قياس طيف حركة الأيونات

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

شريحة مطيافية الكتلة الأيونية في المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ بالولايات المتحدة : توفر هذه الشريحة بحجم العملة المعدنية عشرات القنوات التي تنتقل عبرها الأيونات (عموديًا على مستوى الرؤية) ليتم فصلها وتحديدها

مطيافية حركة الأيونات ( IMS ) هي طريقة لإجراء البحوث التحليلية تفصل وتحدد الجزيئات المتأينة الموجودة في الحالة الغازية بناءً على حركة هذه الجزيئات في غاز حامل. ورغم استخدامها على نطاق واسع في الأغراض العسكرية والأمنية، مثل الكشف عن المخدرات والمتفجرات، فإن لهذه التقنية تطبيقات عديدة في التحليل المختبري، بما في ذلك دراسة الجزيئات الحيوية الصغيرة والكبيرة. [ 1 ] أجهزة مطيافية حركة الأيونات أجهزة مستقلة فائقة الحساسية، ولكنها غالبًا ما تُدمج مع مطياف الكتلة (MS) أو كروماتوغرافيا الغاز أو كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC) لتحقيق فصل متعدد الأبعاد. وهي متوفرة بأحجام مختلفة، تتراوح من بضعة ملليمترات إلى عدة أمتار حسب التطبيق المحدد، وقادرة على العمل في ظل ظروف متنوعة. يمكن أن تكون أجهزة مطيافية حركة الأيونات، مثل مطيافية حركة الأيونات ذات المجال العالي غير المتماثل المصغر، محمولة باليد لاستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك رصد المركبات العضوية المتطايرة (VOC)، وتحليل العينات البيولوجية، والتشخيص الطبي، ومراقبة جودة الأغذية. [ 2 ] غالبًا ما تكون الأنظمة التي تعمل عند ضغط أعلى (أي الظروف الجوية، 1 ضغط جوي أو 1013  هكتوباسكال) مصحوبة بدرجة حرارة مرتفعة (أعلى من 100  درجة مئوية)، في حين أن أنظمة الضغط المنخفض (1-20  هكتوباسكال) لا تتطلب التسخين.

تاريخ

طُوِّرت تقنية مطيافية الحركة الأيونية (IMS) لأول مرة على يد إيرل دبليو ماكدانيل من معهد جورجيا للتكنولوجيا في خمسينيات وستينيات القرن الماضي، حيث استخدم خلايا الانجراف ذات المجالات الكهربائية المنخفضة لدراسة حركة الأيونات وتفاعلاتها في الطور الغازي. [ 3 ] وفي العقود اللاحقة، دمج ماكدانيل هذه التقنية الحديثة مع مطياف الكتلة ذي القطاع المغناطيسي. وخلال هذه الفترة، استخدم باحثون آخرون تقنياته بطرق مبتكرة وجديدة. ومنذ ذلك الحين، أُدرجت خلايا IMS في تكوينات متنوعة من مطيافات الكتلة، وأجهزة كروماتوغرافيا الغاز، وأجهزة كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء. تُعد IMS طريقةً تُستخدم في سياقات متعددة، ويتسع نطاق تطبيقاتها باستمرار، بالإضافة إلى قدراتها.

التطبيقات

لعلّ أبرز ما يُميّز مطيافية حركة الأيونات هو سرعة فصلها، والتي تتم عادةً في غضون عشرات الميلي ثانية. هذه الميزة، إلى جانب سهولة استخدامها وحساسيتها العالية نسبيًا وتصميمها الصغير جدًا، جعلت من مطيافية حركة الأيونات أداةً روتينيةً للكشف الميداني عن المتفجرات والمخدرات والأسلحة الكيميائية . من أبرز الشركات المصنّعة لأجهزة الفحص بتقنية مطيافية حركة الأيونات المستخدمة في المطارات شركتا مورفو وسميثس ديتكشن . استحوذت سميثس على مورفو ديتكشن عام ٢٠١٧ ، واضطرت لاحقًا إلى التخلي قانونيًا عن ملكية قسم منتجات التتبع (منتجات سميثس للتتبع) [ ٤ ] ، والذي بيع بدوره إلى رابيسكان سيستمز في منتصف عام ٢٠١٧. تُدرج هذه المنتجات ضمن قسم ETD Itemisers. أحدث طراز هو جهاز 4DX غير مُشع.

في صناعة الأدوية، تُستخدم تقنية مطيافية الحركة الأيونية (IMS) في التحقق من صحة عمليات التنظيف ، لإثبات أن أوعية التفاعل نظيفة بما يكفي لبدء إنتاج الدفعة التالية من المنتج الدوائي. وتتميز تقنية IMS بسرعتها ودقتها العالية مقارنةً بطرق كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC) وقياس الكربون العضوي الكلي المستخدمة سابقًا. كما تُستخدم تقنية IMS في تحليل تركيب الأدوية المنتجة، مما يجعلها عنصرًا أساسيًا في ضمان الجودة ومراقبتها. [ 5 ]

تُعدّ تقنية حركة الأيونات أداة بحثية تُستخدم على نطاق واسع لتحليل المواد البيولوجية، وتحديدًا في علم البروتينات ، وعلم الأيض، وعلم السكريات . فعلى سبيل المثال، في علم البروتينات، ساهمت تقنية IMS-MS باستخدام التأين بالليزر بمساعدة المصفوفة (MALDI) في توفير فصل أسرع وعالي الدقة لأجزاء البروتين في التحليل. [ 6 ] ومن أهم المعلومات التي توفرها تقنية حركة الأيونات مقاطع التصادم (CCS). وهي عبارة عن إسقاطات ثنائية الأبعاد للجزيء، مُعدّلة دورانيًا، تُعطي فكرة عن شكله العام. في علم البروتينات، يُمكن استخدام هذه المقاطع لفهم استقرار البروتينات ومعقدات البروتينات المتعددة من خلال تجارب التفكك الناتج عن التصادم (CID). أما في علم الأيض وعلم السكريات، فيُمكن استخدام مقاطع التصادم، عند ربطها بقياس الطيف الكتلي (MS)، لفصل متماكبات المركب نفسه. [ ٧ ] بهذه الطريقة، ستؤدي إضافة قيم CCS للسكريات وأجزائها إلى قواعد البيانات إلى زيادة الثقة والدقة في تحديد البنية. [ ٨ ] بالإضافة إلى التحديد التجريبي، يمكن حساب قيم CCS حسابيًا إذا كانت البنية ثلاثية الأبعاد للجزيء معروفة. تسمح خوارزميات CCS الحالية بأوقات حساب بالمللي ثانية، مما يجعلها فعالة للغاية عند دمجها مع AlphaFold و/أو محاكاة الديناميكا الجزيئية . [ ٩ ]

