ñéëåí áàðìéèéú

‫‪(Gas Chromatography) GC‬‬
‫תרשים כללי של ‪GC‬‬
‫אופני הכנסת דוגמה )‪(Injection System‬‬
‫‪.Split/Splitless Injector .1‬‬
‫תפקיד ה‪ Injector-‬לקבל דוגמה הדירה ממזרק‪ ,‬לאדות אותה לקבלת רסס )במידה שלא מדובר בגז(‪ ,‬ולאחר מכן‬
‫להעבירה לקולונת ההפרדה תוך יצירת לחץ גז מדוד‪ ,‬אשר יאפשר מהירות זרימה רצויה בקולונה‪.‬‬
‫הדוגמה מוזרקת דרך הספטום באמצעות מזרק של ‪ ,10-5 µL‬כאשר נפח ההזרקה ‪ ,1 µL‬שכן נפח ה‪ Liner-‬הוא‬
‫‪ ,1 mL‬ובאידוי הדוגמה הנפח גדל פי ‪.1000 µL = 1 mL :1000‬‬
‫קצב זרימה טיפוסי – ‪.1 ml/min‬‬
‫טמפ' ‪. 35 0 C − 400 0 C -‬‬
‫מצב ‪ – Splitless‬הזרקה אמורה לארוך דקה‪,‬ע"מ לאפשר הזרקה חדה ומהירה יותר‪ ,‬נוכל לפתוח את ברז‬
‫ולעבוד במצב ‪ ,Split‬על מנת שחלק מהגז ב‪ Liner-‬ייצא החוצה‪ ,‬כך שנקבל הזרקה יותר מהירה‪ .‬עם זאת‪ ,‬נזכור‬
‫כי נאבד חומר במקרה זה )‪ ,(85%‬אלא אם ביצענו תכנות ‪ .PTV‬במצב ‪ Splitless‬כל הדוגמה תועבר לקולונה‪.‬‬
‫‪.(Programmable Temperature Vaporizer) PTV .2‬‬
‫המכשיר מאפשר תכנות טמפרטורה‪ ,‬כך שתחילה ינודף החומר הרגיש יותר בטמפרטורה נמוכה יותר‪ ,‬ורק לאחר‬
‫מכן ינודף החומר בעל נקודת הרתיחה הגבוהה‪ .‬במקרה זה נעבוד במצב ‪ ,Splitless‬כך שההזרקה לקולונה‬
‫תהיה ארוכה ותעוכב ע"י הקולונה‪.‬‬
‫נשתמש ב‪ Injector-‬זה כאשר בידינו תערובת של חומרים‪ ,‬שאחד מהם נדיף ורגיש‪ ,‬ואילו השני אינו נדיף אך‬
‫פחות רגיש תרמית‪ .‬מאחר שנרצה להימנע מפירוקו של החומר הרגיש בטמפרטורה גבוהה‪ ,‬נדאג תחילה לנדף‬
‫אותו בטמפרטורה המתאימה‪ ,‬ורק אח"כ נעלה את הטמפרטורה במכשיר לצורך נידוף החומר השני‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫הערה‪ :‬ה‪ GC-‬מוגבל לטמפרטורה של ‪ 400‬מעלות צלזיוס‪ ,‬ולכן קיימת בעיית הטענה של חומרים מתפרקים או‬
‫בעלי נקודות רתיחה גבוהות‪.‬‬
‫שימוש נוסף במכשיר זה יהיה כאשר מזריקים נפח גדול של דוגמה המכיל הרבה ממס אך מעט מהחומר הנבדק‪,‬‬
‫ולכן תחילה מתכנתים טמפרטורה לנידוף הממס )בהנחה שנקודת הרתיחה של הממס נמוכה מזו של החומר‬
‫הנבדק‪ ,‬אחרת נאבד מאותו החומר(‪ ,‬תוך שעובדים במצב ‪ ,Split‬ולאחר מכן מנדפים את החומר הנבדק‬
‫בטמפרטורה גבוהה יותר ועובדים במצב ‪ .Splitless‬הבעיה במצב זה היא האפשרות להכנסת כמות גדולה של‬
‫מזהם יחד עם הממס‪ ,‬וכן זמן ההזרקה הארוך יחסית‪.‬‬
‫‪ #‬משתמשים בבדיקת חומרי הדברה הרגישים תרמית‪.‬‬
‫קולונה‬
‫הקולונה הטיפוסית )הסטנדרטית( בעלת אורך של ‪ ,30m‬קוטר פנימי של ‪ ,0.25 mm‬ציפוי חומר סופח )‪ (PDMS‬של ‪µm‬‬
‫‪) 1-0.1‬מיקרון( וקצב זרימה של ‪ .1 mL/min‬הקולונה עשויה זכוכית מצפוה בפלסטיק המקנה לה גמישות ועמידות )ניתן‬
‫לחתוך את הקולונה ולקצר אותה מעט אם יש סתימה(‪.‬‬
‫סוגי קולונות‪:‬‬
‫‪ .1‬ארוזה ‪ -‬צינור ובו אבקה פורוזיבית כמו אלומינה או סיליקה‪ .‬מפרידה פחות טוב מהסטנדרטית‪ ,‬אך מאפשרת‬
‫הפרדה פרפרטיבית ועיכוב גזים‪ .‬קוטר‪ .1.6-2.8mm :‬משמשות לרוב ל‪-‬‬
‫‪.HPLC‬‬
‫‪ .2‬קפילרית ‪ -‬הקולונות הקפילריות מכילות צינור ‪ ,Fused Silica‬והן מפרידות‬
‫טוב יותר מן הקולונות הארוזות‪.‬‬
‫‪ – Narrow Bore .a‬מאפשרת את ההפרדה הטובה ביותר‪ .‬זוהי‬
‫הקולונה הסטנדרטית‪ .‬קוטר‪.0.25 mm :‬‬
‫‪ – Micro Bore .b‬מתאימה לאנליזת דוגמה קטנה מאוד ולהפרדה‬
‫מהירה מאוד‪ .‬החסרון הוא נפח הדוגמא הקטן‪ .‬קוטר‪.0.1mm :‬‬
‫‪ – Mega Bore .c‬קוטר‪. 0.53 mm:‬‬
‫עקרון הפעולה בקולונה הוא הפחתת נדיפותן של מולקולות הדוגמה ע"י ספיחתן בקולונה‪ ,‬ולכן אפקט ההפרדה מתבסס‬
‫על הבדל בנקודות הרתיחה של מרכיבים שונים בדוג'‪ :‬ככל שמולקולה פחות נדיפה‪ ,‬כך היא תצא מאוחר יותר מהקולונה‪.‬‬
‫מדובר כאמור על מעין מצב של סדרת זיקוקים עוקבים‪ ,‬אשר מתוארים ע"י פלטות הפרדה תיאורטיות‪ ,‬שמספרן ניתן ע"י‪:‬‬
‫‪ , N = L‬כאשר ‪ N‬זהו מספר פלטות ההפרדה התיאורטיות )זיקוקים חד‪-‬שלביים( ליחידת אורך‪ L ,‬זהו אורך הקולונה ו‪-‬‬
‫‪H‬‬
‫‪ H‬זהו גובה פלטת הפרדה תיאורטית ע"פ משוואת ואן דינטר ‪ H ≡ A + B + Cv -‬כאשר ‪ v‬מהירות הפאזה הנעה‪.‬‬
‫‪v‬‬
‫הפרדה טובה תתקבל ב‪ H-‬קטן‪ .‬ככל שהקולונה דקה יותר יש יותר פלטות וההפרדה טובה יותר‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ t ‬‬
‫מדד נוסף למס' פלטות ההפרדה ליח' אורך נתון ע"י זמן היציאה ‪ t R‬והפיק בחצי הגובה ‪ . N = 5.54 ⋅  R  : w 1‬על‬
‫‪w ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ 0.5 ‬‬
‫סמך מדד זה מוגדר מוגדר מדד נוסף – ה‪ – Resolving Power-‬מדד למספר המולקולות אשר אותן ניתן להפריד‪:‬‬
‫‪tR‬‬
‫‪N‬‬
‫=‬
‫‪w1‬‬
‫‪5.54‬‬
‫= ‪R.P‬‬
‫‪2‬‬
‫קצב זרימה איטי מדי בקולונה יאפשר דיפוזיה )ספיחה עם חלחול במקום ספיחה על פני השטח של דפנות הקולונה(‬
‫ויהרוס את ההפרדה‪ .‬מצד שני‪ ,‬קצב מהיר מדי יפחית את מספר פלטות ההפרדה התיאורטיות‪ ,‬ולכן גם אז איכות‬
‫ההפרדה תיפגם‪.‬‬
‫גז נושא‬
‫‪ – He‬היעיל ביותר מבחינת מהירות אינרטיות מול מחיר )יקר(‪ .‬לא מתיינן בקלות ב‪.MS-‬‬
‫‪ – N2‬הזול ביותר והאיטי ביותר‪.‬‬
‫‪ – H2‬הכי מהיר וזול )קל לייצור‪-‬אלקטרוליזה( אבל נפיץ וריאקטיבי‪ .‬עלול להגיב עם ה‪ liner-‬ולפרק חומרים‪.‬‬
‫כללי עבודה‬
‫‪ .1‬הזרקת כמות מינימלית המספקת את דרישות הגלאי‪.‬‬
‫‪ .2‬מהירות זרימה הקרובה ל‪ H-‬של ואן דינטר )פי ‪ 1.5‬מהמינימום(‪.‬‬
‫‪ .3‬תכנות הטמפ' בהתאם לדרישות ההפרדה‪.‬‬
‫עבור דוגמה בריכוז נמוך נבצע מספר צעדים מקדימים להפרדה‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ .a‬מיצוי המרכיב הנבדק לפאזה אחרת‪ ,‬והגדלת ריכוזו ביחס לממס‪.‬‬
‫‪ .b‬הזרקת נפח גדול ושימוש במצב ‪) Split‬אולם נזכור כי במידה שהמרכיב נדיף כמו הממס‪ ,‬אנו נאבד חומר‪ ,‬ולכן‬
‫במקרה כזה שיטה זו אינה טובה(‪.‬‬
‫‪ .c‬ספיחת החומר לפאזה מוצקה‪ ,‬והמסתה של זו לאחר מכן‪.‬‬
‫‪ .d‬בעבוע הליום דרך הממס‪ ,‬כך שיספח את המרכיב‪.‬‬
‫גלאי ‪GC‬‬
‫מדד חשוב לגלאי הינו סף הזיהוי )הרגישות( שלו‪ ,‬ולשם כך יש להתייחס למושג ‪ .Signal to Noise‬יש מס' סוגי ‪: S / N‬‬
‫א‪ – (Peak to Peak) PTP .‬מכיל ‪ 99%‬מהפיקים‪.‬‬
‫ב‪ – RMS .‬יחס הקטן ממחצית ‪ ,PTP‬כאשר בד"כ‪= 2 2 RMS :‬‬
‫‪. PTP‬‬
‫ג‪ .‬רעש לבן – ללא סטטיסטיקה‪.‬‬
‫סף הזיהוי המינימאלי של גלאי מוגדר כ‪ (Limit of Detection) LOD-‬או כ‪ ,(Minimum Detection Limit) MDL-‬כאשר‬
‫הכוונה לסיגנל הגבוה ממחצית ה‪) PTP-‬לפחות(‪ .‬מתוך מדד זה מוגדר גם סף הכימות‪.LOQ = 10LOD :‬‬
‫בנוסף‪ ,‬לכל גלאי מוגדר תחום מדידה ‪ ,(Linear Dynamic Range) LDR‬כאשר כאן מדובר על תלות ליניארית בין ‪log‬‬
‫הסיגנל לבין ‪ log‬הריכוז‪ ,‬מנקודת סף הגילוי ועד לנקודה בה חלה סטייה של ‪ 10%‬מליניאריות‪.‬‬
‫מדד אחרון ניתן עבור הסלקטיביות‪ ,‬כאשר בד"כ מדובר במדד של עוצמת האות עבור מרכיב אחד ביחס לאחר‪ ,‬לדוגמה‪:‬‬
‫) ‪) Selectivity = Signal ( S‬היחס בין סיגנל הגפרית לסיגנל הפחמן(‪.‬‬
‫) ‪Signal (C‬‬
‫סוגי גלאים‪:‬‬
‫‪(Thermal Conductivity Detector) TCD .1‬‬
‫עקרון הפעולה‪ :‬הדוגמא מוכנסת יחד עם הליום לתא מבודד עם חוט תיל מחומם‪ .‬להליום הולכת חום מצוינת כך‬
‫שהחומר הנוסף )בעל הולכת חום פחות טובה( יגרום לתיל להתחמם ובהתאם לכך לשינוי בהתנגדותו ‪-‬‬
‫) ‪) R = R0 (1 + α ⋅ ∆T‬מבוסס על גשר ויטסטון(‪ .‬בפועל מודדים את העדר ההליום‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬זהו גלאי אוניברסאלי ונייד‪ ,‬המתאים לגילוי חומרים בעלי נקודת רתיחה של עד ‪ 150‬מעלות צלזיוס‪ ,‬שכן‬
‫מעל לטמפ' זו חלות סטיות בזיהוי עקב קרינת גוף שחור )רוב החום נאבד בתור קרינה ולכן הרגישות‬
‫יורדת(‪ .‬לפיכך זהו גלאי המתאים לגילוי גזים וחומרים אורגניים נדיפים‪.‬‬
‫‪ .b‬זהו גלאי חצי כמותי‪ ,‬מאחר שהמדידה מתבצעת למעשה על הגז הנושא‪ ,‬הליום‪ ,‬והירידה בהולכת החום‬
‫של הגז הנושא פרופורציונית לכמות המרכיב בדוגמה‪.‬‬
‫‪MDL = 400 pg/ml carrier‬‬
‫‪6‬‬
‫‪LDR= 10 .c‬‬
‫‪ #‬משמש לגלאי דליפות – למשל של גז בישול‪.‬‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫לגלאי ישנו ‪ LDR‬גדול מאוד‪ ,‬ומתקבלת בו כרומטוגרמה רגילה )כרומטוגרמה בה עוצמת הפיק הולכת וקטנה‪ ,‬בעוד‬
‫שהתרחבותו הולכת וגדלה(‪ ,‬אך בעלת קו בסיס נטוי – בעקבות העובדה שהבידוד מהסביבה איננו מספק‪.‬‬
‫‪ .2‬לתיקון הבעיה משתמשים ב‪ ,Modulated TCD-‬בו הדוגמה מועברת הן במסלול הרגיל והן במסלול עוקף‪ ,‬כך‬
‫שמתבצעת החסרה דינאמית בין הסיגנלים וכך יחס האות לרעש גדל‪.‬‬
‫דורש אספקת גז נושא נפרדת‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪MDL = 0.4 ng/sec .a‬‬
‫‪10 4 < LDR < 10 6 .b‬‬
‫‪3‬‬
‫‪(Flame Ionization Detector) FID .3‬‬
‫עקרון הפעולה‪ :‬הגלאי עובד על ריאקצית ‪+ O → CHO + + e − :Chemionization‬‬
‫‪ . CH‬אוספים את היונים‪,‬‬
‫ומודדים את המתח החשמלי אשר נוצר כתלות בכמות המטען‪.‬‬
‫במכשיר יוצרים להבה דיפוזיבית‪ ,‬בה מוזרם מימן‪ ,‬שמתערבב לאחר מכן עם החמצן שבאוויר‪ ,‬אשר מוזרם גם הוא‬
‫לתוך המכשיר )בניגוד ל‪ . H 2 + 12 O2 → H 2 O :(Pre-mixed-‬הואיל והאוויר מכיל רק ‪ 21%‬חמצן‪ ,‬נדרשת‬
‫הזרמה גדולה יותר של אוויר‪ .‬האוויר הינו ‪ ,Zero Grade‬מכיל פחות מעשירית ‪ ppm‬פחמימנים שעלולים להתיינן‪.‬‬
‫קצה הלהבה )‪ (Flame tip‬ממותח חיובית במטרה לדחות את היונים לעבר ה‪.Collector-‬‬
‫קצב זרימת הגזים‪Air − 300 − 400 ml / min :‬‬
‫‪ZG‬‬
‫‪He − 35ml / min H 2 − 30 − 35ml / min‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪−5‬‬
‫‪ .a‬יעילות‪ :‬עבור ‪ 10‬אטומי פחמן נקבל זרם של ‪.15 mC/gr C‬‬
‫‪MDL = 5 pgC/sec .b‬‬
‫‪LDR = 10 7‬‬
‫‪.c‬‬
‫‪ .d‬סלקטיביות‪ :‬הגלאי מזהה רק פחמימנים בהם קיים קשר ‪ ,C-H‬ולכן מתאים לחומרים אורגניים‪.‬‬
‫‪ .e‬חצי כמותי‪ ,‬היות שכמות החומר פרופרציונית למספר קשרי ה‪.C-H-‬‬
‫‪ .f‬יתרון הגלאי טמון בתגובתו המהירה ובכך שאיננו מוגבל בטמפרטורה‪.‬‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬אינו נייד‬
‫‪ .b‬הורס את החומר הנבדק‬
‫‪ .c‬סלקטיבי לפחמימנים בלבד‬
‫‪ .d‬דורש מימן שמהווה סכנה בטיחותית‬
‫‪.4‬‬
‫‪(Flame Photometric Detector) FPD‬‬
‫עקרון הפעולה‪ :‬תגובות ‪) Chemiluminescence‬ריאקציות המלוות בפליטה של אור(‪:‬‬
‫)‪PO + H → HPO* → HPO + hυ (526 nm‬‬
‫)‪S + S → S 2 * → S 2 + hυ (394 nm‬‬
‫‪S 2 + H + H → S 2 * + H 2 → S 2 + H 2 + hυ‬‬
‫‪4‬‬
‫‪S 2 + H + OH → S 2 * + H 2O → S 2 + H 2O + hυ‬‬
‫הלהבה היא שוב חמצן‪-‬מימן‪ ,‬ולכן זוהי להבה שקופה‪ ,‬והאור הנפלט יהיה רק של מרכיב הדוגמה‪ .‬עפ"י הפילטר בו‬
‫נשתמש‪ ,‬נוכל לראות סוג מרכיב מסוים בדוגמה‪ ,‬זרחן או גופרית‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪.a‬‬
‫‪. MDL = 20 pg S , MDL = 0.9 pg P‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪ .b‬סלקטיביות‪. S = 10 3 − 10 6 , P = 10 5 :‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫ההבדל בסלקטיביות נובע מסדר התגובה עבור הזרחן )ראשון( לעומת הגפרית )שני(‪.‬‬
‫‪ #‬הגלאי משמש בבקרת נפט‪ ,‬איכות קפה‪ ,‬חומרי הדברה זרחניים‪ .‬בנוסף מזהה חל"כים מטיפוס ‪.V ,G‬‬
‫חסרונות הגלאי‪ :‬לא מזהה חומרים ללא זרחן‪ /‬גופרית‪ .‬דורש מימן‪.‬‬
‫‪.5‬‬
‫קיים גם גלאי )‪ ,PFPD (pulse‬בו מיוצרת להבה פועמת המתקדמת אל תוך תא הבעירה‪ ,‬ומאפשרת שקלול נוסף –‬
‫קינטיקה בזמן‪ .‬הפולסים מאפשרים הגדרה ברורה בזמן של מתי התבצע העירור‪ .‬מכיוון לגפרית וזרחן זמני דעיכה‬
‫שונים‪ ,‬לפי הזמן שבו מתקבל הסיגנל ניתן לזהות למי הוא שייך‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪P‬‬
‫‪S‬‬
‫‪.a‬‬
‫‪MDL = 0.1 pg‬‬
‫‪MDL = 1 pg‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪P S‬‬
‫‪ .b‬סלקטיביות‪:‬‬
‫‪= ≥ 10 6‬‬
‫‪C C‬‬
‫‪ .c‬שיטה זו משפרת גם את הסלקטיביות וגם את הרגישות‪.‬‬
‫‪ .d‬צריכת הגזים קטנה‪.‬‬
‫חסרונות הגלאי‪ :‬לא מזהה חומרים ללא זרחן‪ /‬גופרית‪ .‬דורש מימן‪.‬‬
‫‪(Nitrogen Phosphorus Detector) NPD .6‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬המכשיר זהה כמעט לחלוטין ל‪ FID-‬כאשר בגליל קולט נשאי המטען ישנו חרוז )‪ (bead‬קרמי )מכיל‬
‫‪0‬‬
‫מלחי רובידיום או צזיום שמורידים את פונק' העבודה שלו(‪ .‬החרוז מחומם ‪ 600 C‬כך שכאשר מגיע אליו סילון‬
‫)‬
‫(‬
‫הדוגמה מתרחשת פירוליזה של המולקולות שמספקת צורונים של זרחן ) ‪ (PO‬וחנקן )‬
‫‪−‬‬
‫)‬
‫‪−‬‬
‫‪2‬‬
‫(‬
‫(‬
‫‪ . CN‬החרוז ממותח‬
‫שלילית ‪ − 150V‬לכן הצורונים נזרקים לאוסף נשאי המטען ומציגים אות חשמלי‪ .‬הפירוליזה אינה מתרחשת קודם‬
‫לכן מכיוון ששמים זרימה נמוכה של מימן מה שמונע היווצרות להבה‪.‬‬
‫‪bead 800 C , H 2 / O 2‬‬
‫‪(1) M    → PO 2 , CN‬‬
‫‪−‬‬
‫‪Hot Surface With Small φ‬‬
‫‪PO2 , CN      ‬‬
‫‪→ PO2 , CN −‬‬
‫)‪(2‬‬
‫זהו גלאי שאינו מסוגל להפריד בין תרכובות אורגנו‪-‬זרחניות לאורגנו‪-‬חנקניות‪ ,‬כאשר תרכובות חנקן תתגלנה רק אם‬
‫קיים בהן קשר ‪.CN‬‬
‫קצב זרימת הגזים‪Air − 130 ml / min :‬‬
‫‪ZG‬‬
‫‪H 2 − 4 ml / min‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪5‬‬
‫‪.a‬‬
‫‪P‬‬
‫‪N‬‬
‫‪MDL = 0.2 pg‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪MDL = 0.04 pg‬‬
‫‪ .b‬סלקטיביות‪. N ≅ 10 4 , P ≅ 10 5 :‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬החסרון במכשיר טמון בזמן ההתייצבות הארוך ובהיווצרות שכבות אוקסיד על החרוז‪ ,‬מה שמגדיל את‬
‫פונקצית העבודה שלו‪ .‬גם הציפוי הפנימי של הקולונה מתעבה על החרוז‪.‬‬
‫‪ .b‬לא מבדיל בין זרחן לחנקן‪.‬‬
‫‪ .c‬מזהה רק חנקן שקשור לפחמן )לא יזהה אמוניה‪ ,‬הידרזין(‪.‬‬
‫‪ .d‬צורך אנרגיה רבה וזמן התייצבות ארוכה‪.‬‬
‫‪ .e‬מזהה חומצות אמיניות‪.‬‬
‫‪ #‬בשימוש בעיקר לאיתור תרופות בשתן ובדם‪.‬‬
‫‪(Electron Capture Detector) ECD .7‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬לכידת אלקטרונים‪ .‬לכן נדרשים מספר תנאים‪:‬‬
‫א‪ .‬ייצור אלקטרון פרמי – אלקטרון איטי‪ ,‬בעל אנרגיה נמוכה‪.‬‬
‫ב‪ .‬מולקולה בעלת אפיניות אלקטרונית גבוהה‪.‬‬
‫ג‪ .‬גזים לסילוק עודפי אנרגיה מהיון הנוצר‪.‬‬
‫‪63‬‬
‫הלוחות הגליליים מכילים איזוטופ ‪ Ni‬הפולט אלקטרונים‪ ,‬חלקיקי ‪ ,β‬עקב היותו רדיואקטיבי‪ .‬אלקטרונים אלה‬
‫פוגעים בגז הארגון והמתאן ומאבדים אנרגיה‪ ,‬ועל כן מתקבלים אלקטרונים פרמיים שיכולים ליצור יון שלילי‬
‫מהמולקולה הנבדקת )כל עוד יש לה אפיניות אלקטרונית(‪.‬‬
‫‪+‬‬
‫הפיה ממותחת שלילית למשיכת יוני ‪ ,Ar‬ואילו בין לוחות הניקל מופעל מתח ‪ AC‬הלוכד את האלקטרונים הקלים‪,‬‬
‫אשר נעים באמפליטודה גבוהה‪ ,‬ומאפשר מעבר של יונים שליליים לגילוי – ע"י איסופם ב‪.Collector-‬‬
‫תפקיד המתאן לשכך רעשים‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬ה‪ MDL-‬ניתן עבור כל קבוצת חומרים ביחס ל‪ MDL-‬של חומר סטנדרט הנקרא ‪:Lindene‬‬
‫‪Lindene‬‬
‫‪MDL(C 6 H 6 Cl6 ) = 8 fg‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪ .b‬זהו הגלאי הרגיש ביותר בעל סלקטיביות מודרגת‪.‬‬
‫רגיש בעיקר להלוגנים וקבוצות פונקציונליות כמו כהל‪ ,‬אמין‪ ,‬אנהידריד‪ ,‬ניטרו‪.‬‬
‫‪ #‬הגלאי שימושי בגילוי הורמונים וחומרי נפץ המכילים קבוצות ניטרו‪ ,‬ואף בגילוי חומרים שאינו רגיש אליהם אשר‬
‫עברו דה‪-‬רבטיזציה‪ .‬המטרה לגלות חומרים שאינם אלקטרואפינים ‪-‬‬
‫‪. M − OH + C 6 F6 CH 2 Br → MOCH 2 C 6 F6‬‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬אינו סלקטיבי‪.‬‬
‫‪ .b‬דורש מקור גז חיצוני‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫‪(High Pressure/Performance Liquid Chromatography) HPLC‬‬
‫תרשים כללי של ‪:HPLC‬‬
‫ממסים‪ :‬בעלי קוטביות עולה‪ ,‬עפ"י סולם קוטביות שנקבע שרירותית‪.‬‬
‫משאבה‪:‬‬
‫תפקידה לשאוב את הממסים ולדחוס אותם לקולונה בלחץ גבוה‪ ,‬כאשר ככל שמושג לחץ גבוה יותר‪ ,‬כך ניתן לעבוד עם‬
‫קולונה ארוכה יותר‪ ,‬ובכך לשפר את ההפרדה )ע"י הגדלת מספר פלטות ההפרדה התיאורטיות יחד עם הארכת‬
‫הקולונה(‪.‬‬
‫קיימים שני סוגי משאבות‪:‬‬
‫‪ .1‬בוכנה – מגיעה ללחצים גבוהים אך יוצרת פולסים המפריעים לגלאים‪.‬‬
‫‪ .2‬מזרק ‪ -‬בניגוד לבוכנה‪ ,‬המזרק אינו יוצר פולס של הזרקה‪ ,‬אולם בשלב מסוים יש להפעיל מחדש ולהחזיר את‬
‫הבוכנה של המזרק לנקודת ההתחלה‪.‬‬
‫ממשאבה נדרוש את הבאים‪ :‬זרימה חלקה ככל הניתן‪ ,‬ללא פולסציה; בקרת זרימה של ‪ ;0.5%‬חסינות מקורוזיה; עיבוד‬
‫נוזלים מדויק ונשלט בזמן‪ ,‬ליצירת גרדיאנט בו הדיוק לגבי כל ממס הוא ‪ ;0.5%‬נפח בוכנה קטן עם "שטח מת" קטן‪,‬‬
‫ליצירת גרדיאנט מהיר וטווח עבודה של יחס ‪ – 1000‬מ‪ µL/min 10-‬ועד ל‪.mL/min 10-‬‬
‫ברז הזנת דוגמה‪ :‬זהו ברז שישה מצבים‪ ,‬שמכיל סליל המכונה "לולאת דוגמה"‪ ,‬אשר דרכו עוברת הדוגמה אל הקולונה‪.‬‬
‫לברז שני מצבים‪:‬‬
‫במצב )‪ (a‬הדוגמה מוזרקת למרכז ע"י מזרק ‪ 100 µL‬ועוברת ל‪ ,Port4-‬המחובר דרך צינורית ‪) 20 µL‬בכחול( ל ‪.Port1‬‬
‫באותו זמן ‪ Port2‬מחובר ל‪ ,Port3-‬כך שהדוג' שהוטענה בסבב הקודם מורצת ע"י הממס לתוך הקולונה‪ Port6 .‬מחובר‬
‫ל‪ Port1-‬לסילוק פסולת‪ ,‬ונותר רק הנפח בצינורית‪.‬‬
‫במצב )‪ (b‬המשאבה מזרימה ממס דרך ‪ Port2‬ל‪ ,Port1-‬ולאחר מכן דרך הצינורית ל‪ ,Port4-‬וממנו ל‪ Port3-‬אל תוך‬
‫הקולונה‪ Port5 .‬מחובר למרכז‪ ,‬ומסלק את שיירי ההזרקה הקודמת‪.‬‬
‫הזרקה בשיטה זו מאפשרת כיול ע"י נפח הצינורית – לקבלת פרקציות שוות המוזרקות לקולונה‪ ,‬גם אם הטענת‬
‫הדוגמה דרך המזרק נעשתה בעודף‪ .‬יתרה מכך‪ ,‬הזרקה בעודף תשטוף את שיירי ההזרקה הקודמת‪ ,‬ולכן מדובר בדבר‬
‫חיובי‪.‬‬
‫פרה‪-‬קולונה‪:‬‬
‫קולונה קצרה עשויה נירוסטה שנועדה להגן על הקולונה בהמשך בספיחת מזהמים שעלולים להיתקע‪ .‬היא זולה יותר‬
‫וניתנת להחלפה‪.‬‬
‫קולונה‪:‬‬
‫ב‪ HPLC-‬משתמשים בקולונות ארוזות‪ ,‬שמכילות גרגירים פורוזיביים בעלי קוטר של מספר מיקרונים‪ .‬ככל שהקולונה‬
‫צרה יותר וארוכה יותר כך ההפרדה טובה יותר‪ .‬יש סוגים שונים של קולונות המתחלקות לפי קוטר‪ ,‬אורך ומהירות‬
‫זרימה‪ .‬אורך קולונה סטנדרטית כ‪ ,15 cm-‬קצב הזרימה ‪ ,1 mL/min‬והקוטר הפנימי ‪.4.6 mm‬‬
‫הקולונות הינן עפ"י רוב קולונות פאזה הפוכה‪ ,‬בהן הפאזה הנעה )הממס( היא הפולרית‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫הגרגירים בקולונה מכילים סיליקון‪ ,‬שאליו קושרים רדיקל )ספיחת המולקולה תלויה ב‪:(R-‬‬
‫קצב ההזרמה בריבוע יורד עם קוטרה הפנימי של הקולונה‪ ,‬אך נזכור כי איכות ההפרדה אינה תלויה בכך‪ ,‬אלא רק‬
‫בקוטר הגרגירים הפורוזיביים‪.‬‬
‫גלאי ‪LC‬‬
‫‪ .1‬גלאי ‪UV‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬המכשיר מכיל מנורת כספית‪ ,‬הפולטת אור‪ ,‬ופילטר הבורר את אורך הגל ב‪) 254 nm-‬או‬
‫טונגסטן(‪ .‬האור עובר דרך תא המדידה והבליעה נמדדת‪ .‬ללא פילטר נשתמש במונוכרומטור‪.‬‬
‫נרצה אורך תא בליעה גדול ככל הניתן כדי להגדיל את הבליעה‪ .‬המגבלות של אורך התא‪:‬‬
‫‪ .a‬איבוד הפרדה – ע"מ שהדבר לא יקרה צריך שנפח התא יהיה קטן מכמות הנוזל בתא בכל רגע‪.‬‬
‫‪ .b‬כמות האור קטנה כריבוע הקוטר והדבר מקטין את רגישות הגלאי‪.‬‬
‫‪:Photodiode array‬‬
‫במערכת זו עובר האור דרך מערכת עדשות מרכזות לתא הבליעה‪ ,‬ולאחר מכן מרוכז לסריג נפיצה ע"י עדשה‬
‫נוספת וחריר‪ .‬הסריג מפריד את אורכי הגל לעבר מערך של פוטו‪-‬דיודות )‪ 512‬במספר(‪.‬‬
‫נוצר גלאי המספק ספקטרום בעל ‪ 3‬מימדים‪:‬‬
‫‪ .1‬זמן יציאה‪.‬‬
‫‪ .2‬עוצמת בליעה ביחס לאורך גל‪.‬‬
‫‪ .3‬ספקטרום‪.‬‬
‫בד"כ המנורות תהיינה שילוב של שתי מנורות‪ :‬מנורת קווארץ‪-‬הלוגן‪ ,‬המספקת אור באורכי גל של כל התחום‬
‫הנראה‪ ,‬ומנורת דויטריום‪ ,‬המגבירה את האור בתחום ה‪.UV-‬‬
‫גלאי בליעה זה אינו מתאים לפחמימנים רווים‪ ,‬אשר אינם בולעים בתחום אורכי גל זה‪ ,‬והוא איננו חצי כמותי‪.‬‬
‫רגישותו כ‪ ,pg 100-‬ובהשוואה ל‪ GC-‬זהו ערך סביר‪ ,‬כיוון שנפח ההזרקה ב‪ LC-‬גדול יותר‪.‬‬
‫רגיש עד ‪.100pg/s‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬מגלה את כל החומרים הבולעים ב‪.UV-‬‬
‫‪ .b‬ניתן להשתמש במגוון ממסים שלא בולעים בתחום‪.‬‬
‫‪ .c‬גלאי אוניברסאלי‪.‬‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬בליעה תלויה חזק במקדם המולרי של החומר‪.‬‬
‫‪ .b‬אינו חצי כמותי‪.‬‬
‫‪8‬‬
‫‪ .c‬לא מזהה חומרים כמו פחמימנים רווים‪.‬‬
‫‪ .d‬תחום בעייתי ב‪ 110-190nm -‬משום שלחמצן יש שם בליעה‪ .‬כדי לעבוד בתחום צריך לסלק גזים‬
‫ולעבוד בואקום‪ .‬מתחת ל‪ 110nm-‬כל החומרים בולעים‪.‬‬
‫‪ .2‬גלאי פלואורוסנציה‬
‫עקרון פעולה‪ :‬מולקולות יכולות לבלוע פוטון ולפלוט אור בתהליך קרינתי המכונה פלואורוסנציה‪.‬‬
‫רגישות הגלאי טובה מזו של גלאי ‪ UV‬היות שאין תלות ביציבות מקור האור‪ ,‬וכאשר אין בליעה‪ ,‬גם אין פליטה‪,‬‬
‫כלומר‪ ,‬זהו גלאי ‪ .null‬משמע שכמעט אין רעש בגלאי זה‪ .‬בגלאי פילטר המסנן פיזורי אור ואת אורך הגל‬
‫המעורר‪.‬‬
‫ל‪ PMT-‬יעילות קוונטית כך שלא כל פוטון משחרר אלקטרון‪.‬‬
‫גלאי זה תלוי בבליעה‪ ,‬ביעילות ובעוצמת מקור האור ‪ . F = K ⋅ A ⋅ Y ⋅ I‬לכן ככל שמקור האור יותר עוצמתי‪,‬‬
‫כך ניתן להגביר את רגישותו‪.‬‬
‫במקרים קיצוניים ניתן למדוד עם לייזר מולקולות בודדות‪ .‬ניתן גם לבצע דה‪-‬רבטיזציה כדי שהמולקולה תפלוט‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬רגישות הגלאי‪. 1pg / sec :‬‬
‫‪ .b‬סלקטיביות‪ :‬גבוהה‪ ,‬מאחר שקיימת תלות בכך שהחומר הנבדק בולע אור ופולט אור‪ ,‬כאשר הגורם‬
‫השני תלוי גם ביעילות הקוונטית לפליטה‪ ,‬וזהו מדד סלקטיביות נוסף‪.‬‬
‫‪) Index of Refraction Detector .3‬גלאי מקדם שבירה(‬
‫עקרון פעולה‪ :‬בתא הבדיקה ממס נקי )‪ (Reference‬בנוסף לדוגמה‪ .‬האור עובר דרך שני הממסים ונשבר ביחס‬
‫למרכיבי הדוגמה וביחס לממס‪ .‬אנו מודדים את עוצמת האור המגיעה אל הגלאי כתוצאה מההסחה‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬סלקטיביות‪ :‬גלאי אוניברסאלי‪.‬‬
‫‪ .b‬חצי כמותי‪.‬‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬חוסר רגישות ‪ -‬כ‪.1 µg-‬‬
‫‪ .b‬לא ניתן לעבוד עם מגוון ממסים – אחרת יהיה צורך בשינוי ה‪.Ref-‬‬
‫‪9‬‬
‫‪.(Evaporative Light Scattering Detector) ELSD .4‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬הנוזל המגיע מה‪ LC-‬הופך לספריי באמצעות העברתו דרך חריר דק והפעלת לחץ בעזרת גז‬
‫חנקן‪ .‬המכשיר מחומם ל‪ 70-‬מעלות צלזיוס‪ ,‬כך שהממס מתנדף ומקבלים גרגירים בגודל של כ‪100 nm-‬‬
‫)טיפות של ‪ 10 µL/m‬הופכות לגרגיר של ‪ 100 nm‬עקב יחס פרופורציוני בין הנפח לרדיוס בחזקה שלישית‬
‫‪= 43 πr 3‬‬
‫‪ .( V‬זרם הגז סוחף את הגרגירים לנקודה בה יורים בלייזר‪ ,‬ומודדים את פיזור האור )התלויה‬
‫אקספוננציאלית בגודל הגרגיר(‪.‬‬
‫יתרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬רגישות הגלאי‪ . 1− 5ng :‬גלאי זה רגיש פי ‪ 100‬מגלאי מקדם השבירה‪.‬‬
‫‪ .b‬סלקטיביות‪ :‬גלאי אוניברסאלי‪ ,‬למעט חומרים נדיפים בעלי ‪. b. p < 100 C‬‬
‫‬
‫חסרונות הגלאי‪:‬‬
‫‪ .a‬לא מזהה חומרים נדיפים‪.‬‬
‫‪ .b‬לא ניתן לגלות ממסים עם ‪ B.p‬קרוב לזה של הממס‪.‬‬
‫‪10‬‬
‫‪(Mass‬‬
‫‪ass S‬‬
‫‪Spectrometry) MS‬‬
‫תרשים כללי של ‪:MS‬‬
‫עלות ה‪ .MS-‬המערכת מכילה ‪ 2‬משאבות‪:‬‬
‫ת‬
‫ואקום‪ ,‬כאשר עלות מערכת הואקום כ‪ 40%-30-‬מסך‬
‫המערכת מצויה תחת אקום‬
‫בומולקולרית – להסעת הגז בכיוון מסוים‪.‬‬
‫‪ .1‬משאבה טורבומולקו‬
‫רוטורית – לסילוק הגז‪.‬‬
‫רית‬
‫‪ .2‬משאבה‬
‫תושפע מהתנגשויות בין חלקיקים‪,‬‬
‫ולא תו‬
‫שהפעלת כוחות חשמליים‪/‬מגנטיים תהיה אבסולוטית‪ ,‬לא‬
‫כדי שהפ‬
‫הואקום החזק נדרש די‬
‫המשאבות הינו הגדלת המהלך החופשי הממוצע של המולקולות‪.‬‬
‫ת‬
‫כך שתפקיד‬
‫מכשירים‪ ,‬וכולל את הבאים‪:‬‬
‫של מכשי‬
‫ה‪ MS-‬מהווה אוסף ל‬
‫‪,PB ,Electrospray ,(ICPMS) Plasma‬‬
‫‪Pla‬‬
‫דוגמה – ‪,Laser Desorption ,LC ,GC ,Probe‬‬
‫הכנסת דוגמ‬
‫ת‬
‫א‪ .‬אמצעי‬
‫‪.MALDI‬‬
‫ב‪ .‬יינון – ‪ .MALDI ,ICP ,APCI ,Electrospray ,FAB ,PI ,CI ,EI‬ניתן לראות כי חלק מאמצעי היינון הם גם‬
‫הדוגמה‪.‬‬
‫להכנסת הד‬
‫סת‬
‫אופציה‬
‫‪,Multi Channel‬‬
‫‪el Pla‬‬
‫ג‪ .‬אנליזת מסה – ‪Plate ,(CAD) MS-MS ,TOF ,Ion Trap ,Quadropole‬‬
‫‪.Converti‬‬
‫‪nvertion Dynode‬‬
‫‪,(Computer Reconstructed‬‬
‫‪ted SI‬‬
‫ד‪ .‬עיבוד אות – ‪SIM) RSIM ,(Single Ion Monitoring) SIM ,Full Scan‬‬
‫‪.Library‬‬
‫‪Libr‬‬
‫‪Search‬‬
‫לבנות ‪MS‬ים שונים‪ ,‬ואנו נציין להלן מספר אופציות‪.‬‬
‫נוכל לבנו‬
‫מכל הרכיבים הנ"ל ל‬
‫אמצעי הכנסת דוגמה‪:‬‬
‫‪DIP – Probe .1‬‬
‫ואקום‪ .‬ה‪ MS Probe-‬הוא התקן אליו‬
‫עקרון פעולה‪ :‬הבעיה בהכנסת דוגמה ל‪ MS-‬היא שהחומר מוכנס לתוך אקום‬
‫הצינורית מכניסים לתוך מוט ה‪-‬‬
‫ואת הצינו‬
