Selected-ion flow-tube mass spectrometry
સિલેક્ટેડ-આયન ફ્લો-ટ્યુબ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ.) એ ટ્રેસ ગેસ વિશ્લેષણ માટેની માત્રાત્મક માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી તકનીક છે જેમાં ફ્લો ટ્યુબ સાથે સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત સમયગાળા દરમિયાન પસંદ કરેલા હકારાત્મક પુરોગામી આયનો દ્વારા ટ્રેસ વોલેટાઇલ સંયોજનોના રાસાયણિક આયનીકરણનો સમાવેશ થાય છે. હવા, શ્વાસ અથવા બાટલીમાં ભરેલા પ્રવાહી નમૂનાઓના હેડસ્પેસમાં હાજર ટ્રેસ સંયોજનોની સંપૂર્ણ સાંદ્રતાની ગણતરી વાસ્તવિક સમયમાં પૂર્વવર્તી અને ઉત્પાદન આયન સંકેત ગુણોત્તરના ગુણોત્તરમાંથી કરી શકાય છે, જેમાં નમૂનાની તૈયારી અથવા પ્રમાણભૂત મિશ્રણ સાથે માપાંકનની જરૂર નથી. વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. સાધનોની શોધ મર્યાદા એક આંકડાની પી. પી. ટી. વી. શ્રેણી સુધી વિસ્તરે છે. આ સાધન પસંદ કરેલી આયન ફ્લો ટ્યુબ, એસ. આઈ. એફ. ટી., તકનીકનું વિસ્તરણ છે, જેનું પ્રથમ વર્ણન એડમ્સ અને સ્મિથ દ્વારા 1976માં કરવામાં આવ્યું હતું. તે તાપમાનની વિશાળ શ્રેણીમાં ખરેખર ઉષ્મીય પરિસ્થિતિઓમાં અણુઓ અને અણુઓ સાથે હકારાત્મક અથવા નકારાત્મક આયનોની પ્રતિક્રિયા કરવાની ઝડપી પ્રવાહ ટ્યુબ/આયન ઝુંડ પદ્ધતિ છે. આયન-મોલેક્યુલ પ્રતિક્રિયા ગતિશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કરવા માટે તેનો વ્યાપક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. 20 વર્ષના સમયગાળા દરમિયાન આયનોસ્ફેરિક અને ઇન્ટરસ્ટેલર આયન રસાયણશાસ્ત્રમાં તેનો ઉપયોગ આ વિષયોની પ્રગતિ અને સમજણ માટે નિર્ણાયક રહ્યો છે. એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. શરૂઆતમાં માનવ શ્વાસ વિશ્લેષણમાં ઉપયોગ માટે વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, અને શારીરિક દેખરેખ અને રોગ નિદાન માટે બિન-આક્રમક સાધન તરીકે મહાન વચન દર્શાવ્યું છે. ત્યારથી તેણે વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગ કરવાની સંભાવના દર્શાવી છે, ખાસ કરીને જીવન વિજ્ઞાનમાં, જેમ કે કૃષિ અને પશુપાલન, પર્યાવરણીય સંશોધન અને ખાદ્ય ટેકનોલોજી. એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. ને એક એવી ટેકનોલોજી તરીકે લોકપ્રિય બનાવવામાં આવી છે જેનું વેચાણ અને માર્કેટિંગ ક્રાઇસ્ટચર્ચ, ન્યુઝીલેન્ડ સ્થિત એસ. આઈ. એફ. ટી. ટેક્નોલોજીસ દ્વારા કરવામાં આવે છે. એસ. આઈ. એફ. ટી. તકનીક, જે એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. નો આધાર છે, તેની કલ્પના અને વિકાસ લગભગ 40 વર્ષ પહેલાં યુકેની બર્મિંગહામ યુનિવર્સિટીમાં એન. જી. દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો. એડમ્સ અને ડેવિડ. સ્મિથ. પ્રોફેસર ડેવિડ સ્મિથનું 15 ફેબ્રુઆરી, 2023 ના રોજ અવસાન થયું. ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન પસંદ કરેલા આયન ફ્લો ટ્યુબ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટરમાં, એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ., આયન માઇક્રોવેવ પ્લાઝ્મા આયન સ્ત્રોતમાં ઉત્પન્ન થાય છે, સામાન્ય રીતે પ્રયોગશાળાની હવા અને પાણીની વરાળના મિશ્રણમાંથી. રચાયેલા પ્લાઝ્મામાંથી, એક આયનીય પ્રજાતિને ક્વાડ્રુપોલ માસ ફિલ્ટરનો ઉપયોગ કરીને "અગ્રદૂત આયનો" તરીકે કામ કરવા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે (જેને વારંવાર એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. અને રાસાયણિક આયનીકરણને લગતી અન્ય પ્રક્રિયાઓમાં પ્રાથમિક અથવા રીએજન્ટ આયનો તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે). એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. વિશ્લેષણમાં, H3O +, NO + અને O2 + નો ઉપયોગ પૂર્વવર્તી આયનો તરીકે થાય છે, અને આ પસંદ કરવામાં આવ્યા છે કારણ કે તેઓ હવાના મુખ્ય ઘટકો (નાઇટ્રોજન, ઓક્સિજન, વગેરે) સાથે નોંધપાત્ર રીતે પ્રતિક્રિયા આપતા નથી. ), પરંતુ ઘણા નીચા સ્તરના (ટ્રેસ) વાયુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે. પસંદ કરેલા પૂર્વવર્તી આયનોને વેન્ટુરી છિદ્ર (~ 1 મીમી વ્યાસ) દ્વારા વહેતા વાહક વાયુ (સામાન્ય રીતે 1 ટોરના દબાણ પર હિલીયમ) માં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે જ્યાં તેઓ સંવહન દ્વારા પ્રતિક્રિયા પ્રવાહ નળી સાથે મુસાફરી કરે છે. સાથે સાથે, નમૂનાની વરાળના તટસ્થ વિશ્લેષણાત્મક અણુઓ ગરમ નમૂનાની નળી દ્વારા પ્રવાહ નળીમાં પ્રવેશ કરે છે, જ્યાં તેઓ પૂર્વવર્તી આયનોને મળે છે અને તેમના રાસાયણિક ગુણધર્મો, જેમ કે તેમના પ્રોટોન આકર્ષણ અથવા આયનીકરણ ઊર્જાના આધારે રાસાયણિક આયનીકરણમાંથી પસાર થઈ શકે છે. નવા રચાયેલા "ઉત્પાદન આયનો" માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર ચેમ્બરમાં વહે છે, જેમાં બીજું ક્વાડ્રુપોલ માસ ફિલ્ટર અને ઇલેક્ટ્રોન મલ્ટિપ્લાયર ડિટેક્ટર હોય છે, જેનો ઉપયોગ આયનોને તેમના માસ-ટુ-ચાર્જ રેશિયો (m/z) દ્વારા અલગ કરવા અને ઇચ્છિત m/z શ્રેણીમાં આયનોના ગણતરી દરને માપવા માટે થાય છે. વિશ્લેષણ વ્યક્તિગત સંયોજનોની સાંદ્રતા મોટે ભાગે પૂર્વવર્તી અને ઉત્પાદન આયનોના ગણતરી દરનો ઉપયોગ કરીને મેળવી શકાય છે, અને પ્રતિક્રિયા દર ગુણાંક, k. H3O + સાથે એક્ઝોથર્મિક પ્રોટોન ટ્રાન્સફર પ્રતિક્રિયાઓ અથડામણ દર પર આગળ વધે છે તેવું માનવામાં આવે છે (અથડામણ સિદ્ધાંત જુઓ), જેના માટે ગુણાંક, kc, સુ અને ચેસ્નાવિચ દ્વારા વર્ણવેલ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરી શકાય છે, જે ધ્રુવીયતા પૂરી પાડે છે અને દ્વિધ્રુવ ક્ષણ પ્રતિક્રિયાશીલ પરમાણુ માટે જાણીતા છે. NO + અને O2 + પ્રતિક્રિયાઓ kc પર ઓછી