بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به بررسی اثر هماهنگی زمانی بین عوامل زمانی موثر بر طیفسنجی جرمی دام یونی پائول پرداخته شده است. طیف سنجی جرمی دام یونی پائول یکی از ابزارهای قدرتمند در جداسازی و بررسی واکنشها محسوب میشود. برای آنکه طیف سنج جرمی دام یون پائول بتواند طیف جرمی مناسب یک گاز را تولید کند، باید بین عملکرد چشمه یونی، دام یونی و آشکارساز، هماهنگی زمانی مناسب وجود داشته باشد، از اینرو این اثر با تغییر زمانهای هر بخش - پهنای زمانی یونیزاسیون، اسکن ولتاژ RF و زمان اعمال پتانسیل استخراج - مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته و نتایج حاکی از آن است که با اعمال پتانسیل استخراج یون در اواخر اسکن ولتاژ RF می توان به علامت به نویز - S/N - مناسبی و FWHM کوچکتر دست یافت. در این پژوهش از مولکول دیاکسیدکربن بهعنوان مولکول هدف استفاده شده است.
کلمات کلیدی: طیفسنج جرمی دام یونی پائول، ولتاژ RF، هماهنگی زمانی، چشمه یونی، آشکارساز، دیاکسیدکربن،
مقدمه
موضوع دامهای یونی مورد استفاده در طیف سنجی جرمی، به سال 1950 برمیگردد، که با بکار گرفتن تخصصهای مختلفی مانند طیف سنجی جرمی، فیزیک پرتو یونی، شتابدهی ذرات باردار و با استفاده از فناوریهای پیشرفته به تکامل رسیده است. در سالهای اخیر، دامهای یونی متعددی ساخته و بکار گرفته شدهاند که مهمترین آنها عبارتند از: دام یونی پنینگ، دام یونی خطی و دام یونی پائول .
تکنیک محصور سازی یک ابر یونی یا یک یون منفرد در دامهای یونیفرکانس رادیویی، کمک شایانی به پیشبرد پژوهشهای مدرن و بالا بردن کیفیت استاندارد فرکانس اتمی و طیفسنجی جرمی کرده است .دام یونی پائول، از سه الکترود شامل یک الکترود حلقهای و دو الکترود کلاهکی تشکیل شده است که فضای ایجاد شده در داخل دام و ابعاد تله یکی از پارامترهای تاثیرگذار در رفتار دینامیکی یونها میباشد. محصورسازی در دام یونی پائول، به کمک نوسانات فرکانس رادیویی - RF - صورت میگیرد.
با اعمال پتانسیلهای RF و DC به الکترودها، چاه پتانسیلی ایجاد میشود که یونها در داخل آن در جهت محورهای z ، r - به ترتیب فاصله از مرکز دام به سمت کلاهک و الکترود حلقوی - محصور میگردند. با جاروب کردن پتانسیلهای RF و DC میتوان حرکت یونها را ناپایدار کرد و سپس با توجه به مقادیر مختلف M/Z ، یونها را تفکیک و آشکارسازی نمود. همانند دیگر دامهای یونی، ابتدا یونهای با M/Z سبکتر و سپس یونهای با M/Z سنگینتر به آشکارساز میرسند البته بغیر از جاروب پتانسیل روش پتانسیل پالسی نیز در مقالات گزارش شده است.
که در این راستا در میدانهای ضعیف، تغییرات مرتب رادیو فرکانسی RF قابل اغماض شمرده شده است. زمانی که دام یونی پائول بعنوان طیفسنج جرمی بکار گرفته می شود، حساسیت و قدرت تفکیک پیک های حاصل، از پارامترهای مورد توجه دانشمندان بشمار میآیند در این دستگاه، یکی از روشهای مناسب برای افزایش توان تفکیک دام یونی پائول، اعمال صحیح پارامترهای وابسته به زمان می باشد. با کنترل زمانی این عوامل همچون زمان مورد نیاز یونیزاسیون، مدت زمان اعمال ولتاژ RF و زمان بکارگیری ولتاژ استخراج برای خارج کردن یونها از دام یونی پائول، میتوان به افزایش علامت به نویز پیک های عناصر دست یافت.