خارج نطاق الاستخدامات المختبرية، يُستخدم نظام مطيافية الحركة الأيونية (IMS) على نطاق واسع كأداة للكشف عن المواد الخطرة. يوجد أكثر من 10,000 جهاز IMS قيد الاستخدام في المطارات حول العالم، ويمتلك الجيش الأمريكي أكثر من 50,000 جهاز IMS. [ 10 ] [ 11 ] في البيئات الصناعية، تشمل استخدامات IMS فحص نظافة المعدات والكشف عن محتويات الانبعاثات، مثل تحديد كمية حمض الهيدروكلوريك وحمض الهيدروفلوريك في غازات المداخن الناتجة عن العمليات الصناعية. [ 12 ] كما يُستخدم أيضًا في الأغراض الصناعية للكشف عن المواد الضارة في الهواء. [ 13 ]

في علم الأيض، يتم استخدام IMS للكشف عن سرطان الرئة ، ومرض الانسداد الرئوي المزمن ، والساركويد ، والرفض المحتمل بعد زراعة الرئة وعلاقتها بالبكتيريا داخل الرئة (انظر تحليل غاز التنفس ).

حركة الأيونات

تُعرَّف الكمية الفيزيائية لحركية الأيونات K بأنها عامل التناسب بين سرعة انجراف الأيون v d في الغاز والمجال الكهربائي ذي الشدة E : vد=كهـ.{\displaystyle v_{\text{d}}=KE.}

بعد إجراء التعديلات اللازمة لمراعاة كثافة الغاز القياسية (n₀ ) ، غالبًا ما تُعبّر حركية الأيونات عن حركية مُخفّضة. يُمكن وصف هذه القيمة أيضًا بدرجة الحرارة القياسية ( T₀ = 273 كلفن) والضغط القياسي ( p₀ = 1013 هكتوباسكال). يُمكن إيجاد هاتين القيمتين في الجدول أدناه. يُستخدم مصطلح تركيز الأيونات أيضًا عند الإشارة إلى حركية الأيونات. ولهذا السبب، تظل حركية الأيونات المُخفّضة مُرتبطة بدرجة الحرارة، على الرغم من أن هذا التعديل لا يأخذ في الاعتبار أي تأثيرات أخرى غير انخفاض كثافة الغاز.   ك0=كنن0=كتي0تيصص0.{\displaystyle K_{0}=K{\frac {n}{n_{0}}}=K{\frac {T_{0}}{T}}{\frac {p}{p_{0}}}.}

يمكن حساب معامل حركة الأيونات K ، في ظل مجموعة متنوعة من الافتراضات، باستخدام معادلة ماسون-شامب. ك=3162πμكتيسؤالنσ،{\displaystyle K={\frac {3}{16}}{\sqrt {\frac {2\pi }{\mu kT}}}{\frac {Q}{n\sigma }},} حيث Q هي شحنة الأيون ، وn هي كثافة عدد جزيئات غاز الانجراف ، وμ هي الكتلة المختزلة للأيون وجزيئات غاز الانجراف، وk هو ثابت بولتزمان ، و T هي درجة حرارة غاز الانجراف ، و σ هو مقطع التصادم بين الأيون وجزيئات غاز الانجراف. غالبًا ما يُستخدم N بدلًا من n لكثافة عدد جزيئات غاز الانجراف، وΩ بدلًا من σ لمقطع التصادم بين الأيون والجسيمات المتعادلة. تسري هذه العلاقة تقريبًا عند حد المجال الكهربائي المنخفض، حيث تكون نسبة E / N صغيرة، وبالتالي تكون الطاقة الحرارية للأيونات أكبر بكثير من الطاقة المكتسبة من المجال الكهربائي بين التصادمات. ونظرًا لأن هذه الأيونات تمتلك طاقات مماثلة لطاقات جزيئات الغاز العازل، فإن قوى الانتشار هي التي تهيمن على حركة الأيونات في هذه الحالة. تُعطى نسبة E / N عادةً بوحدة تاونسند (Td)، ويُقدّر أن الانتقال بين ظروف المجال المنخفض والعالي يحدث عادةً بين 2 و10  Td. [ 14 ] عندما لا تسود ظروف المجال المنخفض، تصبح حركة الأيونات نفسها دالة لقوة المجال الكهربائي، والتي عادة ما يتم وصفها تجريبياً من خلال ما يسمى دالة ألفا: ك(هـشمال)=ك(0)[1+α(هـشمال)]=ك(0)[1+α2[هـشمال]2+α4[هـشمال]4+...].{\displaystyle K\left({\frac {E}{N}}\right)=K(0)\left[1+\alpha \left({\frac {E}{N}}\right)\right]=K(0)\left[1+\alpha _{2}\left[{\frac {E}{N}}\right]^{2}+\alpha _{4}\left[{\frac {E}{N}}\right]^{4}+\dots \right].}

التأين

يجب تأيين جزيئات العينة ، عادةً باستخدام التفريغ الإكليلي ، أو التأيين الضوئي عند الضغط الجوي (APPI)، أو التأيين بالرذاذ الإلكتروني (ESI)، أو مصدر التأيين الكيميائي الإشعاعي عند الضغط الجوي (R-APCI)، مثل قطعة صغيرة من النيكل -63 أو الأمريسيوم -241 ، على غرار تلك المستخدمة في كاشفات الدخان المؤينة . [ 15 ] تُستخدم تقنيات ESI وMALDI بشكل شائع عند دمج مطيافية الحركة الأيونية (IMS) مع مطيافية الكتلة.

تُضاف مواد مُحسِّنة أحيانًا إلى غاز الانجراف لتحقيق انتقائية التأين. على سبيل المثال، يمكن إضافة الأسيتون للكشف عن عوامل الحرب الكيميائية، والمذيبات المكلورة للكشف عن المتفجرات، والنيكوتيناميد للكشف عن المخدرات. [ 16 ]

أجهزة التحليل

توجد أجهزة قياس حركة الأيونات بناءً على مبادئ مختلفة، مُحسَّنة لتطبيقات متنوعة. وقد أدرجت مراجعة من عام 2014 ثمانية مفاهيم مختلفة لقياس حركة الأيونات. [ 17 ]

مطيافية حركة الأيونات في أنبوب الانجراف

تقيس مطيافية حركة الأيونات في أنبوب الانجراف (DTIMS) المدة التي يستغرقها أيون معين لقطع مسافة محددة في مجال كهربائي منتظم عبر جو معين. على فترات زمنية محددة، تُدخل عينة من الأيونات إلى منطقة الانجراف؛ وتعتمد آلية التحكم على قطب كهربائي مشحون يعمل بطريقة مشابهة لشبكة التحكم في الصمامات الثلاثية للإلكترونات. وللتحكم الدقيق في عرض نبضة الأيونات الداخلة إلى أنبوب الانجراف، تُستخدم أنظمة تحكم أكثر تعقيدًا مثل نظام برادبري-نيلسن أو مصراع تبديل المجال. بمجرد دخول الأيونات إلى أنبوب الانجراف، تتعرض لمجال كهربائي متجانس يتراوح من بضعة فولتات لكل سنتيمتر إلى مئات الفولتات لكل سنتيمتر. يدفع هذا المجال الكهربائي الأيونات عبر أنبوب الانجراف حيث تتفاعل مع جزيئات الانجراف المحايدة الموجودة داخل النظام وتنفصل بناءً على حركة الأيونات ، لتصل إلى الكاشف للقياس. تُسجل الأيونات عند الكاشف بالترتيب من الأسرع إلى الأبطأ، مما يُولد إشارة استجابة مميزة للتركيب الكيميائي للعينة المقاسة.

يمكن بعد ذلك تحديد قابلية حركة الأيون K تجريبياً من زمن الانجراف t D لأيون يعبر داخل مجال كهربائي متجانس فرق الجهد U في طول الانجراف L.

ك=ل2تديو{\displaystyle K={\frac {L^{2}}{t_{\text{D}}U}}}

يمكن حساب القدرة التحليلية لأنبوب الانجراف R P ، عند افتراض أن الانتشار هو المساهم الوحيد في اتساع الذروة، على النحو التالي:

RP=تدΔتد=لهـسؤال16كتيln⁡2{\displaystyle R_{\text{P}}={\frac {t_{\text{D}}}{\Delta t_{\text{D}}}}={\sqrt {\frac {LEQ}{16kT\ln 2}}}}

حيث t<sub> D</sub> هو زمن انجراف الأيون، وΔt <sub> D</sub> هو العرض الكامل عند نصف الارتفاع ، و L هو طول الأنبوب، و E هي شدة المجال الكهربائي، وQ هي شحنة الأيون، وk هو ثابت بولتزمان، و T هي درجة حرارة غاز الانجراف. تتيح طرق الضغط الجوي قدرة فصل أعلى وانتقائية فصل أكبر نظرًا لارتفاع معدل تفاعلات الأيونات مع الجزيئات، وتُستخدم عادةً في الأجهزة المستقلة، وكذلك في كواشف كروماتوغرافيا الغاز والسائل والموائع فوق الحرجة. كما هو موضح أعلاه، تعتمد قدرة الفصل على إجمالي انخفاض الجهد الذي يقطعه الأيون. باستخدام جهد انجراف قدره 25  كيلو فولت في أنبوب انجراف بطول 15  سم يعمل بالضغط الجوي، يمكن تحقيق قدرة فصل تزيد عن 250 حتى للأيونات الصغيرة أحادية الشحنة. [ 18 ] وهذا يكفي لفصل بعض النظائر بناءً على اختلاف كتلتها المختزلة μ . [ 19 ]

أنبوب انجراف منخفض الضغط

تعمل أنابيب الانجراف ذات الضغط المنخفض وفقًا للمبادئ نفسها التي تعمل بها نظيراتها ذات الضغط الجوي، ولكن بضغط غاز انجراف لا يتجاوز بضعة تور. ونظرًا لانخفاض عدد تفاعلات الأيونات مع الجزيئات المتعادلة بشكل كبير، يلزم استخدام أنابيب انجراف أطول بكثير أو مصاريع أيونية أسرع بكثير لتحقيق نفس القدرة التحليلية. ومع ذلك، يوفر التشغيل تحت ضغط منخفض عدة مزايا. أولًا، يُسهّل ربط مطيافية الحركة الأيونية (IMS) بمطياف الكتلة. [ 3 ] ثانيًا، عند الضغوط المنخفضة، يمكن تخزين الأيونات لحقنها من مصيدة أيونية [ 20 ] وإعادة تركيزها شعاعيًا أثناء عملية الفصل وبعدها. ثالثًا، يمكن تحقيق قيم عالية لنسبة الطاقة إلى عدد الجزيئات ( E / N) ، مما يسمح بالقياس المباشر لـ K ( E / N ) على نطاق واسع. [ 21 ]

موجة متحركة

على الرغم من أن الحقول الكهربائية للانجراف تكون عادةً منتظمة، إلا أنه يمكن استخدام حقول انجراف غير منتظمة. ومن الأمثلة على ذلك مطيافية الحركة الأيونية الموجية المتحركة (TWIMS) [ 22 ] ، وهي مطيافية حركة أيونية أنبوبية منخفضة الضغط، حيث يُطبق الحقل الكهربائي في منطقة صغيرة فقط من أنبوب الانجراف. تتحرك هذه المنطقة على طول أنبوب الانجراف، مُحدثةً موجةً تدفع الأيونات نحو الكاشف، مما يُغني عن الحاجة إلى جهد انجراف كلي عالٍ. لا يُمكن تحديد مقاطع التصادم (CCS) مباشرةً باستخدام TWIMS. يُمكن للمعايرات أن تُساعد في تجاوز هذا العيب الرئيسي، ولكن يجب أن تُطابق هذه المعايرات حجم وشحنة وفئة التركيب الكيميائي للمادة المُحللة. [ 23 ] ومن الأنواع الجديرة بالذكر مطيافية الحركة الأيونية "SUPER" [ 24 ] ، التي تجمع بين احتجاز الأيونات بواسطة ما يُسمى بهياكل معالجة الأيونات بدون فقد (SLIM) مع عدة تمريرات عبر منطقة الانجراف نفسها لتحقيق قدرات فصل عالية للغاية.

قياس طيف حركة الأيونات المحصورة

في مطيافية حركة الأيونات المحصورة (TIMS)، تُثبَّت الأيونات في مكانها (أو تُحصر) داخل غاز عازل متدفق بواسطة تدرج مجال كهربائي محوري (EFG)، بينما يؤدي تطبيق جهد الترددات الراديوية (RF) إلى الحصر في البعد القطري. [ 25 ] تعمل تقنية TIMS في نطاق ضغط يتراوح بين 2 و5  هكتوباسكال، وتحل محل قمع الأيونات الموجود في منطقة المصدر لأجهزة مطياف الكتلة الحديثة. ويمكن ربطها بأي محلل كتلة تقريبًا، إما من خلال وضع التشغيل القياسي للأجهزة ذات الحزمة الأيونية، أو وضع التجميع الانتقائي (SA-TIMS) عند استخدامها مع أجهزة مطياف الكتلة (MS) ذات الحصر.

في الواقع، يتم إطالة خلية الانجراف بفعل حركة الأيونات الناتجة عن تدفق الغاز. [ 26 ] وبالتالي، لا تتطلب أجهزة TIMS حجمًا كبيرًا أو جهدًا عاليًا لتحقيق دقة عالية، فعلى سبيل المثال، يمكن تحقيق قدرة فصل تزيد عن 250 من  جهاز بحجم 4.7 سم باستخدام أوقات فصل ممتدة. [ 27 ] ومع ذلك، تعتمد قدرة الفصل بشكل كبير على حركة الأيونات، وتنخفض مع زيادة حركة الأيونات. إضافةً إلى ذلك، يمكن أن تتمتع TIMS بحساسية أعلى من أنظمة قياس حركة الأيونات الأخرى لعدم وجود شبكات أو مصاريع في مسار الأيونات، مما يحسن نقل الأيونات أثناء تجارب قياس حركة الأيونات وأثناء التشغيل في وضع MS الشفاف فقط.

قياس طيفي لحركة الأيونات باستخدام شكل موجة غير متماثل عالي المجال

تعتمد مطيافية الحركة التفاضلية (DMS ) أو مطيافية الحركة الأيونية غير المتماثلة للمجال (FAIMS) على اعتماد حركة الأيونات (K) على شدة المجال الكهربائي (E) عند المجالات الكهربائية العالية. تُنقل الأيونات عبر الجهاز بواسطة تدفق غاز الانجراف، وتُعرَّض لشدات مجال مختلفة في اتجاه متعامد لفترات زمنية متفاوتة. تنحرف الأيونات نحو جدران المحلل بناءً على تغير حركتها. وبالتالي، لا يمكن إلا للأيونات ذات اعتماد محدد على الحركة أن تمر عبر المرشح المُنشأ.

محلل الحركة التفاضلية

مثال على مستشعر Aspiration IMS.

يستخدم محلل الحركة التفاضلية (DMA) تيارًا غازيًا سريعًا عموديًا على المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى اختلاف مسارات الأيونات ذات الحركات المختلفة. يتوافق هذا النوع من أجهزة قياس الحركة الأيونية (IMS) مع أجهزة القطاع في مطياف الكتلة ، كما يعمل كمرشح قابل للمسح. ومن الأمثلة على ذلك كاشف الحركة التفاضلية الذي طرحته شركة فاريان تجاريًا لأول مرة في جهاز CP-4900 MicroGC. يعمل جهاز قياس الحركة الأيونية بالشفط (Aspiration IMS) بنظام تدوير مفتوح للهواء المأخوذ. يمر تدفق العينة عبر غرفة التأين ثم يدخل إلى منطقة القياس حيث تنحرف الأيونات إلى قطب قياس واحد أو أكثر بفعل مجال كهربائي عمودي ، قد يكون ثابتًا أو متغيرًا. يتميز خرج المستشعر بتوزيع حركة الأيونات، ويمكن استخدامه لأغراض الكشف والتعرف.

مبدأ تشغيل محلل الحركة التفاضلية لفصل الهباء الجوي

يمكن لجهاز تحليل الحركة التفاضلية (DMA) فصل جزيئات الهباء الجوي المشحونة أو الأيونات وفقًا لحركتها في مجال كهربائي قبل الكشف عنها، وهو ما يمكن القيام به باستخدام عدة وسائل، بما في ذلك أجهزة قياس الكهرباء أو أجهزة قياس الطيف الكتلي الأكثر تطورًا. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

غاز الانجراف

يُعدّ تركيب غاز الانجراف أحد المعايير المهمة لتصميم جهاز مطيافية الحركة الأيونية ودقته. في كثير من الأحيان، يسمح اختلاف تركيب غاز الانجراف بفصل القمم المتداخلة. [ 31 ] كما تُساعد درجة حرارة الغاز المرتفعة في إزالة تجمعات الأيونات التي قد تُشوّه القياسات التجريبية. [ 32 ] [ 33 ]

كاشف

غالبًا ما يكون الكاشف عبارة عن صفيحة فاراداي بسيطة موصولة بمضخم مقاومة تحويلية ، إلا أن أجهزة قياس حركة الأيونات الأكثر تطورًا تُقترن بمطياف الكتلة للحصول على معلومات الحجم والكتلة معًا. ومن الجدير بالذكر أن الكاشف يؤثر على ظروف التشغيل المثلى لتجربة قياس حركة الأيونات. [ 34 ]

الأساليب المشتركة

يمكن دمج تقنية الفصل الطيفي الكتلي مع تقنيات فصل أخرى.

كروماتوغرافيا الغاز

عند دمج مطيافية الحركة الأيونية (IMS) مع كروماتوغرافيا الغاز، يتم إدخال العينة عادةً عبر عمود شعري متصل مباشرةً بجهاز IMS، حيث تتأين الجزيئات أثناء خروجها من جهاز كروماتوغرافيا الغاز. [ 16 ] وتُستخدم تقنية مماثلة في كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC ). في عام 2012، طُوّر تصميم جديد لمطيافية الحركة الأيونية باستخدام التأين بتفريغ الهالة (CD-IMS) ككاشف بعد كروماتوغرافيا الغاز الشعرية. في هذا التصميم، استُخدمت إبرة مجوفة لتوليد تفريغ الهالة، ودُفع السائل الخارج إلى منطقة التأين من جهة مصدر الهالة. إضافةً إلى سهولة ربط العمود الشعري بخلية IMS، يُسهم هذا التوصيل المحوري المباشر في تحقيق تأين أكثر كفاءة، مما يؤدي إلى حساسية أعلى.

عند استخدامه مع جهاز كروماتوغرافيا الغاز، يُطلق على محلل الحركة التفاضلية غالبًا اسم كاشف الحركة التفاضلية ( DMD ). [ 35 ] يُعد كاشف الحركة التفاضلية عادةً نوعًا من أنظمة الميكروإلكتروميكانيكية ، وهو جهاز مطيافية الحركة الأيونية المعدلة بترددات الراديو (MEMS RF-IMS). [ 36 ] على الرغم من صغر حجمه، إلا أنه يُمكن تركيبه في وحدات محمولة، مثل أجهزة كروماتوغرافيا الغاز المحمولة أو أجهزة استشعار المخدرات/المتفجرات. على سبيل المثال، قامت شركة فاريان بدمجه في جهاز CP-4900 DMD MicroGC، وقامت شركة ثيرمو فيشر بدمجه في نظام EGIS Defender، المصمم للكشف عن المخدرات والمتفجرات في وسائل النقل أو غيرها من التطبيقات الأمنية.

الاستشراب السائل

إلى جانب تقنيتي LC و MS، أصبحت تقنية IMS تستخدم على نطاق واسع لتحليل الجزيئات الحيوية، وهي ممارسة طورها بشكل كبير ديفيد إي. كليمر ، الذي يعمل الآن في جامعة إنديانا (بلومنجتون) . [ 37 ]

مطياف الكتلة

عند استخدام مطيافية الحركة الأيونية (IMS) مع مطياف الكتلة، توفر هذه التقنية العديد من المزايا، بما في ذلك تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وفصل المتماكبات، وتحديد حالة الشحنة. [ 3 ] [ 38 ] وقد تم ربط مطيافية الحركة الأيونية (IMS) بشكل شائع بالعديد من أجهزة تحليل مطياف الكتلة، بما في ذلك أجهزة التحليل الرباعي الأقطاب، وأجهزة قياس زمن الطيران، وأجهزة الرنين السيكلوتروني بتحويل فورييه.

برامج مخصصة

يُعدّ قياس الطيف الكتلي لحركة الأيونات تقنيةً حديثة الانتشار لتحليل الأيونات في الطور الغازي. ولذلك، لا يوجد برنامج واسع النطاق لعرض وتحليل بيانات قياس الطيف الكتلي لحركة الأيونات، باستثناء حزم البرامج المرفقة مع الأجهزة. تُعتبر برامج ProteoWizard [ 39 ] وOpenMS [ 40 ] وmsXpertSuite [ 41 ] برامج مجانية وفقًا لتعريف مبادرة المصادر المفتوحة. مع أن ProteoWizard وOpenMS توفران ميزات لفحص الطيف، إلا أنهما لا توفران ميزات دمج الأطياف. في المقابل، يتميز msXpertSuite بقدرته على دمج الأطياف وفقًا لمعايير مختلفة، مثل زمن الاحتفاظ، ونطاق m/z، ونطاق زمن الانجراف. وبذلك، يُحاكي msXpertSuite بشكلٍ أدقّ البرنامج المرفق عادةً مع مطياف الكتلة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لانوكارا، فرانشيسكو؛ هولمان، ستيفن دبليو؛ غراي، كريستوفر جيه؛ إيرز، كلير إي. (2014). "قوة مطيافية الكتلة لحركة الأيونات في توصيف البنية ودراسة ديناميكيات التشكيل" . مجلة نيتشر كيمستري . 6 (4): 281-294 . Bibcode : 2014NatCh...6..281L . doi : 10.1038/nchem.1889 . PMID 24651194 . 
  2. ↑ كبير، ك.م. محبول؛ دونالد، ويليام أ. (2017). "مطيافية الحركة الأيونية التفاضلية على المستوى الميكروي للتحليل الكيميائي الميداني". مجلة TrAC للاتجاهات في الكيمياء التحليلية . 97 : 399-427 . doi : 10.1016/j.trac.2017.10.011 .
  3. كانو إيه بي ، دويفيدي بي، تام إم، ماتز إل، هيل إتش إتش (يناير 2008). "مطيافية الكتلة باستخدام حركة الأيونات". مجلة مطيافية الكتلة . 43 ( 1): 1-22 . Bibcode : 2008JMSp...43....1K . doi : 10.1002/jms.1383 . PMID 18200615 . 
  4. ↑ «وزارة العدل الأمريكية تشترط التخلي عن أعمال مورفو في مجال الكشف عن آثار المتفجرات قبل الاستحواذ على سميثز» . www.justice.gov . 30 مارس 2017. تاريخ الاطلاع: 17 أكتوبر 2021 .
  5. ↑ أودونيل، رايان م.؛ صن، شياوبو؛ هارينغتون، بيتر (2008). "التطبيقات الصيدلانية لطيفية حركة الأيونات". اتجاهات في الكيمياء التحليلية . 27 (1): 44-53 . doi : 10.1016/j.trac.2007.10.014 .
  6. ↑ ماكلين، جيه إيه؛ وآخرون (2005). "مطيافية الكتلة باستخدام حركة الأيونات: نموذج جديد لعلم البروتينات". المجلة الدولية لمطيافية الكتلة . 240 (3): 301-315 . Bibcode : 2005IJMSp.240..301M . doi : 10.1016/j.ijms.2004.10.003 . 
  7. ↑ كوميراس، ر.؛ فيغيراس، إ.؛ ديفيس، س. إ.؛ باومباخ، ج. إ.؛ غراسيا، إ. (2015). " مراجعة حول مطيافية حركة الأيونات. الجزء 1: الأجهزة الحالية" . المحلل . 140 (5): 1376-1390 . doi : 10.1039/C4AN01100G . ISSN 0003-2654 . PMC 4331213. PMID 25465076 .   
  8. ↑ أيزبوروا-أولايزولا، أ.؛ تورانو، ج. ساستر؛ فالكون-بيريز، ج.م.؛ ويليامز، س.؛ رايشاردت، ن.؛ بونز، ج.-ج. (2018). "مطيافية الكتلة لاكتشاف المؤشرات الحيوية للسكريات" (ملف PDF) . مجلة TrAC Trends in Analytical Chemistry . 100 : 7-14 . doi : 10.1016/j.trac.2017.12.015 . hdl : 1874/364403 .
  9. ↑ ماركلوند، إريك ج.؛ ديجياكومي، ماتيو ت.؛ روبنسون، كارول ف.؛ بالدوين، أندرو ج.؛ بينيش، جاستن ل.ب. (7 أبريل 2015). "مقاطع عرضية للتصادم في علم البروتينات البنيوي" . ستراكشر . 23 (4): 791-799 . doi : 10.1016/j.str.2015.02.010 . ISSN 0969-2126 . PMID 25800554 .  
  10. ↑ زولوتوف، يو. أ. (2006). "مطيافية حركة الأيونات". مجلة الكيمياء التحليلية . 61 (6): 519. doi : 10.1134/s1061934806060013 . S2CID 195095466 . 
  11. ↑ إيسمان، جي إيه؛ ستون، جيه إيه (نوفمبر 2004). "مراجعة الأقران: مطيافية حركة الأيونات في الدفاع الوطني". الكيمياء التحليلية . 76 (21): 390 أ–397 أ. doi : 10.1021/ac041665c . ISSN 0003-2700 . PMID 15551477 .  
  12. ↑ شركة أنظمة قياس الجسيمات، "نظرية وتطبيقات مطيافية حركة الأيونات (IMS)"
  13. ^ راسانين، ريكا-مارجانا؛ نوسيينن، مرجانة؛ بيراكوربي، كاليفا؛ سيلانبا، ميكا؛ بولاري، لوري؛ أنتالاينن، أوسمو؛ أوترياينن، ميكو (2008). "تحديد المرحلة الغازية ثلاثي الأسيتون ثلاثي بيروكسيد مع قياس طيف حركة الأيونات الطموحة وكروماتوغرافيا الغاز - قياس الطيف الكتلي". أناليتيكا كيميكا أكتا . 623 (1): 59– 65. بيب كود : 2008AcAC..623...59R . دوى : 10.1016/j.aca.2008.05.076 . بميد 18611458 . 
  14. ↑ يوسف، أحلام؛ شريستا، شرادها؛ فيهلاند، لاري أ.؛ لي، إدموند ب. ف.؛ غراي، بنجامين ر.؛ آيلز، فيكتوريا ل.؛ رايت، تيموثي ج.؛ بريكنريدج، و. هـ. (16 أكتوبر 2007). "إمكانات التفاعل وخصائص النقل لأيونات المعادن النفيسة في الغازات النادرة" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء الكيميائية . 127 (15): 154309. Bibcode : 2007JChPh.127o4309Y . doi : 10.1063/1.2774977 . ISSN 0021-9606 . PMID 17949151 .  