વારંવાર આગળ વધે છે, અને આમ આ પૂર્વવર્તી આયનો સાથેના પ્રતિક્રિયાત્મક અણુનો પ્રતિક્રિયા દર ઘણીવાર દરેક NO + અને O2 + પૂર્વવર્તી આયનોના ગણતરી દરમાં ઘટાડાની સરખામણી કરીને પ્રાયોગિક રીતે મેળવવો જોઈએ. 200 થી વધુ અસ્થિર સંયોજનો માટે ઉત્પાદન આયન અને દર ગુણાંક આ રીતે મેળવવામાં આવ્યા છે, જે વૈજ્ઞાનિક સાહિત્યમાં મળી શકે છે. સાધનને ક્યાં તો માસ સ્પેક્ટ્રમ (ફુલ સ્કેન, એફ. એસ., મોડ) ઉત્પન્ન કરવા માટે માસની શ્રેણીમાં સ્કેન કરવા માટે પ્રોગ્રામ કરી શકાય છે, અથવા રસના માત્ર એમ/ઝેડ મૂલ્યો (મલ્ટીપલ આયન મોનિટરિંગ, એમ. આઈ. એમ., મોડ) વચ્ચે ઝડપથી સ્વિચ કરી શકાય છે. ઉપરોક્ત પૂર્વવર્તી આયનો (H3O +, NO +, અને O2 +) ના વિવિધ રાસાયણિક ગુણધર્મોને કારણે, વરાળના નમૂના માટે વિવિધ FS મોડ સ્પેક્ટ્રા ઉત્પન્ન કરી શકાય છે, અને આ નમૂનાની રચનાને લગતી વિવિધ માહિતી આપી શકે છે. આ માહિતીનો ઉપયોગ કરીને, હાજર ટ્રેસ સંયોજન (ઓ) ને ઓળખવું ઘણીવાર શક્ય છે. બીજી બાજુ, એમ. આઈ. એમ. પદ્ધતિ, સામાન્ય રીતે દરેક આયન પર લાંબા સમય સુધી ટકી રહેવાનો સમય ફાળવે છે, અને પરિણામે, પ્રતિ અબજ (પી. પી. બી.) સ્તરના ભાગોનું સચોટ પ્રમાણ શક્ય છે. એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. અત્યંત નરમ આયનીકરણ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરે છે જે પરિણામી વર્ણપટને મોટા પ્રમાણમાં સરળ બનાવે છે અને તે રીતે માનવ શ્વાસ જેવા વાયુઓના જટિલ મિશ્રણોનું વિશ્લેષણ કરવાની સુવિધા આપે છે. બીજી ખૂબ જ નરમ આયનીકરણ તકનીક ગૌણ ઇલેક્ટ્રોસ્પ્રે આયનીકરણ (એસઇએસઆઇ-એમએસ) છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટોન-ટ્રાન્સફર-રિએક્શન માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (પી. ટી. આર.-એમ. એસ.), અન્ય સોફ્ટ આયનીકરણ તકનીક કે જે એચ3ઓ + રીએજન્ટ આયનનો ઉપયોગ કરે છે, તે એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ઉત્પાદન આયન વિભાજન આપે છે. એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. નું અન્ય મુખ્ય લક્ષણ અપસ્ટ્રીમ માસ ક્વાડ્રુપોલ છે, જે બહુવિધ પૂર્વવર્તી આયનોના ઉપયોગને મંજૂરી આપે છે. ત્રણ અલગ-અલગ સ્પેક્ટ્રા મેળવવા માટે ત્રણ પૂર્વવર્તી આયનો, H3O +, NO + અને O2 + નો ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા અત્યંત મૂલ્યવાન છે કારણ કે તે સંચાલકને સંયોજનોની ઘણી વિશાળ વિવિધતાનું વિશ્લેષણ કરવાની મંજૂરી આપે છે. આનું ઉદાહરણ મિથેન છે, જેનું પૂર્વવર્તી આયન તરીકે H3O + નો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરી શકાતું નથી (કારણ કે તે 543.5kJ/mol નું પ્રોટોન આકર્ષણ ધરાવે છે, જે H2O કરતા કંઈક અંશે ઓછું છે), પરંતુ O2 + નો ઉપયોગ કરીને તેનું વિશ્લેષણ કરી શકાય છે. વધુમાં, ત્રણ અગ્રદૂત આયનોનો સમાંતર ઉપયોગ સંચાલકને બે અથવા વધુ સંયોજનો વચ્ચે તફાવત કરવાની મંજૂરી આપી શકે છે જે ચોક્કસ વર્ણપટમાં સમાન દળ-થી-ચાર્જ ગુણોત્તરના આયન ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ડાઇમિથાઇલ સલ્ફાઇડ (C2H6S, 62 amu) પ્રોટોનને સ્વીકારે છે જ્યારે તે H3O + સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને C2H7S + ઉત્પાદન આયનો ઉત્પન્ન કરે છે જે પરિણામી વર્ણપટમાં m/z 63 પર દેખાય છે. આ અન્ય ઉત્પાદન આયનો સાથે વિરોધાભાસી હોઈ શકે છે, જેમ કે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, H3O + CO2 સાથેની પ્રતિક્રિયામાંથી જોડાણ ઉત્પાદન અને પ્રોટોનેટેડ એસિટાલ્ડેહાઇડ આયન, C2H5O + (H2O) નું સિંગલ હાઇડ્રેટ, જે m/z 63 પર પણ દેખાય છે, અને તેથી તે ચોક્કસ નમૂનાઓમાં ઓળખી ન શકાય તેવું હોઈ શકે છે. જો કે ડાયમિથાઇલ સલ્ફાઇડ ચાર્જ ટ્રાન્સફર દ્વારા NO + સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે આયન C2H6S + ઉત્પન્ન કરે છે, જે પરિણામી વર્ણપટમાં m/z 62 પર દેખાય છે, જ્યારે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ NO + સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી, અને એસિટાલ્ડેહાઇડ હાઇડ્રાઇડ આયનનું દાન કરે છે, જે m/z 43, C2H3O + પર એક જ ઉત્પાદન આયન આપે છે, અને તેથી ડાયમિથાઇલ સલ્ફાઇડને સરળતાથી અલગ કરી શકાય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ. ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિએ આ ઉપકરણોની સંવેદનશીલતામાં ઘણો વધારો કર્યો છે જેથી શોધની મર્યાદા હવે એક આંકડાના-પી. પી. ટી. સ્તર સુધી વિસ્તરે છે. સંદર્ભ સાહિત્ય "પસંદ કરેલ આયન ફ્લો ટ્યુબ (એસ. આઈ. એફ. ટી.); આયન-તટસ્થ પ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટેની એક તકનીક" એડમ્સ એન. જી., સ્મિથ ડી.; ઇન્ટરનેશનલ જર્નલ ઓફ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી એન્ડ આયન ફિઝિક્સ 21 (1976) પૃષ્ઠ. 349-359. "પ્રક્ષેપવક્ર ગણતરીઓ દ્વારા આયન-ધ્રુવીય પરમાણુ અથડામણ દર અચળાંકનું પરિમાણીકરણ" સુ ટી., ચેસનાવિચ ડબ્લ્યુ. જે. ; જર્નલ ઓફ કેમિકલ ફિઝિક્સ 76 (1982) pp. 5183-5186. "સિલેક્ટેડ આયન ફ્લો ટ્યુબ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એસ. આઈ. એફ. ટી.-એમ. એસ.) ફોર ઓન-લાઇન ટ્રેસ ગેસ એનાલિસિસ" સ્મિથ ડી., સ્પાનેલ પી.; માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સમીક્ષાઓ 24 (2005) પીપી. 661-700. "પસંદ કરેલ આયન ફ્લો ટ્યુબ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરીને ભેજવાળી હવામાં મિથેનનું પ્રમાણ અને શ્વાસ બહાર કાઢવામાં આવે છે" ડ્રાયાહિના કે., સ્મિથ ડી., સ્પાનેલ પી.; રેપિડ કોમ્યુનિકેશન્સ ઇન માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી 24 (2010) પીપી. 1296-1304. માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી