المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

البديع في نقد الشعر
23-7-2016
بايلود (بنجامين)
14-8-2016
The younger generation
2024-04-03
المقارنات اللغوية وتاريخ الألفاظ
16-3-2019
Organometallic Coupling Reactions
28-5-2017
خلاصة التفسير في الحروف المقطعة
2023-11-28

The Mass Spectrometer  
  
1528   09:32 صباحاً   date: 8-1-2020
Author : ..................
Book or Source : LibreTexts Project
Page and Part : .................

The Mass Spectrometer

In order to measure the characteristics of individual molecules, a mass spectrometer converts them to ions so that they can be moved about and manipulated by external electric and magnetic fields. The three essential functions of a mass spectrometer, and the associated components, are:

  1. A small sample is ionized, usually to cations by loss of an electron. The Ion Source
  2. The ions are sorted and separated according to their mass and charge. The Mass Analyzer
  3. The separated ions are then measured, and the results displayed on a chart. The Detector

Because ions are very reactive and short-lived, their formation and manipulation must be conducted in a vacuum. Atmospheric pressure is around 760 torr (mm of mercury). The pressure under which ions may be handled is roughly 10-5 to 10-8 torr (less than a billionth of an atmosphere). Each of the three tasks listed above may be accomplished in different ways. In one common procedure, ionization is effected by a high energy beam of electrons, and ion separation is achieved by accelerating and focusing the ions in a beam, which is then bent by an external magnetic field. The ions are then detected electronically and the resulting information is stored and analyzed in a computer. A mass spectrometer operating in this fashion is outlined in the following diagram. The heart of the spectrometer is the ion source. Here molecules of the sample (black dots) are bombarded by electrons (light blue lines) issuing from a heated filament. This is called an EI (electron-impact) source. Gases and volatile liquid samples are allowed to leak into the ion source from a reservoir (as shown). Non-volatile solids and liquids may be introduced directly. Cations formed by the electron bombardment (red dots) are pushed away by a charged repellor plate (anions are attracted to it), and accelerated toward other electrodes, having slits through which the ions pass as a beam. Some of these ions fragment into smaller cations and neutral fragments. A perpendicular magnetic field deflects the ion beam in an arc whose radius is inversely proportional to the mass of each ion. Lighter ions are deflected more than heavier ions. By varying the strength of the magnetic field, ions of different mass can be focused progressively on a detector fixed at the end of a curved tube (also under a high vacuum).

msspctr1.gif

When a high energy electron collides with a molecule it often ionizes it by knocking away one of the molecular electrons (either bonding or non-bonding). This leaves behind a molecular ion (colored red in the following diagram). Residual energy from the collision may cause the molecular ion to fragment into neutral pieces (colored green) and smaller fragment ions (colored pink and orange). The molecular ion is a radical cation, but the fragment ions may either be radical cations (pink) or carbocations (orange), depending on the nature of the neutral fragment. An animated display of this ionization process will appear if you click on the ion source of the mass spectrometer diagram.

ionizn1.gif

Below is typical output for an electron-ionization MS experiment (MS data below is derived from the Spectral Database for Organic Compounds, a free, web-based service provided by AIST in Japan.

image058.png

The sample is acetone. On the horizontal axis is the value for m/z (as we stated above, the charge z is almost always +1, so in practice this is the same as mass). On the vertical axis is the relative abundance of each ion detected. On this scale, the most abundant ion, called the base peak, is set to 100%, and all other peaks are recorded relative to this value. For acetone, the base peak corresponds to a fragment with m/z = 43 - . The molecular weight of acetone is 58, so we can identify the peak at m/z = 58 as that corresponding to the molecular ion peak, or parent peak. Notice that there is a small peak at m/z = 59: this is referred to as the M+1 peak. How can there be an ion that has a greater mass than the molecular ion? Simple: a small fraction - about 1.1% - of all carbon atoms in nature are actually the 13C rather than the 12C isotope. The 13C isotope is, of course, heavier than 12C by 1 mass unit. In addition, about 0.015% of all hydrogen atoms are actually deuterium, the 2H isotope. So the M+1 peak represents those few acetone molecules in the sample which contained either a 13C or 2H.




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .