Selected-ion flow-tube mass spectrometry
সিলেক্টেড-আয়ন ফ্লো-টিউব মাস স্পেকট্রোমেট্রি (এসআইএফটি-এমএস) ট্রেস গ্যাস বিশ্লেষণের জন্য একটি পরিমাণগত ভর স্পেকট্রোমেট্রি কৌশল যা একটি ফ্লো টিউব বরাবর একটি সুনির্দিষ্ট সময়কালে নির্বাচিত ধনাত্মক অগ্রদূত আয়ন দ্বারা ট্রেস উদ্বায়ী যৌগগুলির রাসায়নিক আয়নায়ন জড়িত। বায়ু, শ্বাসপ্রশ্বাস বা বোতলজাত তরল নমুনার হেডস্পেসে উপস্থিত ট্রেস যৌগগুলির পরম ঘনত্ব পূর্ববর্তী এবং পণ্য আয়ন সংকেত অনুপাতের অনুপাত থেকে বাস্তব সময়ে গণনা করা যেতে পারে, আদর্শ মিশ্রণের সাথে নমুনা প্রস্তুতি বা ক্রমাঙ্কনের প্রয়োজন ছাড়াই। বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ এস. আই. এফ. টি-এম. এস যন্ত্রগুলির সনাক্তকরণ সীমা একক অঙ্কের পি. পি. টি. ভি পরিসীমা পর্যন্ত প্রসারিত। যন্ত্রটি নির্বাচিত আয়ন প্রবাহ নল, এস. আই. এফ. টি, কৌশলের একটি সম্প্রসারণ, যা প্রথম অ্যাডামস এবং স্মিথ দ্বারা 1976 সালে বর্ণনা করা হয়েছিল। এটি একটি দ্রুত প্রবাহ নল/আয়ন ঝাঁক পদ্ধতি যা বিস্তৃত তাপমাত্রায় সত্যিকারের তাপীয় অবস্থার অধীনে পরমাণু এবং অণুর সাথে ধনাত্মক বা ঋণাত্মক আয়নগুলির সাথে প্রতিক্রিয়া করে। আয়ন-অণু বিক্রিয়া গতিবিদ্যা অধ্যয়নের জন্য এটি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। 20 বছর ধরে আয়নোস্ফেরিক এবং আন্তঃনাক্ষত্রিক আয়ন রসায়নে এর প্রয়োগ এই বিষয়গুলির অগ্রগতি এবং বোঝার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এসআইএফটি-এমএস প্রাথমিকভাবে মানুষের শ্বাস-প্রশ্বাস বিশ্লেষণে ব্যবহারের জন্য তৈরি করা হয়েছিল এবং শারীরবৃত্তীয় পর্যবেক্ষণ এবং রোগ নির্ণয়ের জন্য একটি অ-আক্রমণাত্মক সরঞ্জাম হিসাবে দুর্দান্ত প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে। এর পর থেকে এটি বিভিন্ন ক্ষেত্রে, বিশেষ করে জীবন বিজ্ঞান, যেমন কৃষি ও পশুপালন, পরিবেশ গবেষণা এবং খাদ্য প্রযুক্তিতে ব্যবহারের সম্ভাবনা দেখিয়েছে। এস. আই. এফ. টি-এম. এস এমন একটি প্রযুক্তি হিসাবে জনপ্রিয় হয়েছে যা নিউজিল্যান্ডের ক্রাইস্টচার্চে অবস্থিত সিফ্ট টেকনোলজিস দ্বারা বিক্রি ও বিপণন করা হয়। এস. আই. এফ. টি কৌশল, যা এস. আই. এফ. টি-এম. এস-এর ভিত্তি, প্রায় 40 বছর আগে যুক্তরাজ্যের বার্মিংহাম বিশ্ববিদ্যালয়ে এন. জি দ্বারা কল্পনা ও বিকাশ করা হয়েছিল। অ্যাডামস এবং ডেভিড। স্মিথ। অধ্যাপক ডেভিড স্মিথ 2023 সালের 15ই ফেব্রুয়ারি মারা যান। যন্ত্রপাতি নির্বাচিত আয়ন প্রবাহ নল ভর