  15. ↑ غراسيا، آي.؛ باومباخ، جي آي؛ ديفيس، سي إي؛ فيغيراس، إي.؛ كوميراس، آر. (16 فبراير 2015). " مراجعة حول مطيافية حركة الأيونات. الجزء 1: الأجهزة الحالية" . المحلل . 140 (5): 1376-1390 . Bibcode : 2015Ana...140.1376C . doi : 10.1039/C4AN01100G . ISSN 1364-5528 . PMC 4331213. PMID 25465076 .   
  16. 1 2 كريسر، كولين؛ توماس، بول؛ وآخرون (2004). "مطيافية حركة الأيونات: مراجعة. الجزء 1. التحليل البنيوي عن طريق قياس الحركة". المحلل . 129 (11): 984-994 . Bibcode : 2004Ana...129..984C . doi : 10.1039/b404531a . 
  17. ↑ كوميراس، ر.؛ فيغيراس، إ.؛ ديفيس، س. إ.؛ باومباخ، ج. إ.؛ غراسيا، إ. (16 فبراير 2015). "مراجعة حول مطيافية حركة الأيونات. الجزء 1: الأجهزة الحالية" . المحلل . 140 ( 5): 1376-1390 . Bibcode : 2015Ana...140.1376C . doi : 10.1039/c4an01100g . ISSN 1364-5528 . PMC 4331213. PMID 25465076 .   
  18. ↑ كيرك، أنسغار ت.؛ زيمرمان، ستيفان (21 فبراير 2015). "رفع دقة مطياف حركة الأيونات ذي الأنبوب الانجرافي فائق الدقة والمدمج بطول 15 سم من R = 250 إلى R = 425 باستخدام تحليل قمم الطيف" . المجلة الدولية لمطيافية حركة الأيونات . 18 ( 1-2 ): 17-22 . doi : 10.1007/s12127-015-0166-z . ISSN 1435-6163 . S2CID 96628038 .   
  19. ↑ كيرك، أنسغار ت.؛ راداتز، كريستيان-روبرت؛ زيمرمان، ستيفان (20 ديسمبر 2016). "فصل النظائر في مطيافية حركة الأيونات فائقة الدقة" (ملف PDF) . الكيمياء التحليلية . 89 (3): 1509-1515 . doi : 10.1021/acs.analchem.6b03300 . ISSN 0003-2700 . PMID 28208278 .  
  20. ↑ كلاورز، برايان هـ.؛ إبراهيم، يحيى م.؛ بريور، ديفيد س.؛ دانييلسون، ويليام ف.؛ بيلوف، ميخائيل إ.؛ سميث، ريتشارد د. (1 فبراير 2008). "تحسين كفاءة استخدام الأيونات باستخدام مصيدة قمع أيوني كهروديناميكية كآلية حقن في مطيافية حركة الأيونات" . الكيمياء التحليلية . 80 (3): 612-623 . doi : 10.1021/ac701648p . ISSN 0003-2700 . PMC 2516354. PMID 18166021 .   
  21. ↑ لانغيورغن، ينس؛ أليرز، ماريا؛ أورمان، ينس؛ كيرك، أنسغار؛ زيمرمان، ستيفان (15 يوليو 2014). "مطياف حركة الأيونات عالي الطاقة الحركية: التحليل الكمي لخلائط الغازات باستخدام مطيافية حركة الأيونات". الكيمياء التحليلية . 86 (14): 7023-7032 . doi : 10.1021/ac5011662 . ISSN 0003-2700 . PMID 24937741 .  
  22. ↑ جايلز، كيفن؛ برينجل، ستيفن د.؛ وورثينجتون، كينيث ر.؛ ليتل، ديفيد؛ وايلدغوس، جيسون ل.؛ بيتمان، روبرت هـ. (30 أكتوبر 2004). "تطبيقات دليل أيوني حلقي مكدس يعمل بترددات الراديو فقط ويعتمد على الموجات المتنقلة". الاتصالات السريعة في قياس الطيف الكتلي . 18 (20): 2401-2414 . Bibcode : 2004RCMS...18.2401G . doi : 10.1002/rcm.1641 . ISSN 1097-0231 . PMID 15386629 .  
  23. ^ جابيليكا، فاليري. ماركلوند ، إريك (فبراير 2018). "أساسيات قياس طيف التنقل الأيوني" . الرأي الحالي في البيولوجيا الكيميائية . 42 : 51 – 59. أرخايف : 1709.02953 . دوى : 10.1016/j.cbpa.2017.10.022 . بميد 29154177 . S2CID 3564135 .  
  24. ↑ دينغ، ليولين؛ ويب، إيان ك.؛ غاريميلا، سانديليا ف.ب.؛ حامد، أحمد م.؛ تشنغ، شويون؛ نورهايم، راندولف ف.؛ بروست، سبنسر أ.؛ أندرسون، غوردون أ.؛ ساندوفال، جيريمي أ.؛ بيكر، إيرين س.؛ إبراهيم، يحيى م.؛ سميث، ريتشارد د. (5 أبريل 2017). "مسار متعرج فائق الطول مع توجيه ممتد (SUPER) عالي الدقة لحركية الأيونات باستخدام هياكل لمعالجة الأيونات دون فقدان" . الكيمياء التحليلية . 89 (8): 4628-4634 . doi : 10.1021/acs.analchem.7b00185 . PMC 5627996. PMID 28332832 .  
  25. ↑
    إم إيه بارك، جهاز وطريقة لقياس طيف حركة الأيونات بالتدفق المتوازي مقترنًا بقياس الطيف الكتلي، رقم براءة الاختراع الأمريكية 8,288,717
  26. ↑ ميشلمان، كارستن؛ سيلفيرا، جوشوا أ.؛ ريدجواي، مارك إي.؛ بارك، ملفين أ. (21 أكتوبر 2014). "أساسيات قياس حركة الأيونات المحصورة". مجلة الجمعية الأمريكية لعلم قياس الطيف الكتلي . 26 (1): 14-24 . Bibcode : 2015JASMS..26...14M . doi : 10.1007/ s13361-014-0999-4 . ISSN 1044-0305 . PMID 25331153. S2CID 20298355 .   
  27. ↑ سيلفيرا، جوشوا أ.؛ ريدجواي، مارك إي.؛ بارك، ملفين أ. (2014). "مطيافية حركة الأيونات المحصورة عالية الدقة للببتيدات" . الكيمياء التحليلية . 86 (12): 5624-5627 . doi : 10.1021/ac501261h . ISSN 0003-2700 . PMID 24862843 .  
  28. ↑ رايشل، جي بي (1991). "قياس الهباء الجوي المحيط باستخدام طريقة محلل الحركة التفاضلية: مفاهيم ومعايير تحقيق نطاق الحجم بين 2 و500 نانومتر". علم وتكنولوجيا الهباء الجوي . 14 (1): 5-24 . Bibcode : 1991AerST..14....5R . doi : 10.1080/02786829108959467 . ISSN 0278-6826 . 
  29. ↑ أوليفييه بوشيه (18 مايو 2015). الهباء الجوي في الغلاف الجوي: خصائصه وتأثيراته المناخية . سبرينغر. ص 152. ISBN  978-94-017-9649-1.
  30. ↑ روسيل-لومبارت، ج.؛ لوسيرتاليس، آي جي؛ بينغهام، د.؛ فرنانديز دي لا مورا، ج. (1996). "قياس حجم الجسيمات النانوية والأيونات باستخدام محلل الحركة التفاضلية القصير" . مجلة علوم الهباء الجوي . 27 (5): 695-719 . Bibcode : 1996JAerS..27..695R . doi : 10.1016/0021-8502(96)00016-X . ISSN 0021-8502 . 
  31. ↑ أسبري، جي. ريد؛ هيل، هربرت هـ. (1 فبراير 2000). "استخدام غازات انجراف مختلفة لتغيير عوامل الفصل (α) في مطيافية حركة الأيونات". الكيمياء التحليلية . 72 (3): 580-584 . doi : 10.1021/ac9908952 . ISSN 0003-2700 . PMID 10695145 .  
  32. ^ بينجت نولتنج، طرق في الفيزياء الحيوية الحديثة ، Springer Verlag، 2005، ISBN 3-540-27703-X
  33. ↑ غاري إيسمان وزئيف كارباس، مطيافية حركة الأيونات ، مطبعة سي آر سي، 2005، رقم ISBN 0-8493-2247-2
  34. ↑ كيرك، أنسغار ت.؛ أليرز، ماريا؛ كوخيمس، فيليب؛ لانغيورغن، ينس؛ زيمرمان، ستيفان (12 أغسطس 2013). "مطياف حركة أيونية صغير الحجم وعالي الدقة لتحليل الغازات النزرة بسرعة" (ملف PDF) . المحلل . 138 (18): 5200-5207 . Bibcode : 2013Ana...138.5200K . doi : 10.1039/ c3an00231d . ISSN 1364-5528 . PMID 23678483. S2CID 11545472 .   
  35. ↑ لونغ، ج.؛ غراس، ر.؛ فان ميولبروك، ر.؛ ساذرلاند، ف.؛ كورتيس، هـ. (2006). "الكروماتوغرافيا الغازية مع أحدث تقنيات الكشف عن الحركة التفاضلية المصغرة: التشغيل والتطبيقات الصناعية" . مجلة علوم الكروماتوغرافيا . 44 (5): 276-282 . doi : 10.1093/chromsci/44.5.276 . ISSN 0021-9665 . PMID 16774714 .  
  36. ↑ جي إيه آيسمان؛ زد. كارباس (23 يونيو 2005). مطيافية حركة الأيونات، الطبعة الثانية . مطبعة سي آر سي. ص 214. ISBN  978-1-4200-3897-2.
  37. ↑ كليمر، ديفيد إي.؛ وآخرون (2008). " تحليل الجزيئات الحيوية باستخدام مطيافية حركة الأيونات" . المراجعة السنوية للكيمياء التحليلية . 1 : 293-397 . Bibcode : 2008ARAC....1..293B . doi : 10.1146/annurev.anchem.1.031207.113001 . PMC 3780392. PMID 20636082 .   
  38. ↑ فين إل إس، ماكلين جيه إيه (يونيو 2008). "فصل البنية الجزيئية الحيوية باستخدام مطيافية الكتلة ذات الحركة الأيونية". مجلة الكيمياء التحليلية الحيوية . 391 (3): 905-909 . doi : 10.1007/s00216-008-1951-x . PMID 18320175. S2CID 30455982 .  
  39. ↑ كيسنر، دارين؛ تشامبرز، مات؛ بيرك، روبرت؛ أغوس، ديفيد؛ ماليك، باراغ (2008). "ProteoWizard: برنامج مفتوح المصدر لتطوير أدوات البروتينات بسرعة" . المعلوماتية الحيوية . 24 (21): 2534-2536 . doi : 10.1093/bioinformatics/btn323 . ISSN 1460-2059 . PMC 2732273. PMID 18606607 .   
  40. ^ روست ، هانس إل. ساكسينبيرج، تيمو؛ عيشة، ستيفان؛ بيلو، كريس؛ فايسر، هندريك. أيشيلر، فابيان؛ أندريوتي، ساندرو؛ إيرليك، هانز كريستيان؛ جوتنبرونر، البتراء؛ كينار، ارهان؛ ليانغ، شياو؛ نانسن، سفين. نيلس، لارس؛ بفيوفر، جوليانوس؛ روزنبرجر، جورج. روريك، مارك؛ شميت، أوي. فيت، يوهانس. والتزر، ماتياس. ووجنار، ديفيد؛ وولسكي ، فيتولد إي. شيلينغ، أوليفر. تشودري ، جيوتي إس . مالمستروم، لارس؛ إيبرسولد، رودي؛ رينرت، كنوت؛ كولباخر، أوليفر (2016). "OpenMS: منصة برمجية مرنة مفتوحة المصدر لتحليل بيانات قياس الطيف الكتلي" (PDF) . Nature Methods . 13 (9): 741–748 . doi : 10.1038 / nmeth.3959 . ISSN 1548-7091 . PMID 27575624. S2CID 873670 .   
  41. ↑ "التصفح الرئيسي / الصفحة الرئيسية" . msXpertSuite . 1 ديسمبر 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 سبتمبر 2020 .

فهرس

  • جي ايه أيسمان؛ ز. كارباس (2005). مطياف التنقل الأيوني (الطبعة الثانية  ). بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة CRC. رقم ISBN 9780849322471.
  • ألكسندر أ. شفارتسبورغ (2008). مطيافية الحركة الأيونية التفاضلية: النقل الأيوني غير الخطي وأساسيات مطيافية الحركة الأيونية بالتيارات السريعة (  الطبعة الثانية). بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 9781420051063.
  • تشارلز ل. ويلكنز؛ سارة تريمبين، محرران (2010). مطيافية حركة الأيونات - مطيافية الكتلة: النظرية والتطبيقات . بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 9781439813249.
  • ستاش، يواكيم؛ باومباخ، يورغ آي. (2002). "مطيافية حركة الأيونات - العناصر الأساسية والتطبيقات". المجلة الدولية لمطيافية حركة الأيونات . 5 (1): 1-21 .