‫שהוטענה בתוך צינורית קפילרית‪ ,‬כמו בבדיקת ‪ ,m.p‬ת‬
‫מכניסים דוגמה שהוט‬
‫ביניים שבין המוט לפנים המכשיר‪ ,‬ואז ניתן‬
‫ם‬
‫שהוטענה הצינורית‪ ,‬פותחים ברז היוצר ואקום באזור‬
‫‪ .Probe‬ברגע שהוטע‬
‫מעט להגדלת נדיפות הדוגמה‪.‬‬
‫מחומם מע‬
‫מם‬
‫פנימה כך שקצהו מגיע אל מקור היונים‪ .‬קצה המוט‬
‫המוט פנימ‬
‫ט‬
‫לדחוף את‬
‫להיזהר שלא למשוך יותר מדי‪ ,‬שכן‬
‫בסיום ההטענה יש למשוך את המוט בזהירות חזרה לאזור הביניים )יש היזהר‬
‫שמאפשר ואקום ואת המשאבה‪.‬‬
‫את המשאבה הטורבומולקולרית(‪ ,‬ולסגור את הברז שמאפ‬
‫תהרוס א‬
‫כניסת אוויר הרוס‬
‫יתרונות המכשיר‪ :‬פשטות‪.‬‬
‫המכשיר‪ :‬דרוש טכנאי מקצועי ע"מ לא לשבור את הואקום‪.‬‬
‫יר‬
‫חסרונות‬
‫‪.2‬‬
‫‪DSI – GC ChromatoProbe‬‬
‫‪Ch‬‬
‫שיטה זו נועדה לאפשר הזרקה ישירה פחות "מסוכנת לואקום"‬
‫עקרון פעולה‪ :‬יטה‬
‫של ה‪ .MS‬כאן‪ ,‬במקום חדר ואקום‪ ,‬יש מפל לחצים הדרגתי לאורך הקולונה‪.‬‬
‫מערכת זו דומה מאוד לזו של מערכת ההזרקה לקולונה עם מספר התאמות‪.‬‬
‫‪Micr‬‬
‫‪Microbore‬‬
‫מחממת את הדוגמה ומחוברת ל‪ MS‬עם קולונת‬
‫ההזרקה מחמ‬
‫ה‬
‫מערכת‬
‫=‪ I.D‬עם ‪ 0.1µm‬שכבה סופחת‪ .‬ניתן להכניס כמות‬
‫‪= 0.1mm‬‬
‫באורך ‪0.1m 2m‬‬
‫למכשיר‪.‬‬
‫יותר‪ .‬בזמן פתיחה לאוויר יוצא הליום המונע כניסת אוויר כשיר‬
‫דוגמא גדולה תר‬
‫יתרונות המכשיר‪:‬‬
‫הליום המונע כניסת אוויר‪.‬‬
‫הגנה של ה‬
‫ה‬
‫‪.a‬‬
‫‪11‬‬
‫‪ .b‬הגבלת קצב הזרימה התלויה בלחץ שקובעים‪.‬‬
‫‪ .c‬עבודה עם תמיסות‪ :‬הלחץ במזרק יחסית גבוה כך שאין חשש לרתיחה פתאומית אלא הדרגתית‪.‬‬
‫‪ .d‬מיצוי תרמי‪ :‬רק חומרים לא נדיפים מגיעים אל המיינן ומזהמים יוצאים החוצה‪.‬‬
‫שיטות יינון‪:‬‬
‫‪ – (Electron Impact) EI .1‬בשימוש בעיקר עם ‪GC‬‬
‫א‪ .‬זהו מקור היונים ‪ Near Type‬ב‪:MS-‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬יצירת יון עפ"י התגובה הבאה )מכונה "‪:("e 2 e‬‬
‫) ‪M + e * (70eV ) → M + + e * (~ 55eV ) + e (0 − 5eV‬‬
‫במכשיר מיוצרת קרן אלקטרונים ע"י חימום חשמלי )‪ (2400°K‬של חוט עשוי מתכת רפלקטורית )לכל מתכת‬
‫פונקצית עבודה משלה לפי משוואת ‪ .(Richardson‬הפליטה עולה אקספוננציאלית עם הטמפ'‪ ,‬הגבלת הטמפ'‬
‫היא היתוך המתכת‪.‬‬
‫האלקטרונים נעים בתנועה ברגית במסלול )מושפעים מכוח לורנץ'(‪ ,‬הנקבע ע"י מגנט ודוחה אלקטרונים‪,‬‬
‫ופוגעים במולקולות הדוגמה‪ .‬הם אינם נדחים ע"י דוחה היונים בשל משקלם הנמוך ומהירותם הגבוהה‪ .‬על מנת‬
‫לייצב את הקרן‪ ,‬נאספים האלקטרונים בסוף המסלול‪ ,‬כך שלפי האות נוכל לדעת אם לחמם או לקרר את חוט‬
‫הלהט‪.‬‬
‫היונים הנוצרים נדחים ע"י דוחה היונים‪ ,‬ומואצים ע"י העדשות‪ ,‬שהן סדרה של לוחות הממותחים במטען הפוך‪.‬‬
‫ב‪ .‬סוג נוסף של מכשיר ליינון ‪ EI‬הוא ה‪:Brink Type-‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬כאן האלקטרונים עוברים דרך הרשת‪ ,‬אך היונים נלכדים בתוך הכלוב ומואצים ליצירת קרן יונית‪,‬‬
‫שהיא זו שעוברת אנליזה‪ .‬במכשיר זה מבוצעת למשל אנליזת גזים‪ ,‬אך לא אנליזה של מולקולות אורגניות‪ ,‬שכן‬
‫מדובר במבנה פתוח בו מולקולות החומר יכולות לנוע לעבר הרשת הצמודה לחוט הלהט ולהתפרק עליה‪.‬‬
‫מאותה סיבה לא נבצע אנליזה במכשיר לחומרים מתפרקים‪.‬‬
‫יתרונות השיטה‪:‬‬
‫‪ .a‬שני המכשירים הינם חצי כמותיים‪ ,‬שכן חתך הפעולה ליינון תלוי בכמות האלקטרונים והינו פרופרציוני‬
‫בקירוב ראשון למסה המולקולרית של החומר‪ .‬כלומר הסיכוי ליינון פרופרציוני למסה המולקולרית‪.‬‬
‫‪ .b‬יעילות המכשירים ניתנת ביחס לאנרגית האלקטרונים‪ ,‬ונמצא כי אנרגיה של ‪ 70 eV‬היא האידיאלית‬
‫לכך‪ .‬כרומטוגרמה של צורת יינון זו תצביע על כך שככל שאנרגית האלקטרונים גדלה‪ ,‬כך קטן הפיק‬
‫המולקולרי‪ .‬הדבר מצביע על כך שלאלקטרונים יכולת לשבור את המולקולה עקב האנרגיה הגבוהה‬
‫שלהם‪ .‬הפירוק מתרחש מהסיבות הבאות‪:‬‬
‫א‪ .‬הקשר החלש ביותר ביון הינו חלש ממקבילו במולקולה הבלתי טעונה‪.‬‬
‫ב‪ .‬האלקטרון מכניס למולקולה אנרגיה ויברציונית‪ .‬עודף אנרגיה זה עלול לגרום לפירוקה‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫ג‪ .‬האנרגיה התרמית במערכת עלולה להעביר אנרגיה למולקולה ולגרום לפירוקה‪.‬‬
‫בד"כ מולקולה תתפרק בערוץ הראשון‪ ,‬כאשר נקבל פרגמנטציה גדולה יותר ככל שאנרגית‬
‫האלקטרונים גדלה‪ .‬בנוסף תיתכן קבלת פיקים עבור איזוטופים וכן עבור יינון כפול‪ .‬הפרגמנטציה‬
‫טומנת בחובה הן יתרון והן חסרון‪ :‬מצד אחד‪ ,‬ב‪ 30%-‬מהמקרים לא נראה פיק מולקולרי‪ ,‬אולם מנגד‬
‫נקבל אפשרות לזיהוי ספרייתי ביחס לאופי הפרגמנטציה‪.‬‬
‫‪ – (Chemical Ionization) CI .2‬בשימוש בעיקר עם ‪GC‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬בשיטה זו מובטח פיק מולקולרי‪ ,‬וזאת מכיוון שמדובר בצורת יינון "רכה" יותר‪ .‬למעשה מדובר‬
‫במקור יונים זהה ל‪ ,EI Near Type-‬אך קיימים שני הבדלים‪:‬‬
‫א‪ .‬החרירים במקור היונים מצומצמים יותר‪ ,‬למניעת בריחת גז ה‪ CI-‬וליצירת התנגשויות מרובות‪.‬‬
‫ב‪ .‬מקור היונים מכיל שני חורים נוספים – להחדרת קולונה ולהכנסת גז ה‪.CI-‬‬
‫גז ה‪ CI-‬משמש לריאקציות הבאות‪:‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CH 4 + e − → CH 4 + 2e −‬‬
‫)‪(1‬‬
‫‪CH 4 + CH 4 → CH 5 + CH 3‬‬
‫)‪(2‬‬
‫‪CH 5 + M → CH 4 + MH +‬‬
‫)‪(3‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫כפי שניתן לראות‪ ,‬בתום שרשרת הריאקציות מתקבל יון ‪) MH‬יש לזכור זאת כאשר מסתכלים על הפיק‬
‫המולקולרי(‪ ,‬אשר מכונה ‪.Quasi-Molecular Ion‬‬
‫כגז ‪ CI‬ניתן להשתמש באיזובוטאן‪ ,‬הנותן הגברה חזקה יותר‪ ,‬אך מפחם מהר יותר את מקור היונים‪ .‬גם מתנול‬
‫ואמוניה )ריאקטיבית‪ ,‬ולכן פחות מועדפת( משמשים לתהליך‪.‬‬
‫החסרון בשיטה‪ :‬הינו אובדן הזיהוי הספרייתי‪ ,‬כמו גם אובדן רגישות בעקבות צמצום פתחי יציאת היונים‪ .‬בנוסף‬
‫נדרש מולקולות עם אפיניות לפרוטונים‪.‬‬
‫אם מקור האלקטרונים נסגר‪ ,‬נקבל התנגשויות רבות‪ ,‬היות שהמולקולות תשהנה זמן רב יותר במכשיר‪ ,‬ועל כן‬
‫קיים חשש להתפרקותן וללכלוך המכשיר‪.‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪ – (Electrospray) ESI‬בשימוש בעיקר עם ‪LC‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬האלקטרוספריי פותר כאמור את בעיית נפח הממס המגיע מה‪ .LC-‬הטיפות המגיעות מה‪LC-‬‬
