مخلوطهای گازی آرگون در اسپکتروسکوپی جرمی با کاهش تداخلهای طیفی و افزایش پایداری پلاسما، دقت و حساسیت آنالیز عناصر ردیابی را بهطور چشمگیری بهبود میبخشند.سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
اسپکتروسکوپی جرمی (Mass Spectrometry – MS) یکی از قدرتمندترین تکنیکهای آنالیز در علوم شیمی، فیزیک و زیستشناسی است که بهمنظور شناسایی ترکیبات، تعیین جرم مولکولی، آنالیز ایزوتوپی و مطالعه ساختارهای شیمیایی به کار گرفته میشود. در این روش، مولکولها یا اتمها به یون تبدیل شده و سپس بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) تفکیک میشوند. برای دستیابی به یونیزاسیون مؤثر، پایدارسازی پلاسما و انتقال دقیق یونها به آشکارساز، حضور گازهای نجیب بهویژه آرگون (Ar) اهمیت ویژهای دارد.
آرگون به دلیل ویژگیهای بیاثر شیمیایی، دسترسی بالا، قیمت مناسب و قابلیت تولید پلاسما در فشارهای مختلف، پرکاربردترین گاز در طیفسنجی جرمی پلاسما جفتشده القایی (ICP-MS) و همچنین در سایر تکنیکهای جرمی مانند MALDI-MS و GD-MS به شمار میرود. در بسیاری از کاربردها، آرگون بهتنهایی استفاده نمیشود بلکه در قالب مخلوطهای گازی آرگون با هلیم، نیتروژن یا هیدروژن به کار میرود تا حساسیت، پایداری و دقت آنالیز بهبود یابد.
این مقاله به بررسی نقش مخلوطهای گازی آرگون در اسپکتروسکوپی جرمی، مکانیسم عملکرد، مزایا و چالشها و کاربردهای آنالیزی در حوزههای مختلف خواهد پرداخت.
ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آرگون و اهمیت آن در اسپکتروسکوپی جرمی
آرگون یک گاز نجیب با عدد اتمی ۱۸ و جرم اتمی تقریبی ۴۰ است که حدود ۰/۹۳ درصد از اتمسفر زمین را تشکیل میدهد. بیاثر بودن شیمیایی، انرژی یونیزاسیون مناسب (۱۵/۷۶ eV) و توانایی ایجاد تخلیه الکتریکی پایدار، از دلایل اصلی کاربرد آن در فناوریهای پلاسما و طیفسنجی جرمی است.
ویژگیهای کلیدی آرگون که باعث انتخاب آن در MS میشود عبارتند از:
بیاثری شیمیایی: مانع از واکنش ناخواسته با نمونه یا یونهای تولیدی میشود.
توانایی ایجاد پلاسما: در ICP-MS، پلاسما با دمای حدود ۶۰۰۰–۱۰۰۰۰ کلوین ایجاد میشود.
جرم اتمی متوسط: انتقال انرژی کارآمد به آنالیتها و یونیزاسیون مؤثر را ممکن میسازد.
دسترسپذیری و هزینه کمتر نسبت به نئون یا هلیوم.
نقش مخلوطهای گازی آرگون در تکنیکهای مختلف اسپکتروسکوپی جرمی
۱. ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)
در ICP-MS، پلاسما با استفاده از گاز آرگون ایجاد میشود. با این حال، وجود تداخلهای طیفی ناشی از گونههای پلیاتمیک مانند ArO⁺، ArCl⁺ یا Ar₂⁺ میتواند دقت نتایج را کاهش دهد. به همین دلیل، از مخلوطهای گازی آرگون شامل آرگون و سایر گازها استفاده میشود:
آرگون + هلیم: هلیم بهعنوان گاز برخوردی در سلول برخوردی (Collision Cell) به کار میرود تا تداخلهای طیفی با استفاده از افت انرژی جنبشی یونهای مزاحم کاهش یابد.
آرگون + هیدروژن: هیدروژن با واکنش شیمیایی انتخابی برخی از یونهای مزاحم را حذف میکند.
آرگون + نیتروژن: نیتروژن به افزایش حساسیت و کاهش نویز کمک میکند.
این ترکیبات سبب افزایش حساسیت، دقت و پایین آمدن حد تشخیص (LOD) در آنالیز فلزات کمیاب و عناصر ردیابی میشوند.
۲. GD-MS (Glow Discharge Mass Spectrometry)
در GD-MS از آرگون برای تولید تخلیه در فشار پایین استفاده میشود. در این روش، نمونه جامد بهطور مستقیم اسپاتر شده و به یون تبدیل میشود. مخلوطهای گازی آرگون–هلیوم میتوانند نرخ اسپاترینگ را کنترل کرده و توزیع انرژی پلاسما را بهبود دهند. این امر در آنالیز مواد نیمهرسانا و فلزات خالص اهمیت دارد.
۳. MALDI-MS (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry)
در برخی سیستمهای MALDI، آرگون یا مخلوطهای آن بهعنوان گاز کمکی برای انتقال یونها به آشکارساز یا جلوگیری از دمای بالای ماتریکس استفاده میشوند.
۴. کاربرد در FT-ICR-MS و Orbitrap-MS
در این سیستمها از گازهای خنثی (معمولاً هلیوم یا نیتروژن) برای خنکسازی و برخورد یونها استفاده میشود. در برخی موارد، ترکیب آرگون–نیتروژن بهعنوان گاز تله یونی (Trap Gas) عملکرد بهتری ارائه میدهد.
مزایای استفاده از مخلوطهای گازی آرگون در MS
استفاده از مخلوطهای گازی نسبت به آرگون خالص دارای مزایای متعددی است:
کاهش تداخلهای طیفی: گازهای کمکی مانند هلیم یا هیدروژن میتوانند یونهای مزاحم را حذف یا تضعیف کنند.
بهبود حساسیت و LOD: در آنالیز عناصر کمیاب مانند As، Se و Hg، استفاده از مخلوطهای گازی سبب بهبود حد تشخیص میشود.
افزایش پایداری پلاسما: ترکیب گازها موجب پایداری بیشتر قوس الکتریکی و کاهش نویز میشود.
انعطافپذیری در کاربردها: بسته به نوع نمونه (جامد، مایع یا بیولوژیکی) ترکیبهای مختلف گازی قابل استفاده هستند.
چالشها و ملاحظات فنی
اگرچه مخلوطهای گازی آرگون مزایای زیادی دارند، اما باید برخی ملاحظات را در نظر گرفت:
هزینه بالاتر نسبت به آرگون خالص.
نیاز به کنترل دقیق درصد ترکیب، زیرا تغییر غلظت گاز کمکی میتواند نتیجه آنالیز را تغییر دهد.
پیچیدگی در کالیبراسیون دستگاه در حضور چندین گاز.
امکان ایجاد گونههای مزاحم جدید در صورت انتخاب نامناسب گاز کمکی.
کاربردهای آنالیزی مخلوطهای گازی آرگون
۱. آنالیز محیطی
ICP-MS با مخلوطهای آرگون–هلیم یا آرگون–هیدروژن بهطور گسترده برای اندازهگیری فلزات سنگین در آب آشامیدنی، خاک و هوا استفاده میشود. کاهش تداخلها در این روش امکان شناسایی دقیق عناصری مانند آرسنیک و سلنیوم را فراهم میکند.
۲. صنایع داروسازی و زیستشناسی
در آنالیز داروها، پروتئینها و زیستمولکولها، ترکیب گازهای آرگون با نیتروژن باعث بهبود یونیزاسیون و کاهش تخریب نمونه میشود. این موضوع در تحقیقات پروتئومیکس و متابولومیکس اهمیت دارد.
۳. آنالیز مواد پیشرفته و نیمهرساناها
در GD-MS با گاز آرگون–هلیم، خلوص بالای سیلیکون و فلزات نادر اندازهگیری میشود. این روش به صنایع الکترونیک برای تولید تراشههای پیشرفته کمک میکند.
۴. ژئوشیمی و علوم زمین
ICP-MS با گازهای ترکیبی برای تعیین نسبت ایزوتوپی سرب، اورانیوم و استرانسیم در نمونههای سنگ و فسیل استفاده میشود. این اطلاعات برای مطالعات زمینشناسی و باستانشناسی حیاتی است.
۵. صنایع غذایی و کشاورزی
آنالیز ردیابی فلزات سمی مانند کادمیوم و جیوه در محصولات کشاورزی و مواد غذایی به کمک ICP-MS با گازهای ترکیبی آرگون انجام میشود.
آینده مخلوطهای گازی آرگون در اسپکتروسکوپی جرمی
با پیشرفت فناوری، نیاز به آنالیزهای دقیقتر و سریعتر افزایش مییابد. در آینده انتظار میرود:
توسعه مخلوطهای بهینهتر برای کاهش نویز و تداخل.
استفاده از سیستمهای هوشمند کنترل ترکیب گازها.
افزایش کاربرد در آنالیزهای بیولوژیکی و پزشکی بهویژه در تشخیص زودهنگام بیماریها.
جایگزینی بخشی از آرگون با گازهای ارزانتر مانند نیتروژن برای کاهش هزینهها.
مخلوطهای گازی آرگون نقش حیاتی در بهبود عملکرد اسپکتروسکوپی جرمی ایفا میکنند. ترکیب آرگون با هلیم، هیدروژن یا نیتروژن باعث کاهش تداخلهای طیفی، بهبود حساسیت و افزایش پایداری پلاسما میشود. این مخلوطها در حوزههای متنوعی از جمله محیطزیست، داروسازی، علوم زمین و صنایع پیشرفته کاربرد دارند. هرچند چالشهایی مانند هزینه و پیچیدگی در کنترل ترکیب وجود دارد، اما با توسعه فناوریهای جدید، استفاده از مخلوطهای گازی آرگون در MS روزبهروز گستردهتر و بهینهتر خواهد شد.
بدون دیدگاه