Sbectrometreg màs

Techneg ddadansoddol a ddefnyddir i fesur cymhareb màs-i-wefr ïonau yw sbectrometreg màs. Cyflwynir y canlyniadau fel sbectrwm màs, plot dwyster fel ffwythiant o'r gymhareb màs-i-wefr. Defnyddir sbectrometreg màs mewn llawer o wahanol feysydd ac fe'i cymhwysir i samplau pur yn ogystal â chymysgeddau cymhleth.

Hanes y sbectromedr màs

Ym 1886, arsylwodd Eugen Goldstein belydrau mewn gollyngiadau nwy o dan bwysau isel a oedd yn teithio i ffwrdd o'r anod a thrwy sianeli mewn catod tyllog, gyferbyn â chyfeiriad pelydrau catod â gwefr negyddol (sy'n teithio o gatod i anod). Galwodd Goldstein y pelydrau anod hyn â gwefr bositif yn Kanalstrahlen; cyfieithiad safonol y term hwn i'r Saesneg yw "canal rays". Canfu Wilhelm Wien fod meysydd trydan neu fagnetig cryf yn gwyro pelydrau’r gamlas ac, ym 1899, adeiladodd ddyfais â meysydd trydan a magnetig perpendicwlar a oedd yn gwahanu’r pelydrau positif yn ôl eu cymhareb gwefr-i-màs (m/z). Canfu Wien fod y gymhareb tâl-i-màs yn dibynnu ar natur y nwy yn y tiwb rhyddhau. Gwellodd y gwyddonydd o Sais J. J. Thomson yn ddiweddarach ar waith Wien trwy leihau'r pwysau i greu'r sbectrograff màs.

Rhannau o'r sbectromedr màs

Ffynhonnell ïoneiddiad

Y ffynhonnell ïon yw'r rhan o'r sbectromedr màs sy'n ïoneiddio'r deunydd sy'n cael ei ddadansoddi (y dadansoddwr). Yna mae'r ïonau'n cael eu cludo gan feysydd magnetig neu drydan i'r dadansoddwr màs.

Dadansoddwr màs

Mae dadansoddwyr màs yn gwahanu'r ïonau yn ôl eu cymhareb màs-i-wefr. Mae'r ddwy ddeddf ganlynol yn rheoli dynameg gronynnau wedi'u gwefru mewn meysydd trydan a magnetig mewn gwactod:

$𝐅=Q(𝐄+𝐯\times 𝐁)$ (Lorentz force law);

$𝐅=m𝐚$ (Ail ddeddf mudiant Newton yn yr achos nad yw'n berthnaseddol, h.y. yn ddilys yn unig ar gyflymder ïon sy'n llawer is na chyflymder golau).

Yma F yw'r grym a roddir ar yr ïon, m yw màs yr ïon, a yw'r cyflymiad, Q yw'r gwefr ïon, E yw'r maes trydan, a v × B yw croesgynnyrch fector y cyflymder ïon a'r maes magnetig. Gan hafalu'r mynegiadau uchod ar gyfer y grym a roddir ar y cynnyrch ïon:

$(m/Q)𝐚=𝐄+𝐯\times 𝐁.$

Synhwyrydd

Elfen olaf y sbectromedr màs yw'r synhwyrydd. Mae'r synhwyrydd yn cofnodi naill ai'r wefr a achosir neu'r cerrynt a gynhyrchir pan fydd ïon yn mynd heibio neu'n taro arwyneb. Mewn offeryn sganio, bydd y signal a gynhyrchir yn y synhwyrydd yn ystod y sgan yn erbyn lle mae'r offeryn yn y sgan (ar ba m/z) yn cynhyrchu sbectrwm màs, cofnod o ïonau fel ffwythiant m/z.

Data a dadansoddi

Mae sbectrometreg màs yn cynhyrchu gwahanol fathau o ddata. Y cynrychioliad data mwyaf cyffredin yw'r sbectrwm màs.

Mae rhai mathau o ddata sbectrometreg màs yn cael eu cynrychioli orau fel cromatogram màs. Mae mathau o gromatogramau yn cynnwys monitro ïon dethol (SIM), cyfanswm cerrynt ïon (TIC), a monitro adwaith dethol (SRM), ymhlith llawer o rai eraill.

Cynrychiolir mathau eraill o ddata sbectrometreg màs yn dda fel map cyfuchlin tri dimensiwn. Yn y ffurf hon, mae màs-i-wefr, m/z ar yr echelin-x, dwyster yr echelin-y, a pharamedr arbrofol ychwanegol, megis amser, yn cael ei gofnodi ar yr echelin z.

Defnydd

Mae gan sbectrometreg màs ddefnyddiau ansoddol a meintiol. Mae'r rhain yn cynnwys adnabod cyfansoddion anhysbys, pennu cyfansoddiad isotopig elfennau mewn moleciwl, a phennu strwythur cyfansoddyn trwy arsylwi ei ddarniad. Mae defnyddiau eraill yn cynnwys meintioli swm cyfansoddyn mewn sampl neu astudio hanfodion cemeg ïon cyfnod nwy (cemeg ïonau a niwtralau mewn gwactod). Mae MS bellach yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin mewn labordai dadansoddol sy'n astudio priodweddau ffisegol, cemegol neu fiolegol amrywiaeth eang o gyfansoddion. Gall meintioli fod yn gymharol (wedi'i ddadansoddi mewn perthynas â sampl cyfeirio) neu'n absoliwt (wedi'i ddadansoddi gan ddefnyddio dull cromlin safonol).

Gwobr Nobel

• Joseph John Thomson, Gwobr Nobel mewn Ffiseg 1906
• Francis William Aston, Gwobr Nobel mewn Cemeg 1922
• Wolfgang Paul a Hans Georg Dehmelt, Gwobr Nobel mewn Ffiseg 1989
• John B. Fenn a Koichi Tanaka, Gwobr Nobel mewn Cemeg 2002