স্পেকট্রোমিটারে, এসআইএফটি-এমএস, আয়নগুলি একটি মাইক্রোওয়েভ প্লাজমা আয়ন উৎসে উৎপন্ন হয়, সাধারণত পরীক্ষাগারের বায়ু এবং জলীয় বাষ্পের মিশ্রণ থেকে। গঠিত প্লাজমা থেকে, একটি একক আয়নিক প্রজাতি "অগ্রদূত আয়ন" হিসাবে কাজ করার জন্য একটি চতুর্ভুজ ভর ফিল্টার ব্যবহার করে নির্বাচন করা হয় (প্রায়শই এসআইএফটি-এমএস এবং রাসায়নিক আয়নীকরণের সাথে জড়িত অন্যান্য প্রক্রিয়াগুলিতে প্রাথমিক বা বিকারক আয়ন হিসাবেও উল্লেখ করা হয়)। এসআইএফটি-এমএস বিশ্লেষণে, এইচ3ও +, এনও + এবং ও2 + পূর্ববর্তী আয়ন হিসাবে ব্যবহৃত হয় এবং এগুলি বেছে নেওয়া হয়েছে কারণ এগুলি বায়ুর প্রধান উপাদানগুলির (নাইট্রোজেন, অক্সিজেন ইত্যাদি) সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রতিক্রিয়া করে না বলে জানা যায়। ), কিন্তু অনেক নিম্ন স্তরের (ট্রেস) গ্যাসের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে। নির্বাচিত অগ্রদূত আয়নগুলি একটি ভেন্টুরি ছিদ্রের (~ 1 মিমি ব্যাস) মাধ্যমে একটি প্রবাহিত বাহক গ্যাসে (সাধারণত 1 টর চাপে হিলিয়াম) ইনজেকশন দেওয়া হয় যেখানে তারা পরিচলন দ্বারা প্রতিক্রিয়া প্রবাহ নল বরাবর ভ্রমণ করে। একই সঙ্গে, একটি নমুনা বাষ্পের নিরপেক্ষ বিশ্লেষক অণুগুলি একটি উত্তপ্ত নমুনা নলের মাধ্যমে প্রবাহ নলটিতে প্রবেশ করে, যেখানে তারা অগ্রদূত আয়নগুলির সাথে মিলিত হয় এবং তাদের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে রাসায়নিক আয়নকরণের মধ্য দিয়ে যেতে পারে, যেমন তাদের প্রোটন আকর্ষণ বা আয়নায়ন শক্তি। নতুন গঠিত "পণ্য আয়নগুলি" ভর স্পেকট্রোমিটার চেম্বারে প্রবাহিত হয়, যার মধ্যে একটি দ্বিতীয় চতুর্ভুজ ভর ফিল্টার এবং একটি ইলেক্ট্রন মাল্টিপ্লায়ার ডিটেক্টর থাকে, যা আয়নগুলিকে তাদের ভর-থেকে-চার্জ অনুপাত (এম/জেড) দ্বারা পৃথক করতে এবং কাঙ্ক্ষিত এম/জেড পরিসরে আয়নগুলির গণনা হার পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়। বিশ্লেষণ পৃথক যৌগগুলির ঘনত্ব মূলত অগ্রদূত এবং পণ্য আয়নগুলির গণনা হার এবং প্রতিক্রিয়া হারের সহগ ব্যবহার করে উদ্ভূত করা যেতে পারে, k। H3O + এর সাথে এক্সোথার্মিক প্রোটন স্থানান্তর প্রতিক্রিয়াগুলি সংঘর্ষের হারে এগিয়ে চলেছে বলে ধরে নেওয়া হয় (সংঘর্ষ তত্ত্ব দেখুন), যার জন্য, kc, সু এবং চেসনাভিচ দ্বারা বর্ণিত পদ্ধতি ব্যবহার করে গণনা করা যায়, যা মেরুকরণযোগ্যতা এবং দ্বিমেরু মুহুর্ত সরবরাহ করে যা প্রতিক্রিয়াশীল অণুর জন্য পরিচিত। NO + এবং O2 + বিক্রিয়া কম ঘন ঘন kc এ অগ্রসর হয়, এবং এইভাবে এই অগ্রদূত আয়নগুলির সাথে বিক্রিয়াকারী অণুর বিক্রিয়ার হার প্রায়শই পরীক্ষামূলকভাবে প্রতিটি NO + এবং O2 + অগ্রদূত আয়নগুলির গণনা হারের হ্রাসের সাথে H3O +-এর তুলনা করে পাওয়া উচিত কারণ বিক্রিয়াকারী অণুর নমুনা প্রবাহ বৃদ্ধি পায়। 