‫עוברות דרך מחט ממותחת )‪ (5 KV‬ולכן נטענות חשמלית‪ .‬כל עיוות ספונטני בטיפה גורם לדחיית מטענים‬
‫פנימית‪ ,‬עד להשתחררות טיפה קטנה יותר‪ ,‬כך שלמעשה מתקבל ספריי‪ ,‬דבר המואץ ע"י לוח ממותח ממול‪.‬‬
‫הטיפות מכילות ממס )תערובת מים וממס אורגני( ודוגמה‪ ,‬ככל שהטיפה קטנה יותר הדחייה בין המולקולה‬
‫לממס גדלה והמולקולה מצליחה להשתחרר מהממס ללא השקעת חום‪ .‬השדה החשמלי בטיפה כה גדול‪ ,‬עד‬
‫שלעתים קרובות מתקבל ריבוי מטען‪ ,‬מה שמאפשר אנליזת מולקולות ענק כחלבונים‪.‬‬
‫משתמשים גם בגז חנקן להגברת לחץ ולהיווצרות טיפות קטנות יותר‪ .‬אם נוצרים קלסטרים של יונים עקב‬
‫סולבטציה‪ ,‬הם מתפרקים ע"י התנגשות עם מולקולות החנקן על גבי ה‪.Skimmers-‬‬
‫‪+‬‬
‫מתקבל פיק ‪.MH‬‬
‫חסרונות השיטה‪:‬‬
‫‪ .a‬חייבים מולקולות עם אפיניות לפרוטונים וממס פולרי‪.‬‬
‫‪ .b‬לא חצי כמותי‪.‬‬
‫‪ – Ion suppression .c‬יונים המגיבים זה עם זה‪.‬‬
‫יתרונות השיטה‪:‬‬
‫‪ .a‬קבלת מידע רב על המסה בגלל קבלת מספר מטענים‪.‬‬
‫‪13‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪ – (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) APCI‬בשימוש בעיקר עם ‪LC‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬כאן המערכת נמצאת בתוך תנור אשר מנדף את הממס והדוגמה )ובנוסף יוצא גם גז הנבולייזר(‪.‬‬
‫הגז הנוצר עובר דרך מחט קורונה‪ ,‬לה חריר דק ביותר‪ ,‬כאשר המחט ממותחת‪ ,‬ולכן נוצרים שדות חשמליים‬
‫חזקים שבכוחם ליינן את הדוגמה‪ .‬לעומת ‪ ESI‬היינון נעשה למולקולות במצב גז‪.‬‬
‫היינון נעשה דרך הגז הנושא עפ"י הריאקציות הבאות‪:‬‬
‫‪CH 3OH Corona‬‬
‫‪→ CH 3OH +‬‬
‫)‪(1‬‬
‫‪CH 3OH + + CH 3OH → CH 3OH 2 + CH 3 O‬‬
‫)‪(2‬‬
‫‪CH 3 OH 2 + M → CH 3OH + MH +‬‬
‫)‪(3‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫ניתן לראות קבלת פיק ‪ Quasi-Molecular‬עבור ‪ ,MH‬כאשר גם כאן אפשרי ריבוי מטען‪.‬‬
‫יתרון השיטה‪ :‬ה‪ APCI-‬מאפשר למעשה יינון מולקולות פחות פולריות‪ ,‬אך דורש גם הוא אפיניות פרוטונית‬
‫מסוימת‪ ,‬אשר בלעדיה לא ייצא היינון לפועל‪.‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪ – MALDI‬בשימוש בעיקר עם ‪LC‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬במקרה זה הדוגמה מעורבבת עם מטריצה‪ ,‬אשר לה מספר תכונות‪:‬‬
‫א‪ .‬לחץ אדים נמוך‪.‬‬
‫ב‪ .‬מקדם בליעה ב‪. λ = 337 nm -‬‬
‫ג‪ .‬פוטנציאל יוניזציה נמוך )התייננות ע"י שני פרוטונים(‪.‬‬
‫דוגמאות הן החומצה הניקוטינית והחומצה הסינאפינית‪.‬‬
‫הלייזר נורה אל המטריצה ומיינן אותה בריבוי מטען‪ .‬טיפות הדוג' עוברות ‪ Self-Field Ionization‬ומשחררות‬
‫פרוטון או שניים מהמטריצה‪ ,‬ובכך מתקבלים יונים‪ .‬לאחר מספר ננו‪-‬שניות מופעל שדה חשמלי גבוה בין מחזיק‬
‫הדוגמה לעדשות היונים‪ ,‬למשיכת היונים לעבר גלאי ה‪ .MCP-‬שיטה זו עובדת תמיד עם אנליזה ‪ .TOF‬משמש‬
‫ליינון מולקולות גדולות‪.‬‬
‫יתרונות השיטה‪:‬‬
‫‪ .a‬אין מגבלה של מסה‪.‬‬
‫‪ .b‬מתקבל ספקטרום שלם במיקרו‪-‬שנייה – ה‪ MS-‬המהיר ביותר‪.‬‬
‫‪ .c‬רזולוציית מסות גבוהה מאוד ללא החסרות המאפשרת קבלת נוסחה אמפירית‪.‬‬
‫החיסרון העיקרי‪ :‬עובד בואקום גבוה‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫אנליזת מסות‪:‬‬
‫‪Quadropole .1‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬מעביר צורון בעל ‪ m/z‬מסוים‪.‬‬
‫מוטות היפרבוליים‪ ,‬כאשר כל שני מוטות טעונים במטען הפוך‪.‬‬
‫המכשיר מכיל ‪ 4‬מוטו‬
‫הפעלת‬
‫אחד מתח ‪ ,AC‬ואילו בין הזוג האחר נוצר מתח ‪ .DC‬הפעל‬
‫בין זוג א‬
‫למעשה נוצר ין‬
‫שנה‬
‫תרכושנה‬
‫ים אלו בתדר רדיו תגרום לכך שמולקולות מסוימות‬
‫זרם תחת מתחים‬
‫המוטות‪ ,‬בעוד שאחרות לא‪ .‬אפשרות רכישת האנרגיה‬
‫אנרגיה למעבר בין המ‬
‫פרופרציונית ל‪ m/z-‬ולכן רק מסה הטעונה במטען ספציפי תעבור‪.‬‬
‫עפ"י תרשימים שונים ניתן לראות כי ע"י שינוי המתחים‪ ,‬אנו מאפשרים בכל פעם‬
‫לעבור‪.‬‬
‫למסה אחרת עבור‬
‫‪ ( ∆M = 0.7 amu‬שנקבל תלוי במסת המולקולה לפי‪:‬‬
‫רוחב הפיק ) ‪mu / z‬‬
‫‪. Re s = M ≅ 2 M‬‬
‫‪∆M‬‬
‫יתרונות המכשיר‪:‬‬
‫‪ .a‬פשוט וזול‪.‬‬
‫סריקה מהירה יחסית‪.‬‬
‫מאפשר סרי‬
‫שר‬
‫‪.b‬‬
‫בואקום לא גבוה‪.‬‬
‫לעבוד ב‬
‫‪ .c‬יכול עבוד‬
‫המכשיר‪:‬‬
‫יר‬
‫חסרונות‬
‫יחסית ננמוך של ‪.0.1 amu‬‬
‫‪ .a‬דיוק חסית‬
‫יורדת עם המסה‪.‬‬
‫רגישות יורד‬
‫ת‬
‫‪.b‬‬
‫שחומרים אורגניים לא יתעבו עליהם‪.‬‬
‫ללכלוך על המוטות ולכן צריך לשמור אותם בחימום כדי שחומ‬
‫ת ללכל‬
‫‪ .c‬רגישות‬
‫‪.Ion Trap .2‬‬
‫גם כאן פועל במלכודת שדה חשמלי בעל רכיבי ‪ AC‬ו‪ DC-‬בתחום הרדיו‪ .‬יונים המגיעים לתוך‬
‫עקרון פעולה‪ :‬ם‬
‫‪ m/z‬מספיק גבוה‪ .‬במידה שלא‪ ,‬הם‬
‫המלכודת נעים עקב ככך במסלול יציב בתוכה‪ ,‬וזאת כל עוד יש להם ערך ‪m/‬‬
‫אחת בלבד )למשל בפילטר מסות(‪.‬‬
‫בידינו אפשרות לסריקה על פני תחום מסות‪ ,‬לעומת מסה אח‬
‫נפלטים לגלאי‪ .‬לכן בי‬
‫שלהם תרד ווהם יוותרו במלכודת עד לשינוי‬
‫ם‬
‫הליום בלחץ נמוך לקירור היונים‪ ,‬כך שהאנרגיה‬
‫מוזרם גז הל‬
‫ם‬
‫במערכת‬
‫במרכז המלכודת‪.‬‬
‫קטרונים הנפלטים מהפילמנט – הם המתווים את תנועת היונים ב‬
‫המתחים‪ .‬האלקטרוני‬
‫מבצע אנליזה בו זמנית למספר‬
‫שהמכשיר מב‬
‫שיר‬
‫את הרגישות ביחס לקואדרופול‪ ,‬וזאת על אך‬
‫משפר א‬
‫המכשיר אינו שפר‬
‫זהה לזו של הקואדרופול‪.‬‬
‫הרגישות זה‬
‫שות‬
‫יונים )פרגמנטים(‪ ,‬ניצול האלקטרונים בו נמוך יותר‪ .‬לפיכך נאמר כי‬
‫יתרונות המכשיר‪:‬‬
‫ניצולת יונים גבוהה מזה של הקואדרופול‪.‬‬
‫ת‬
‫‪.a‬‬
‫מובנה הן ל‪ EI-‬והן ל‪ :CI-‬עבור ‪ CI‬לא נדרש‬
‫ה‬
‫מאפשר מעין אנליזת ‪ MS-MS‬בזמן ובמרחב‪ ,‬ובכך שהוא‬
‫שר‬
‫‪.b‬‬
‫במכשיר זה הלחץ בלאו הכי נמוך יחסית‪.‬‬
‫שיר‬
‫לחץ מאוד ננמוך‪ ,‬בעוד שעבור ‪ EI‬כן נדרש לחץ נמוך‪ ,‬ואילו‬
‫בגלל הלחץ הנמוך‪ ,‬הממס יעבור‬
‫שכן בגל‬
‫במכשיר זה ניתן אף להשתמש בנוזל נושא במקום בגז נושא‪ ,‬כן‬
‫שיר‬
‫‪.c‬‬
‫אפוזיה‪ .‬לכן משתמשים לעתים באתנול‪.‬‬
‫המכשיר‪:‬‬
‫יר‬
‫חסרונות‬
‫שוהים זמן רב יחסית במכשיר‪ ,‬ועל כן קיימת סכנה ל‪ :Self CI-‬איבוד הפיק המולקולרי והזיהוי‬
‫היונים שוהי‬
‫ם‬
‫‪.a‬‬
‫הספרייתי‪ .‬בנוסך לא נוכל לבצע עיבוד ‪ SIM‬לתוצאות‪.‬‬
‫רייתי‬
‫גדולות עלולות להתפרק בתוך המלכודת‪.‬‬
‫מולקולות גד‬
‫לות‬
‫‪.b‬‬
‫לבצע ‪.self-ion monitoring‬‬
‫תן לבצ‬
‫‪ .c‬לא ניתן‬
‫‪15‬‬
‫‪:(triple quad‬‬
‫‪q‬‬
‫‪) MS-MS .3‬‬
‫הראשון‪ .‬לאחר מכן מוצב קואדרופול נוסף‪,‬‬
‫בתחילה המולקולות מיוננות‪ ,‬ומסוננות ע"י הקואדרופול אשון‬
‫עקרון פעולה‪ :‬תחילה‬
‫לקואדרופול שלישי‪ ,‬בו מבצעים‬
‫מועברים לקו‬
‫רים‬
‫פרגמנטים ע"י הזרמת גז ארגון‪ ,‬ולאחר מכן כל הפרגמנטים‬
‫ים‬
‫ליצירת‬
‫ספציפי האופייני רק לחומר הנבדק‪.‬‬
‫פרגמנט ס‬
‫מנט‬
‫אנליזה של‬
‫פיקים צפופים‪.‬‬
‫והתקבלו פ‬
‫קבלו‬
‫בעיקר במידה שההפרדה לא הייתה מספיק טובה‪,‬‬
‫משמש בעי‬
‫ש‬
‫מכשיר זה‬
‫‪(Time of‬‬
‫‪o flight) TOF .4‬‬
‫מסלול מסוים‪ ,‬זמן התלוי במסתו‪.‬‬
‫לעבור מסל‬
‫ור‬
‫שיטת האנליזה ב‪ MALDI-‬עפ"י הזמן הנדרש ליון‬
‫זוהי שי‬
‫עקרון פעולה‪ :‬והי‬
‫במכשיר‪:‬‬
‫התלות במסה ניתנת דרך המהירות‪ ,‬המחושבת ע"י האנרגיה שהוקנתה ליונים ב‬
‫) ‪= K m ( l = v ⋅ t , eV = 12 mv 2‬‬
‫‪l m‬‬
‫‪2eV‬‬
‫=‪t‬‬
‫התלוי בשורש המסה‪ ,‬או לחילופין‪ ,‬ככל שהמסה גדלה – זמן היציאה גדל בריבוע‪ .‬כמובן שגם‬
‫ניתן לראות כי הזמן ה‬
‫למעשה ‪.m/z‬‬
‫כאן המסה היא למעש‬
‫לאנליזה זו ב‪ MALDI-‬ולא בקואדרופול נובעת מהבאים‪:‬‬
‫ה‬
‫הסיבה‬
‫התדרים שניתן לספק ובתחום‬
‫בקואדרופול )עד ‪ (2000 amu‬הבאה לידי ביטוי ביחס בין התד‬
‫מסה בקו‬
‫‪ .a‬מגבלת סה‬
‫למעבר מסות‪.‬‬
‫הליניארי מעבר‬
‫המסות בו זמנית ולא באמצעות פילטר‪.‬‬
‫לכל המסו‬
‫‪ .b‬אנליזה ל‬
‫גלאים‪:‬‬
‫‪(Electron‬‬
‫‪tron M‬‬
‫‪Multiplier) EM .1‬‬
‫כתוצאה מכך נוצר בדינודה מוקד חם‪,‬‬
‫פוגע בדינודה‪ ,‬אשר ממותחת שלילית כדי למשוך אותו‪ .‬כתוצ‬
‫עקרון פעולה‪ :‬היון פוג‬
‫הפגיעה על שטח גדול‪,‬‬
‫פולט אלקטרונים )פליטה תרמיונית( ומתקרר אט אט )אם ה‬
‫ההתחממות פו‬
‫מות‬
‫שבזמן‬
‫המסה ב‪ ,MALDI-‬כי ככל‬
‫לת המ‬
‫מהירה יותר‪ ,‬ולא ייפלטו מספיק אלקטרונים‪ .‬זוהי מגבלת‬
‫תהיה מהי‬
‫ההתקררות היה‬
‫בפליטת האלק'(‪ .‬תהליך זה הינו‬
‫ירידה בפ‬
‫שהמולקולה גדולה‪ ,‬גם שטח הפגיעה פחות ממוקד‪ ,‬מתקרר מהר ויש דה‬
‫המתח‪ ,‬ובכל פגיעה מוכפל מספר‬
‫שינוי המת‬
‫י‬
‫לאלקטרון‪ .‬האלקטרון ממשיך לפגוע בדינודות הבאות עקב‬
‫טרון‬
‫המרת יון‬
‫נוצר פולס של אלקטרונים‪ ,‬המומר למתח דרך הנגד‪.‬‬
‫בכך נוצ‬
‫האלקטרונים‪ .‬כך‬
‫‪Channeltron .2‬‬
‫דינודות זכוכית)מצופות סגסוגת( בצורת‬
‫גלאי זה עובד על אותו עקרון כמו ה‪ ,EM-‬אך מכיל רצף ודות‬
‫עקרון פעולה‪ :‬לאי‬
‫מוליכות קטנה ולכן נופל עליה מפל מתח רציף‪ .‬המערכת עמידה בפני קורוזיה‪ ,‬שכן מדובר‬
‫שופר‪ ,‬אשר לה מוליכו‬
‫בזכוכית‪ ,‬והיא מסתמכת גם כן על מנגנון הנקודה החמה‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫‪Convertion Dynode .3‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬גלאי זה זהה ל‪ ,Channeltron-‬אולם הפעם היון פוגע תחילה בדינודה במתח מוגבר )‪,(-10 KV‬‬
‫ולכן בה מתבצע תהליך המרת היון לאלקטרון ללא פגיעה בנק' החמה‪ .‬ניתן הפעם לבצע אנליזת מסות גדולות ע"י‬
‫הגברת המתח רק בדינודה הראשונה – מבלי להרוס את האמפליפיקציה‪.‬‬
‫‪MCP .4‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬זהו מערך של מספר ‪ ,channeltrons‬מספר גלאים העובדים במקביל‪ ,‬ולכן מתאפשר גילוי מסות בו‬
‫זמנית‪ .‬מסיבה זו‪ ,‬זהו הגלאי בו עושים שימוש ב‪.MALDI-‬‬
‫עיבוד אות‪:‬‬
‫‪Full Scan .1‬‬
‫מספר סריקות בשנייה‪ ,‬לקבלת כל היונים שנקלטו בזמן מסוים‪ ,‬כלומר מקבלים ספקטרום בזמן נתון‪.‬‬
‫‪SIM .2‬‬
‫זוהי שיטה המשמשת אנליזת יון ספציפי בעל ‪ m/z‬ידוע‪ .‬הואיל ומתמקדים בכל זמן נתון באותו ערך של ‪,m/z‬‬
‫מדובר בשיטה רגישה וסלקטיבית‪ ,‬ללא איבוד אות‪.‬‬
‫‪RSIM .3‬‬
‫הצגת יון ספציפי‪ ,‬אולם כנגד הזמן‪.‬‬
‫‪.Library Search .4‬‬
‫זיהוי ספרייתי המתאים לניסיונות ‪ ,EI‬כאשר החסרונות הינם‪:‬‬
‫א‪ .‬אי יכולת להבחין בין איזומרים‪.‬‬
‫ב‪ .‬לא מאפשר להפריד בין מולקולות שונות שלא הופרדו כראוי‪.‬‬
‫ג‪ .‬בריכוז נמוך של דוגמה נקבל רעש שיפריע להשוואה עם הספקטרום הספרייתי‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫‪Elemental Analysis‬‬
‫השיטה מיועדת לאנליזה של מתכות‪ ,‬ודורשת את המסת המתכת )למשל בחומצה( ולאחר מכן ביצוע אטומיזציה‪ ,‬שכן‬
‫אנליזת המתכת בתוך בממס לא תאפשר קבלת פיקים חדים‪ ,‬אלא יתקבלו פיקים רחבים עבור ההידראט‪ ,‬שעלולים אף‬
‫להתמזג אחד בשני‪.‬‬
‫התרחבות פיקים נובעת מ‪:‬‬
‫‪ .a‬עקרון אי הודאות‬
‫‪ .b‬אפקט דופלר‬
‫‪ .c‬התנגשויות )הגורם הדומיננטי(‬
‫תרשים כללי‪:‬‬
‫בתהליך אטומיזציה בלהבה מנודף הממס‪ ,‬והדוג' הופכת לגז‪ ,‬תוך שנוצר ש"מ בין המלח לאטומים‪. MX ↔ M + X :‬‬
‫חלק מהאטומים במצב מעורר‪ ,‬כשהאוכלוסייה במצב זה נתונה ע"י‪ − ∆E  :‬‬
‫‪g2‬‬
‫‪‬‬
‫‪exp‬‬
‫‪g1‬‬
‫‪ K BT ‬‬
‫עפ"י רוב היחס בין האוכלוסיות הינו מסדר גודל של‬
‫‪−4‬‬
‫‪N 2 = N1‬‬
‫) ‪∆E‬‬
‫זו אנרגית העירור(‪.‬‬
‫‪ , 10‬כאשר ניתן לראות כי הוא תלוי אקספוננציאלית ב‪. ∆E -‬‬
‫שיטות אטומיזציה‪:‬‬
‫‪ .1‬פליטה אטומית‬
‫דגש על אוכלוסיית המצב המעורר‪ :‬כל אטום פולט כ‪10 4 -‬‬
‫‪5‬‬
‫ולגלות כ‪ 10 -‬אטומים בשנייה‪ .‬תהליך זה מתאים בעיקר לאנליזת מתכות אלקליות ואלקליות עפרוריות‪.‬‬
‫פוטונים בשנייה‪ ,‬ובעזרת ‪ PMT‬ניתן לאסוף ‪ 1%‬מהאור‬
‫חסרונות בשיטה‪:‬‬
‫‪ .a‬שינויי טמפרטורה קטנים משפיעים על אוכלוסיית המצב המעורר בצורה אקספוננציאלית‪ ,‬ולכן נקבל אי יציבות‬
‫במדידה‪.‬‬
‫‪ .b‬סלקטיביות‪ :‬הרגישות למתכות אלקליות ואלקליות עפרוריות חזקה מאוד‪ ,‬ולכן לא נבחין במתכות מַ עבר‬
‫בסביבתן‪.‬‬
‫‪ .2‬בליעה אטומית‬
‫דגש על כמות הפוטונים שנבלעו – ע"פ חוק בר למברט ‪I -‬‬
‫‪I0‬‬
‫‪ A = − log‬ולכן חצי מהזמן האור עובר דרך הלהבה‬
‫וחצי במעקף )דרך המראות( כדי למדוד את ‪. I 0‬‬
‫חסרונות בשיטה‪:‬‬
‫‪ .a‬הפרעות כימיות של חומרים נוספים בדוגמא אשר בולעים‪ .‬ניתן לבצע ‪ Source Self Reversal‬ע"י הגברת זרם‬
