|
8.4. Масс-спектрометрия усули ва моддалар таҳлили-тадқиқида тутган ўрни.
Нисбатан мураккаб бирикмаларнинг таркибий қисмлари, ҳар хил тузилмаларини ҳамда уларнинг бир қатор физик-кимёвий хоссаларини аниқлашда масс–спектрометрия усулининг аҳамияти беқиёс. Унинг воситасида ўрганиладиган моддани муайян физик омил таъсирида даставвал ионларга ажратиб, сўнгра уларнинг массаси, аниқроғи, зарядли заррача массасининг зарядига нисбати қийматлари топилади. Шу билан бирга, яна ўрганилаётган ҳар қандай янги синтез қилинган ёки табиатан номаълум модда таркиб-тузилмаси, унинг ионланиш потенциал ива бир қатор бошқа физик-кимёвий кўрсаткичлари ҳам аниқланади.
Ўтказилган кўплаб тадқиқот натижаларига кўра масс-спектрометрия усулини ҳар хил кимёвий реакция ва физик кимёвий жараёнларни таҳлил этиш учун ҳам қўлланса бўлар экан. Айнан шу усул билан моддаларнинг кимёвий ўзгаришлардаги иссиқлик эффектлари, хусусан, уларнинг буғланиш ва сублимация иссиқликлари, ионларга ажралиш (диссоциацияланиш) даражаси ҳамда реакция ва жараёнлар мувозанат константаларини ҳам ката аниқликда топилади.
Мазкур усулнинг асл моҳиятини жуда қисқа қилиб таърифланса, ионлар массаси спектрларини олиш усули дейиш мумкин. Масс-спектрометр асбоби асосан 3 кисмдан иборат бўлиб, уни схематик тарзда, 31- расмда курсатилгандек, тасвирлаш мумкин:
31 – расм. Масс – спектрометрнинг схематик таркиб – тузилмаси: ИБ – ионланишбулими, А – анализатор ва Д – детектор.
Демак, масс-спектрометр усулининг асосий вазифаси – модда ионлари массаси ва заряди қийматлари бўйича спектрограмма олишдан иборат экан.
Масс-спектрометрия усулининг илмий асосларини биринчи бор 1912 йилда Д.Томсон ишлаб чиққан ва унинг ўзи кейинчалик мусбат зарядли ионлар массасини аниқлайдиган спектрометр илк нусхасини тайёрлаган ҳам.
Мазкур соҳада илмий изланишларни янада ривожлантирган Д.Томсоннинг шогирда Ф.Астон 1918 йилда анча мукаммал масс-спектрометрни тайёрлаб унинг ёрдамида бир қатор кимёвий элемент изотопларини таҳлил қилган ва улар атомларининг массасини аниқлаган эди.
Ҳозирга пайтда амалда кўп қўлланадиган масс-спектрометрларнинг энг биринчи нусхасини америкалик олим-мутахассис А.Демсптр кашф қилган. Унинг анализатор қисмида кўндаланг магнит майдони қўлланилиб ундаги ион токлари электрик усул билан ўлчанади. Энг замонавий мукаммал ишланган масс-спектрометр асбобларида ҳам электр ҳам қўзгалмас (статик) магнит майдонларидан фойдаланилади. Уларнинг анализатор қисмида эса, 2 хил заррачалар тутамини фокслаш жараёни бажарилади.
31 – расмда схематик тарзда кўрсатилгандек, масс-спектрометрнинг ионланиш бўлими (ИБ) да текшириладиган моддадан ё мусбат, ё манфий, ёки ҳам мусбат ҳам манфий зарядли ионлар содир этилади. Уларнинг массалари бир хил бўлмаганлиги ҳамда электр ёки магнит майдони таъсирида, ионлар бир-биридан фарқ қилган ҳолда, алоҳида-алоҳида ,тутам оқимларини пайдо қилади. Юқоридаги схеманинг айнан А (анализатор) қисмида ана шундай жараён рўй беради. Ионлар тутами масс-спектрометрнинг Д (детектор) қисмида массалар тақсимоти бўйича ўзига хос спектрни ҳосил қилади. Демак, хулоса қилиб таъкидлаш мумкинки, масс-спектрометрик таҳлилда энг муҳим босқич, бу модданинг ионлаш жараёни ҳисобланади. Тадқиқотларнинг аксарияти асосан мусбат зарядли ионлар тутами билан иш юритилишини ҳам кўрсатиб ўтиш мақсадга мувофиқ.
Мусбат зарядли ионлар ҳосил бўлиши кўупинча газ фазасидаги молекула, атом ёки радикал кўринишидаги модда (М) қисмларининг тезкор электрон, фотон, ион ёки тез ҳаракатланадиган бошқа турдаги фаол заррачалар (Х), шунингдек, юқори кучланишли электр майдонига эга бўлган макроскопик жисмлар билан таъсирлашиши туфайлидир. Хусусан, мусбат ионлар ҳосил бўлиш ионланиш жараёни схемасини қўйидагича ифодалаш мумкин:
Бунда: nM, nX, n1, n2 хажм бирлиги (1 см3) даги заррачалар сони: Ем, Ех, Е1, Е2 – тегишли заррачаларнинг энергиялари, q – ионлаш даражаси, кўп ҳолларда унинг қиймати 1 га тенг, шу сабабли n1 = n2
Масс-спектрометрнинг ИБ (ионлаш булими) да текшириладиган модда заррача (молекула)лари, яъни М, одатда, шу жойдаги барча бошқа заррачалар билан термик мувозанатда бўлади деб қаралади. Шу билан биргаликда, маълум зарядли ва фаол Х заррача М га нисбатан кўпрок энергияга эга деб каралади. Бошқача айтганда, Ех энергия М нинг ионланиш потенциалидан анча юқори. Демак, Х заррачасининг ортиқча энергияси Мq + ион билан Е2 энергияли электрон заррачалари оралиғида бўлади. Ионланиш жараёнлари узлуксиз амалга ошиши сабаб, nм ва nх лар узгармас (тургун) қийматга эга.
Таъкидлаш керакки, электр майдони ёки анча юқори зарядли актив каби заррача физик омиллар таъсирида модда зарраси (атом, молекула ва б.) нинг электронли тузилмасининг ўзгариши, уларнинг энергетик қўзғалиш ва ионланиш Франк – Кондон приципига бўйсунади. Бошқача ифодаланса, муайян модда атом ёки молекуласининг электрон қаватида 1 та электроннинг чиқиб кетиши ёки қабул қилиниши кузатилганда ҳам ядроларининг оралиғи ўзгаришсиз қолаверади.
Маълум шарт – шароитларда кимёвий моддалар ионланиш жараёнига учраб турли хил таркиб ва тузилмадаги ионларни содир этишади. Мисол сифатида, туртхлоркарбон (ССl4) нинг ионланиш жараёнини кўриш мумкин. Бунда ССl3+, ССl2+, ССl+, Сl+ ва С мусбат ионлар мажмуи ҳосил бўлиши аниқланган. Масс-спектрометрия усули билан ана шундай ионлар уларга тегишли барча сифат-миқдор кўрсаткичлари бўйича аниқ маълумотлар олинади.
Ҳозирги замонда ҳар томонлама такомиллашган масс-спектрометр воситаларидан турли соҳа лабораторияларида кенг фойдаланилмоқда. Уларда тажриба натижаларини диаграмма ёки спектрограмма кўринишида ўзи ёзадиган мосламалар бўлиб, шу билан биргаликда, махсус фотоплёнка (ёки пластинка) да таҳлил натижалари акс эттирилиш имкониятлари ҳам назарда тутилган. Шундай масс-спектрометр асбоблари ҳам мавжудки, уларда мукаммал ишланган автоматик тизими, ЭХМ каби воситалар ўтказиладиган таҳлил ва тадқиқ ишларини юқори даражада аниқликда амалга оширилишини таъминлаб беради. Махсус илмий манбалардан бу ҳақда янада кўпроқ маълумотларни билиб олиш мумкин.
Семинар машғулоти мавзулари.
Атом ва молекулалар таркиб-тузилмаси.
Молекулалар тузилиши симметрияси ва қутблилиги.
Молекула кутблилиги (дипол моменти) ни аниқлаш усуллари.
Таҳлил ва тадкикнинг масс-спектрометрия усули.
Таян илмий ибора ва атамалар.
Атом, молекула, атом ички тузилмаси, атом ядроси, электрон қават, орбитал, электрон ўтишлар, молекула таркиб тузилмаси, конфигурация (конформация), молекула қутублилиги, дипол моменти, ички айланма ва тебранма ҳаракат, молекула симметрияси, симметрия юзаси, маркази, ўқи ва симметрияланиш жараёни, ионлар, ионланиш, ион заряди, ион массаси, диаграмма (спектрограмма), масс-спектрометр.
Билим назорати учун рейтинг саволлари.
Атом тузилиши ҳақида нима биласиз?
«Атом ядроси», «электрон қават», «электрон ўтишлар» каби тушунчаларга изоҳ беринг.
S ва Р – электронлар бир-биридан қандай фарқланади? Паули принципи ва «электрон жуфтлиги» тўғрисида қандай тушунчага эгасиз?
Молекула симметрияси нима ҳақида?
Молекула ички айланма ва тебранма ҳаракатлари тўғрисида нима биласиз?
Молекула қутблилигини илмий изоҳланг. Қайси олим мазкур соҳада муҳим тадқиқотлар ўтказган?
Модда ионланиши, ионларнинг сифат миқдор кўрсаткичларини таҳлил қиладиган амалий усул ҳақида маълумот беринг.
Do'stlaringiz bilan baham: |
