Selected-ion flow-tube mass spectrometry
سلیکٹڈ آئن فلو ٹیوب ماس سپیکٹرومیٹری (ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس) ٹریس گیس کے تجزیے کے لیے ایک مقداری ماس سپیکٹرومیٹری تکنیک ہے جس میں فلو ٹیوب کے ساتھ ایک اچھی طرح سے متعین مدت کے دوران منتخب مثبت پیش رو آئنوں کے ذریعے ٹریس اتار چڑھاؤ والے مرکبات کی کیمیائی آئنائزیشن شامل ہوتی ہے۔ ہوا، سانس یا بوتل بند مائع نمونوں کے ہیڈ اسپیس میں موجود ٹریس مرکبات کی مطلق ارتکاز کا حساب حقیقی وقت میں پیشگی اور پروڈکٹ آئن سگنل کے تناسب سے کیا جا سکتا ہے، بغیر نمونے کی تیاری یا معیاری مرکب کے ساتھ انشانکن کی ضرورت کے۔ تجارتی طور پر دستیاب ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس آلات کی پتہ لگانے کی حد سنگل ڈیجیٹ پی پی ٹی وی رینج تک پھیلی ہوئی ہے۔ یہ آلہ منتخب آئن فلو ٹیوب، ایس آئی ایف ٹی، تکنیک کی توسیع ہے، جسے پہلی بار 1976 میں ایڈمز اور اسمتھ نے بیان کیا تھا۔ یہ درجہ حرارت کی ایک وسیع رینج پر حقیقی تھرمل حالات میں ایٹموں اور مالیکیولز کے ساتھ مثبت یا منفی آئنوں کا رد عمل ظاہر کرنے کا ایک تیز بہاؤ ٹیوب/آئن سوارم طریقہ ہے۔ آئن مالیکیول ری ایکشن کینیٹکس کا مطالعہ کرنے کے لیے اس کا بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ 20 سال کی مدت میں آئناسفیئرک اور انٹرسٹیلر آئن کیمسٹری پر اس کا اطلاق ان موضوعات کی ترقی اور تفہیم کے لیے اہم رہا ہے۔ ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس کو ابتدائی طور پر انسانی سانس کے تجزیے میں استعمال کے لیے تیار کیا گیا تھا، اور اس نے جسمانی نگرانی اور بیماری کی تشخیص کے لیے ایک غیر حملہ آور آلے کے طور پر زبردست وعدہ دکھایا ہے۔ اس کے بعد سے اس نے مختلف شعبوں، خاص طور پر حیاتی علوم، جیسے زراعت اور مویشی پروری، ماحولیاتی تحقیق اور خوراک کی ٹیکنالوجی میں استعمال کی صلاحیت ظاہر کی ہے۔ ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس کو ایک ایسی ٹیکنالوجی کے طور پر مقبول کیا گیا ہے جسے کرائسٹ چرچ، نیوزی لینڈ میں مقیم سیفٹ ٹیکنالوجیز کے ذریعے فروخت اور مارکیٹنگ کی جاتی ہے۔ ایس آئی ایف ٹی تکنیک، جو ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس کی بنیاد ہے، کا تصور اور ترقی تقریبا 40 سال قبل برمنگھم یونیورسٹی یو کے میں این جی نے کی تھی۔ ایڈمز اور ڈیوڈ۔ سمتھ۔ پروفیسر ڈیوڈ سمتھ 15 فروری 2023 کو انتقال کر گئے۔ آلات منتخب آئن فلو ٹیوب ماس سپیکٹرومیٹر میں، ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس، آئن مائکروویو پلازما آئن ماخذ میں پیدا ہوتے ہیں، عام طور پر لیبارٹری کی ہوا اور پانی کے بخارات کے مرکب سے۔ تشکیل شدہ پلازما سے، ایک واحد آئنک پرجاتیوں کو "پیشگی آئنوں" کے طور پر کام کرنے کے لیے کواڈروپول ماس فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے منتخب کیا جاتا ہے (جسے اکثر ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس اور کیمیائی آئنائزیشن پر مشتمل دیگر عمل میں پرائمری یا ریجینٹ آئن بھی کہا جاتا ہے)۔ ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس تجزیوں میں، H3O +، NO + اور O2 + کو پیشگی آئنوں کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور ان کا انتخاب اس لیے کیا گیا ہے کیونکہ وہ ہوا کے بڑے اجزاء (نائٹروجن، آکسیجن وغیرہ) کے ساتھ نمایاں طور پر رد عمل ظاہر نہیں کرتے ہیں۔ )، لیکن بہت کم سطح (ٹریس) گیسوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتا ہے۔ منتخب پیش رو آئنوں کو وینٹوری اوریفیس (~ 1 ملی میٹر قطر) کے ذریعے بہتی ہوئی کیریئر گیس (عام طور پر 1 ٹور کے دباؤ پر ہیلیم) میں انجکشن کیا جاتا ہے جہاں وہ کنویکشن کے ذریعے ری ایکشن فلو ٹیوب کے ساتھ سفر کرتے ہیں۔ بیک وقت، نمونے کے بخارات کے غیر جانبدار تجزیاتی مالیکیول ایک گرم نمونے لینے والی ٹیوب کے ذریعے فلو ٹیوب میں داخل ہوتے ہیں، جہاں وہ پیش رو آئنوں سے ملتے ہیں اور ان کی کیمیائی خصوصیات، جیسے کہ ان کے پروٹون وابستگی یا آئنائزیشن توانائی کے لحاظ سے کیمیائی آئنائزیشن سے گزر سکتے ہیں۔ نئے بنے ہوئے "پروڈکٹ آئن" ماس سپیکٹرومیٹر چیمبر میں بہتے ہیں، جس میں دوسرا کواڈروپول ماس فلٹر ہوتا ہے، اور ایک الیکٹران ملٹی پلائر ڈٹیکٹر ہوتا ہے، جو آئنوں کو ان کے ماس-ٹو-چارج تناسب (m/z) سے الگ کرنے اور مطلوبہ m/z رینج میں آئنوں کی گنتی کی شرحوں کی پیمائش کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ تجزیہ انفرادی مرکبات کی ارتکاز کو بڑی حد تک پیشگی اور پروڈکٹ آئنوں کی گنتی کی شرحوں کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جا سکتا ہے، اور رد عمل کی شرح کے گتانک، k۔ H3O + کے ساتھ ایکسوتھرمک پروٹون کی منتقلی کے رد عمل کو تصادم کی شرح پر آگے بڑھنے کے لیے فرض کیا جاتا ہے (تصادم کا نظریہ دیکھیں)، جس گتانک کے لیے، kc، کا حساب سو اور چیسنویچ کے بیان کردہ طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے لگایا جا سکتا ہے، جو قطبیت فراہم کرتا ہے اور دو قطبی مومنٹ ری ایکٹینٹ مالیکیول کے لیے جانا جاتا ہے۔ NO + اور O2 + تعاملات kc پر کم کثرت سے آگے بڑھتے ہیں، اور اس طرح ان پیش رو آئنوں کے ساتھ رد عمل والے مالیکیول کی رد عمل کی شرحوں کو اکثر NO + اور O2 + پیش رو آئنوں میں سے ہر ایک کی گنتی کی شرحوں میں کمی کا موازنہ H3O + سے کرکے تجرباتی طور پر اخذ کیا جانا چاہیے کیونکہ رد عمل والے مالیکیولز کے نمونے کے بہاؤ میں اضافہ ہوتا ہے۔ 200 سے زیادہ اتار چڑھاؤ والے مرکبات کے لیے پروڈکٹ آئنز اور شرح کے گتانک اس طرح سے اخذ کیے گئے ہیں، جو سائنسی ادب میں پائے جا سکتے ہیں۔ آلے کو یا تو ماس سپیکٹرم (فل اسکین، ایف ایس، موڈ) تیار کرنے کے لیے ماس کی ایک رینج میں اسکین کرنے کے لیے پروگرام کیا جا سکتا ہے، یا دلچسپی کی صرف ایم/زیڈ اقدار (ملٹیپل آئن مانیٹرینگ، ایم آئی ایم، موڈ) کے درمیان تیزی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ مذکورہ بالا پیشگی آئنوں (H3O +، NO +، اور O2 +) کی مختلف کیمیائی خصوصیات کی وجہ سے، بخارات کے نمونے کے لیے مختلف FS موڈ سپیکٹرا تیار کیا جا سکتا ہے، اور یہ نمونے کی ساخت سے متعلق مختلف معلومات دے سکتے ہیں۔ اس معلومات کا استعمال کرتے ہوئے، موجود ٹریس کمپاؤنڈ کی شناخت کرنا اکثر ممکن ہوتا ہے۔ دوسری طرف ایم آئی ایم موڈ، عام طور پر ہر آئن پر بہت زیادہ دیر تک رہنے کا وقت استعمال کرے گا، اور اس کے نتیجے میں، فی بلین (پی پی بی) سطح کے حصوں کی درست مقدار ممکن ہے۔ ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس ایک انتہائی نرم آئنائزیشن عمل کا استعمال کرتا ہے جو نتیجے میں آنے والے سپیکٹرے کو بہت آسان بناتا ہے اور اس طرح انسانی سانسوں جیسے گیسوں کے پیچیدہ مرکب کے تجزیے میں سہولت فراہم کرتا ہے۔ ایک اور بہت ہی نرم آئنائزیشن تکنیک ثانوی الیکٹروسپرے آئنائزیشن (ایس ای ایس آئی-ایم ایس) ہے۔ مثال کے طور پر، یہاں تک کہ پروٹون-ٹرانسفر-ری ایکشن ماس سپیکٹرومیٹری (پی ٹی آر-ایم ایس)، ایک اور سافٹ آئنائزیشن ٹیکنالوجی جو ایچ 3 او + ریجینٹ آئن کا استعمال کرتی ہے، کو ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس کے مقابلے میں کافی زیادہ پروڈکٹ آئن فریگمینٹیشن دینے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس کی ایک اور اہم خصوصیت اپ اسٹریم ماس کواڈروپول ہے، جو متعدد پریکسر آئنوں کے استعمال کی اجازت دیتا ہے۔ تین مختلف سپیکٹرم حاصل کرنے کے لیے تین پیشگی آئنوں، H3O +، NO + اور O2 + کا استعمال کرنے کی صلاحیت انتہائی قیمتی ہے کیونکہ یہ آپریٹر کو مرکبات کی بہت وسیع اقسام کا تجزیہ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ اس کی ایک مثال میتھین ہے، جس کا تجزیہ H3O + کو پیشگی آئن کے طور پر استعمال کرتے ہوئے نہیں کیا جا سکتا (کیونکہ اس کا پروٹون تعلق 543.5kJ/mol ہے، جو H2O سے کچھ کم ہے)، لیکن O2 + کا استعمال کرتے ہوئے تجزیہ کیا جا سکتا ہے۔ مزید برآں، تین پیشگی آئنوں کا متوازی استعمال آپریٹر کو دو یا زیادہ مرکبات کے درمیان فرق کرنے کی اجازت دے سکتا ہے جو مخصوص سپیکٹر میں ایک ہی بڑے پیمانے پر چارج تناسب کے آئن پیدا کرنے کے لیے رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ڈائی میتھائل سلفایڈ (C2H6S، 62 amu) ایک پروٹون کو قبول کرتا ہے جب یہ H3O + کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے C2H7S + پروڈکٹ آئنز پیدا کرتا ہے جو نتیجے میں آنے والے سپیکٹرم میں m/z 63 پر ظاہر ہوتے ہیں۔ یہ دیگر پروڈکٹ آئنوں کے ساتھ متصادم ہو سکتا ہے، جیسے کاربن ڈائی آکسائیڈ، H3O + CO2 کے ساتھ رد عمل سے ایسوسی ایشن پروڈکٹ، اور پروٹونیٹڈ ایسیٹالڈیہائیڈ آئن، C2H5O + (H2O) کا واحد ہائیڈریٹ، جو m/z 63 پر بھی ظاہر ہوتا ہے، اور اس لیے یہ بعض نمونوں میں ناقابل شناخت ہو سکتا ہے۔ تاہم ڈائی میتھائل سلفایٔڈ چارج کی منتقلی کے ذریعے NO + کے ساتھ تعامل کرتا ہے، اور آئن C2H6S + پیدا کرتا ہے، جو نتیجے میں سپیکٹرا میں m/z 62 پر ظاہر ہوتا ہے، جبکہ کاربن ڈائی آکسایٔڈ NO + کے ساتھ تعامل نہیں کرتا، اور ایسیٹالڈی ہایٔڈ ایک ہائیڈرائڈ آئن کا عطیہ کرتا ہے، جس سے m/z 43، C2H3O + پر ایک پروڈکٹ آئن ملتا ہے، اور اس طرح ڈائی میتھائل سلفایٔڈ کو آسانی سے الگ کیا جا سکتا ہے۔ حالیہ برسوں کے دوران، ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس ٹیکنالوجی میں پیشرفت نے ان آلات کی حساسیت میں اس طرح اضافہ کیا ہے کہ پتہ لگانے کی حدود اب ایک ہندسوں کی پی پی ٹی سطح تک پھیل گئی ہیں۔ حوالہ جات ادب "منتخب آئن فلو ٹیوب (ایس آئی ایف ٹی) ؛ آئن غیر جانبدار رد عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک تکنیک" ایڈمز این جی، اسمتھ ڈی۔ ؛ انٹرنیشنل جرنل آف ماس سپیکٹرومیٹری اینڈ آئن فزکس 21 (1976) پی پی۔ "طول و عرض کے حساب سے آئن قطبی مالیکیول کے تصادم کی شرح کا پیرامیٹریزیشن مستقل"۔ ایس یو ٹی۔، چیسنویچ ڈبلیو جے۔ ؛ جرنل آف کیمیکل فزکس 76 (1982) پی پی۔ 5183-5186۔ "آن لائن ٹریس گیس تجزیہ کے لیے منتخب آئن فلو ٹیوب ماس سپیکٹرومیٹری (ایس آئی ایف ٹی-ایم ایس)" اسمتھ ڈی۔، اسپینل پی۔ ماس سپیکٹرومیٹری ریویوز 24 (2005) پی پی۔ "مرطوب ہوا میں میتھین کی مقدار اور منتخب آئن فلو ٹیوب ماس سپیکٹرومیٹری کا استعمال کرتے ہوئے سانس چھوڑنا" ڈرائیاہینا کے۔، اسمتھ ڈی۔، اسپینل پی۔ ؛ ریپڈ کمیونیکیشنز ان ماس سپیکٹرومیٹری 24 (2010) پی پی۔ ماس سپیکٹرومیٹری