‫המנורה‪ ,‬הגורמת לעלייה בטמפרטורה ולהרחבה גדולה של הפיק של המרכיב הנבדק‪ ,‬עקב אפקט דופלר‪ ,‬עד‬
‫לכדי התפצלות הפיק לשניים‪ .‬אזי ניתן להסיק מהו הפיק השייך למרכיב הנבדק‪.‬‬
‫‪ .b‬ניתן למדוד רק את האטומים שהמנורה מכילה‪.‬‬
‫‪ .c‬היווצרות תחמוצות של מתכות רפרקטיות‪ ,‬הגורמות לפיזור אור‪ .‬ננסה להתגבר על בעיה זו ע"י הגדלת כמות‬
‫הדלק ויצירת להבה מחזרת‪.‬‬
‫הלהבה‬
‫קיימים סוגי להבות שונים‪ ,‬כאשר להבות המכילות חמצן חמות מאלו המכילות אוויר‪ ,‬שכן באוויר יש חנקן המוסיף קיבול‬
‫חום ומוריד את הטמפ'‪ .‬טמפרטורות הלהבות נעות בין ‪ 1000‬ל‪ 3500-‬מעלות צלזיוס כאשר טמפ' גבוהה מדי עלולה‬
‫להתיך חלקים במכשיר‪ .‬מבנה הלהבה‪:‬‬
‫‪ (1‬אזור בעירה ראשי ‪ -‬האזור בו החמצון מתחיל )יש עודף דלק(‪ .‬עתיר ריאקציות והטמפ' אינה‬
‫גבוהה‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫וסקופיה‪ .‬המרחק של האזור הוא כ‪2 -‬‬
‫‪ (2‬אזור בעירה משני ‪ -‬האזור הזה הוא החם ביותר ולכן בו מתרחשת הספקטרוסקופי‬
‫המתכות לא מתחמצנות עדיין‪.‬‬
‫שרוב המ‬
‫‪ cm‬מהפיה כך רוב‬
‫‪ (3‬אזור בעירה חיצוני ‪ -‬סיום הבעירה בגלל עודף חמצן‪ ,‬אזור פחות חם‪.‬‬
‫‪Laminar flow burner‬‬
‫הספריי מיוצר ע"י לחץ אוויר‪ ,‬אשר משמש‬
‫של טיפות קטנות )‪ ,(aerosol‬המגיע אל הלהבה‪ .‬ספריי‬
‫ספריי ש‬
‫עקרון פעולה‪ :‬יצירת פריי‬
‫הלהבה ה‪.Pre-mixed-‬‬
‫לאחר מכן ליצירת הבה‬
‫נשים לב שמדובר בלהבה קווית‪ ,‬וזאת‬
‫טיפות גגדולות כך שרק הטיפות העדינות תגענה ללהבה‪ .‬שים‬
‫תפקיד המעבה לנזל יפות‬
‫האופטית‪.‬‬
‫הדרך הא‬
‫במטרה להגדיל את דרך‬
‫‪ sprayer‬מטעמי בטיחות‪ ,‬במקרה שנוצר ‪ .backfire‬מסיבה זו קיים גם שסתום ביטחון והוא משחרר‬
‫‪spr‬‬
‫לא מוכנס דלק ל‪-‬‬
‫קיים התקן לשחרור עודפי נוזל‪.‬‬
‫בנוסף קי‬
‫את עודפי האנרגיה‪ .‬נוסף‬
‫‪ho‬‬
‫‪hollow‬‬
‫מנורת ‪cathode‬‬
‫מתח של ‪ 1KV‬בין האנודה לקתודה‪ ,‬וכתוצאה מכך נוצרת פלסמה של יוני הארגון )או הניאון(‪.‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬יוצרים תח‬
‫פלסמה המכילה גם את אלמנט האור‬
‫שנוצרת פלס‬
‫רת‬
‫שאותם רוצים לבדוק‪ ,‬והפלסמה פוגעת בה כך‬
‫באלמנטים ש‬
‫נטים‬
‫הקתודה מצופה‬
‫המבוקש‪ ,‬היוצא דרך החלון ומשמש לספקטרוסקופיה‪ .‬למעשה‪ ,‬הפלסמה יוצרת אטומי מתכת מעוררים‪ ,‬שפולטים אור‬
‫להיפלט אור גם של קומפלקסי פלסמה עם אטומי מתכת‪.‬‬
‫בעת הרלקסציה‪ .‬עלול להיפל‬
‫הקתודה חלולה‪ ,‬וזאת על מנת להאריך‬
‫הקתודה מכילה בין ‪ 1‬ל‪ 8-‬אלמנטים נבדקים‪ ,‬כך שניתן לקבל ספקטרה שונים‪ .‬קתודה‬
‫המתכת‪ .‬אם הם פוגעים בדפנות – אלה‬
‫פגיעת הפלסמה היונית בקתודה‪ ,‬מתנדפים אטומי מתכת‬
‫את חיי המנורה‪ ,‬שכן בעת פגי‬
‫מרוחק‪.‬‬
‫החלון מ‬
‫נעשה בתוך הסליל‪ ,‬האפקט קטן‪ ,‬ומאותה הסיבה גם חלון‬
‫הנידוף נעש‬
‫וף‬
‫משחירות‪ .‬כאשר‬
‫למנוע מעבר אלקטרונים ישיר מהאנודה לקתודה‪.‬‬
‫הזכוכית למ‬
‫כית‬
‫תפקידו של סיכוך‬
‫‪:Electro‬‬
‫‪tro Th‬‬
‫‪Thermal vaporization‬‬
‫זוהי שיטת אטומיזציה נוספת‪.‬‬
‫מוזרקת‬
‫כורית( של גרפיט המחוברת למקור מתח משני הצדדים מוזרק‬
‫עקרון פעולה‪ :‬לצינורית )כורי‬
‫חשמלי מנודף הממס ב‪ 150-‬מעלות צלזיוס‪ .‬לאחר מכן‪ ,‬ע"י מס' פולסים‬
‫הדוגמה‪ ,‬וע"י חימום שמלי‬
‫המרכיב‬
‫טמפרטורה גבוהה של ‪ 1200‬עד ‪ 1300‬מעלות צלזיוס‪ ,‬מנודף המרכי‬
‫חשמליים היוצרים פרטורה‬
‫טומיזציה‪.‬‬
‫הנבדק ומתקבלת האטומיזצי‬
‫השיטה רגישה במספר סדרי גודל מהלהבה‪ ,‬היות שהדוגמה שוהה בכורית זמן רב יותר‬
‫מגיבה יויותר זמן עם האור‪ .‬מנגד‪ ,‬חלה תגובה עם הגרפיט‪ ,‬קבלת‬
‫לקבלת‬
‫מאשר בלהבה‪ ,‬ולכן גיבה‬
‫משמשת רק כאשר נדרש דיוק גבוה‬
‫מטריצה‪ ,‬ועל כן נקבל הפרעות בבליעה‪ .‬לפיכך השיטה משמש‬
‫ואלמנטי מטר‬
‫טי‬
‫תרכובות שונות‬
‫משתמשים בלהבה‪.‬‬
‫אחר משת‬
‫ביותר‪ ,‬ובכל מקרה ר‬
‫‪19‬‬
‫‪:Inductively‬‬
‫‪ely co‬‬
‫‪coupled plasma - AE‬‬
‫‪.multi-elemen‬‬
‫שיטה ל‪lemental analysis-‬‬
‫משתמשים בפלסמה של ארגון‪ ,‬ליצירת קשת השראית‪,‬‬
‫עקרון פעולה‪ :‬בשיטה זו משת‬
‫גבוהות מאוד של ‪ 8000‬מעלות צלזיוס‪ ,‬ולכן בהתקן מוזרמים‬
‫שיוצרת טמפרטורות בוהות‬
‫מים דרך צינור נחושת לקירור המערכת‪ .‬הדוגמה עצמה נסחפת ע"י גז ארגון בר‬
‫לעבר‬
‫הספריי‪ ,‬כאשר רצוי שהטיפות יהיו‪:‬‬
‫נבולייזר‪ ,‬היוצר את ספריי‬
‫א‪ .‬טיפות קטנות‪ ,‬אשר אותן ניתן לנדף בקלות‪.‬‬
‫ב‪ .‬טיפות בגודל אחיד‪ ,‬לקבלת פיקים אחידים ביחס לאותה כמות חומר ל‬
‫בכל‬
‫טיפה‪.‬‬
‫ת‬
‫דיודות‬
‫העירור‪ ,‬והאור המתקבל עובר דרך מונוכרומטור לסריג‬
‫הפלסמה יוצרת את עירור‬
‫הספקטרום מנותח בו זמנית )הכוונה לספקטרום כל‬
‫שכל הספק‬
‫לצורך הגברה‪ ,‬כך ל‬
‫האלמנטים בו זמנית(‪.‬‬
‫בים‬
‫מרכיבים‬
‫רגישות השיטה אינה עולה על זו של ‪ ,AA‬ונשתמש בה רק לאנליזת מספר‬
‫מתכתיים בו זמנית‪.‬‬
‫של איזוטופים‪ .‬הפלסמה מתפשטת דרך חריר לואקום‪,‬‬
‫לאנליזה ש‬
‫ליזה‬
‫‪ ICP-MS‬זו שיטה‬
‫בהתפשטות על קולית‪ ,‬כאשר היא מכילה צורונים מיוננים‪ ,‬שאותם מושכים ל‪MS-‬‬
‫עוברים אנליזת קואדרופול‪.‬‬
‫אלקטרוסטטית‪ .‬ב‪ MS-‬הם עו‬
‫ה‪ ICP-MS-‬הוא הכלי הרגיש ביותר )עד ‪10 −14 ppq‬‬
‫מגלה את כל האלמנטים בו זמנית‪ ,‬ומכיל‬
‫ה‬
‫חלקיקים(‪ .‬כמו כן הוא‬
‫איזוטופית‪.‬‬
‫כאמור אינפורמציה זוטופית‬
‫יחידות‬
‫‪−6‬‬
‫‪10‬‬
‫‪10 −9‬‬
‫‪10 −12‬‬
‫‪10 −15‬‬
‫=‬
‫‪parts per million‬‬
‫=‬
‫‪ppm‬‬
‫=‬
‫‪parts per billion‬‬
‫=‬
‫‪ppb‬‬
‫=‬
‫‪parts per trillion‬‬
‫=‬
‫‪ppt‬‬
‫=‬
‫‪parts per quadrillio‬‬
‫‪adrillion‬‬
‫=‬
‫‪ppq‬‬
‫)עוד( דברים לזכור‬
‫חנקן‪ ,‬לקוטלי חרקים יש זרחן ולכן לרוב נשתמש ב ‪.GC--NPD‬‬
‫לרוב חנק‬
‫בסמים ותרופות יש וב‬
‫ולכן צריך ‪) FPD‬גם נייד אז אפשר בשטח(‪.‬‬
‫גז חרדל יש גפרית ן‬
‫חומרים לכן רצוי להשתמש ב ‪.MS-MS‬‬
‫בשתן של נשים יש כל מיני חו‬
‫לכספית‪.‬‬
‫פית‬
‫בדגים סיכוי סביר‬
‫‪ – GC Capilaric TCD‬לגילוי גזי בישול\גזים פרמננטים אחרים‪.‬‬
‫שתמשים ב‪.ECD‬‬
‫דרביטיזציה עם יצור המכיל הרבה פלוארים‪ CH2BrC4F6‬ומשתמשי‬
‫יטיזציה‬
‫להורמונים עושים‬
‫ארומה – תיול ‪!S-H‬‬
‫מקבילי של מספר יסודות‪.‬‬
‫זיהוי מק‬
‫‪ – ICP-AE‬מאפשר הוי‬
‫‪20‬‬