200 টিরও বেশি উদ্বায়ী যৌগের জন্য পণ্য আয়ন এবং হারের সহগগুলি এইভাবে উদ্ভূত হয়েছে, যা বৈজ্ঞানিক সাহিত্যে পাওয়া যায়। যন্ত্রটি একটি ভর বর্ণালী (পূর্ণ স্ক্যান, এফএস, মোড) তৈরি করতে বিভিন্ন ভর জুড়ে স্ক্যান করার জন্য প্রোগ্রাম করা যেতে পারে, অথবা শুধুমাত্র আগ্রহের এম/জেড মানগুলির মধ্যে দ্রুত স্যুইচ করার জন্য (একাধিক আয়ন পর্যবেক্ষণ, এমআইএম, মোড)। পূর্বোক্ত অগ্রদূত আয়নগুলির (H3O +, NO +, এবং O2 +) বিভিন্ন রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, একটি বাষ্প নমুনার জন্য বিভিন্ন FS মোড বর্ণালী তৈরি করা যেতে পারে এবং এগুলি নমুনার গঠন সম্পর্কিত বিভিন্ন তথ্য দিতে পারে। এই তথ্য ব্যবহার করে, উপস্থিত ট্রেস যৌগ (গুলি) সনাক্ত করা প্রায়শই সম্ভব। অন্যদিকে, এম. আই. এম মোড সাধারণত প্রতিটি আয়নের উপর অনেক বেশি সময় ধরে কাজ করবে এবং ফলস্বরূপ, প্রতি বিলিয়ন (পিপিবি) স্তরে অংশগুলির সঠিক পরিমাণ নির্ধারণ করা সম্ভব। এস. আই. এফ. টি-এম. এস একটি অত্যন্ত নরম আয়নীকরণ প্রক্রিয়া ব্যবহার করে যা ফলস্বরূপ বর্ণালীকে ব্যাপকভাবে সহজতর করে এবং এর ফলে মানুষের শ্বাসের মতো গ্যাসের জটিল মিশ্রণগুলির বিশ্লেষণকে সহজতর করে। আরেকটি খুব নরম আয়নীকরণ কৌশল হল সেকেন্ডারি ইলেক্ট্রোস্প্রে আয়নীকরণ (এসইএসআই-এমএস)। উদাহরণস্বরূপ, প্রোটন-স্থানান্তর-প্রতিক্রিয়া ভর স্পেকট্রোমেট্রি (পিটিআর-এমএস), আরেকটি নরম আয়নীকরণ প্রযুক্তি যা এইচ3ও + বিকারক আয়ন ব্যবহার করে, এসআইএফটি-এমএস-এর তুলনায় যথেষ্ট বেশি পণ্য আয়ন বিভাজন দিতে দেখা গেছে। এসআইএফটি-এমএস-এর আরেকটি মূল বৈশিষ্ট্য হল উজানে ভর চতুর্ভুজ, যা একাধিক পূর্ববর্তী আয়ন ব্যবহারের অনুমতি দেয়। তিনটি ভিন্ন বর্ণালী পেতে তিনটি অগ্রদূত আয়ন, H3O +, NO + এবং O2 + ব্যবহার করার ক্ষমতা অত্যন্ত মূল্যবান কারণ এটি অপারেটরকে অনেক বিস্তৃত বিভিন্ন যৌগ বিশ্লেষণ করতে দেয়। এর একটি উদাহরণ হল মিথেন, যা পূর্ববর্তী আয়ন হিসাবে H3O + ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা যায় না (কারণ এটির প্রোটন অ্যাফিনিটি 543.5kJ/mol, যা H2O-এর তুলনায় কিছুটা কম), তবে O2 + ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা যেতে