا للتحليل السريع عبر الإنترنت في الميدان.
تتميز سرعة التحليل بالسرعة الفائقة، حيث تهاجر الأيونات في أنبوب الهجرة على مستوى الميلي ثانية، مما يجعلها مناسبة للتحليل السريع في الموقع.
نظام الأجهزة بسيط وسهل التشغيل، ولا يتطلب مواد استهلاكية مثل الغاز الحامل، كما أن تكاليف صيانته منخفضة.
لا حاجة لمعالجة مسبقة للعينات؛ يمكن الكشف عن المكونات الغازية المنبعثة من العينات الصلبة والسائلة مباشرة.
يمكنه الكشف عن مجموعة واسعة من المكونات: عوامل الحرب الكيميائية(CWA)المتفجرات والمخدرات والمركبات السامة الصناعية(TIC)المركبات الهالوجينية، والكيتونات، والألدهيدات، والكحولات، والأمينات، ومركبات الفوسفور العضوية، إلخ.
ستة.حالات استخدام مطياف حركة الأيونات
BW-CSD9220كاشف محمول للعوامل الكيميائية
BW-CSD9220يدمج جهاز الكشف عن العوامل الكيميائية المحمول قياس طيف حركة الأيونات وطيف رامان مع تقنيات الاستشعار الكهروكيميائي المصفوفي، مما يُمكّنه من الكشف عن عوامل الحرب الكيميائية في جميع أشكالها الغازية والصلبة والسائلة.عوامل الحرب الكيميائية) والغازات الصناعية السامة والضارة (مراكز المعلومات والاتصالاتومن بينها، تم الكشف عن عوامل الحرب الكيميائية الغازية (السارين، والسومان، وVEX، وغاز الخردل، واللويسيت، والفوسجين، وسيانيد الهيدروجين، وما إلى ذلك) والعديد من الغازات الصناعية السامة (فلوريد الهيدروجين، والكلور، وكبريتيد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكبريت) وتحليلها بواسطة مطيافية حركة الأيونات.
BW-GCIMS410كروماتوغرافيا الغاز-قياس طيف حركة الأيونات (IMP)GC-IMSكروماتوغرافيا الغاز (GC)جي سي) التكنولوجيا وقياس طيف حركة الأيونات (نظام إدارة المعلوماتوبدمج هذه التقنيات، فإنها لا تمتلك فقط قدرات كروماتوغرافيا الغاز (GC).جي سييتمتع بقدرة فصل جيدة ويحتوي أيضًا على مطيافية حركة الأيونات (IMS).نظام إدارة المعلوماتحساسية فائقة، مما يتيح الكشف عن آثار المركبات العضوية المتطايرة في عينات المصفوفة المعقدة دون معالجة مسبقة للعينات.المركبات العضوية المتطايرة)تحليل.
BW-JNCM310نظام إنذار مبكر ورصد نووي وكيميائي غير مأهول
BW-JNCM310نظام الإنذار المبكر والرصد النووي والكيميائي غير المأهول هو جهاز رصد متعدد السيناريوهات، يعمل في الوقت الفعلي، ويعمل دون الحاجة إلى مشغلين. يدمج هذا النظام تقنيات قياس طيف حركة الأيونات، ورصد الإشعاع النووي، وشبكات التنظيم الذاتي، وتقنية اتصالات بيدو، مما يُمكّنه من رصد الغازات الكيميائية السامة، والمواد السامة الصناعية، وشبكات الكشف النووي في المناطق غير المأهولة عبر سيناريوهات متعددة. ويوفر معلومات آنية عن المخاطر النووية والكيميائية في المنطقة، ويحلل البيانات المقاسة من خلال نماذج حسابية، مما يوفر أساسًا علميًا لحماية الأفراد، والإخلاء، والاستجابة. ويمكن لوحدة قياس طيف حركة الأيونات رصد غاز السارين (…بريطانيا العظمى), فيكس (VX)، سومان (جي دي), حمض الهيدروسيانيك (HCNلويسيت ()لغاز الخردلجودة عالية)، كلوريد السيانوجين (سي كيه)، الفوسجين (سي جيمشتمل8عوامل الحرب الكيميائية، وثاني أكسيد الكبريت (SO2), كبريتيد الهيدروجين (كبريتيد الهيدروجين)، الكلور (Cl2ثاني أكسيد النيتروجين (NO2الغازات السامة الصناعية مثل ( ).
طائرات استطلاع وتفتيش نووية وكيميائية على ارتفاعات عالية
تجمع طائرات الاستطلاع والكشف النووية والكيميائية عالية الارتفاع بين تقنيات الطائرات المسيّرة وإنترنت الأشياء والكشف النووي والكيميائي لتوفير حلول متكاملة لرصد الغازات السامة والإشعاع النووي في مجالات مثل الدفاع الوطني والطاقة النووية وحماية البيئة. وقد أصبح قياس طيف حركة الأيونات، بفضل خفة وزنه وصغر حجمه وسرعة كشفه العالية، الخيار الأمثل للكشف عن العوامل الكيميائية والغازات السامة الصناعية على ارتفاعات عالية.