পারে। উপরন্তু, তিনটি অগ্রদূত আয়নগুলির সমান্তরাল ব্যবহার অপারেটরকে দুই বা ততোধিক যৌগের মধ্যে পার্থক্য করার অনুমতি দিতে পারে যা নির্দিষ্ট বর্ণালীতে একই ভর-থেকে-চার্জ অনুপাতের আয়ন তৈরি করতে প্রতিক্রিয়া জানায়। উদাহরণস্বরূপ, ডাইমিথাইল সালফাইড (C2H6S, 62 amu) একটি প্রোটন গ্রহণ করে যখন এটি H3O + এর সাথে বিক্রিয়া করে C2H7S + পণ্য আয়ন তৈরি করে যা ফলস্বরূপ বর্ণালীতে m/z 63 এ প্রদর্শিত হয়। এটি অন্যান্য পণ্য আয়নগুলির সাথে দ্বন্দ্ব সৃষ্টি করতে পারে, যেমন কার্বন ডাই অক্সাইড, এইচ3ও + সিও2-এর সাথে বিক্রিয়া থেকে সংযুক্ত পণ্য এবং প্রোটোনেটেড অ্যাসিটালডিহাইড আয়ন, সি2এইচ5ও + (এইচ2ও)-এর একক হাইড্রেট, যা এম/জেড 63-এ প্রদর্শিত হয়, এবং তাই এটি নির্দিষ্ট নমুনাগুলিতে শনাক্তযোগ্য নাও হতে পারে। তবে ডাইমিথাইল সালফাইড চার্জ স্থানান্তরের মাধ্যমে NO + এর সাথে বিক্রিয়া করে আয়ন C2H6S + তৈরি করে, যা ফলস্বরূপ বর্ণালীতে m/z 62 এ প্রদর্শিত হয়, যেখানে কার্বন ডাই অক্সাইড NO + এর সাথে বিক্রিয়া করে না এবং অ্যাসিটালডিহাইড একটি হাইড্রাইড আয়ন দান করে, যা m/z 43, C2H3O + এ একটি একক পণ্য আয়ন দেয় এবং তাই ডাইমিথাইল সালফাইডকে সহজেই আলাদা করা যায়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, এস. আই. এফ. টি-এম. এস প্রযুক্তির অগ্রগতি এই যন্ত্রগুলির সংবেদনশীলতা ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করেছে যাতে সনাক্তকরণের সীমা এখন একক-অঙ্ক-পি. পি. টি স্তর পর্যন্ত প্রসারিত হয়েছে। তথ্যসূত্র সাহিত্য "নির্বাচিত আয়ন প্রবাহ নল (এসআইএফটি); আয়ন-নিরপেক্ষ প্রতিক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য একটি কৌশল" অ্যাডামস এন. জি., স্মিথ ডি.; ইন্টারন্যাশনাল জার্নাল অফ মাস স্পেকট্রোমেট্রি অ্যান্ড আয়ন ফিজিক্স 21 (1976) পৃষ্ঠা। "গতিপথ গণনা দ্বারা আয়ন-মেরু অণু সংঘর্ষের হার ধ্রুবকের প্যারামিট্রাইজেশন" সু টি, চেসনাভিচ ডব্লিউ. জে। ; জার্নাল অফ কেমিক্যাল ফিজিক্স 76 (1982) পৃ. 5183-5186। "সিলেক্টেড আয়ন ফ্লো টিউব মাস স্পেকট্রোমেট্রি (এসআইএফটি-এমএস) ফর অন-লাইন ট্রেস গ্যাস অ্যানালাইসিস" স্মিথ ডি., স্প্যানেল পি.; মাস স্পেকট্রোমেট্রি রিভিউ 24 (2005) পিপি। "নির্বাচিত আয়ন ফ্লো টিউব মাস স্পেকট্রোমেট্রি ব্যবহার করে আর্দ্র বাতাসে মিথেনের পরিমাণ এবং নিঃশ্বাসের পরিমাণ নির্ধারণ" ড্রায়াহিনা কে., স্মিথ ডি., স্প্যানেল পি.; র্যাপিড কমিউনিকেশনস ইন মাস স্পেকট্রোমেট্রি 24 (2010) পৃষ্ঠা। মাস স্পেকট্রোমেট্রি