تله یونی مورد استفاده ساخته شده از استیل ضد زنگ شامل سه الکترود : یک الکترود حلقوی - رینگ الکترود - و دو الکترود کلاهکی با شکل هندسی هذلولی می باشد. اثر شکل فضای دام تاثیر مهمی بر رفتار یونهای تشکیل شده در دام دارد و مقالاتی نیز دال بر اثر شکل فضای بر افزایش قدرت تفکیک گزارش شده است . در این مقاله از دیاکسیدکربن به عنوان مولکول هدف استفاده شده است. دی اکسید کربن به عنوان یکی از گازهای گلخانهای از اهمیت زیست محیطی ویژهای برخوردار است. مولکول دیاکسیدکربن طی یونیزاسیون به روش بمباران الکترونی، مطابق واکنش زیر به یون تبدیل میشود.
در دام یونی پائول، تنها از میدانهای الکتریکی برای محصورسازی ذرات بار دار استفاده میشود و میدان های مغناطیسی در آن نقشی ندارند. محصورسازی در دام یونی پائول، به کمک نوسانات فرکانس رادیویی - RF - صورت میگیرد. با اعمال پتانسیلهای RF وDC به الکترودها، چاه پتانسیلی ایجاد میشود که یونها در داخل آن در جهت r, z محصور میگردند. با جاروب کردن - تغییر دادن - پتانسیلهای RF و DC نسبت به زمان میتوان حرکت یون ها را ناپایدار کرد و سپس با توجه به مقادیر مختلف m/z، یون ها را تفکیک و آشکارسازی نمود. یون های ناپایدار، از سوراخ کلاهک بالایی به بیرون از دام انداخته می شوند. همانند دیگر دام های یونی، ابتدا یون های با m/z سبک تر و سپس یون های با m/z سنگینتر به آشکارساز میرسند. در شکل 1 نمایی از دام یونی پائول آورده شده است.
آشکار ساز
نمای طرح وار دام یونی پائول - فاصله از مرکز دام به سمت الکترود حلقوی و فاصله از مرکز دام به سمت کلاهک بهینه سازی دستگاه تحت تاثیر این واقعیت است که پارامترهای عملیاتی درست تنظیم گردند. از اینرو اعمال زمانی کافی و مناسب برای یونیزاسیون، همچنین اعمال ولتاژRF در بازه زمانی کافی و از همه مهمتر شروع پتانسیل استخراج مناسب از عوامل بسیار مهمی است که بر روی تفکیک پیک های حاصل از دستگاه و نیز انتقال یون ها به آشکار ساز تاثیر گذار می باشند از این رو در این پژوهش سعی شده با بررسی شرایط زمان بندی مختلف بهترین شرایط برای یافتن پیک مناسب گاز CO2 یافت شود.
روش آزمایش
تله یونی مورد استفاده ساخته شده از استیل ضد زنگ شامل سه الکترود : یک الکترود حلقوی - رینگ الکترود - و دو الکترود کلاهکی می باشد . پمپ مورد استفاده پمپ توربو با برند سوئیسی با توان خلاء ساز 10-6 تور میباشد. گاز مورد استفاده در این کار، دی اکسید کربن با درجه خلوص میباشد. مقدار گاز مورد استفاده در تمامی آزمایشات برابر 780 میکروگرم میباشد. ابتدا با استفاده از پمپ، خلاء در حدود 10- 5تور، در داخل دام ایجاد کرده و سپس از طریق میکرو شیرها، گاز دیاکسیدکربن به داخل دام هدایت میشود.
طبق برنامه زمانی طراحی شده، از طریق کامپیوتر پهنای زمانی لازم برای یونیزاسیون، اسکن ولتاژ RF و نیز زمان بکارگیری ولتاژ استخراج یون تنظیم میگردد. سیگنال خروجی از طریق اسیلوسکوپ چهارکاناله 200 مگا هرتز ثبت میشود. دو سری آزمایشات انجام گردید. ابتدا تنظیم زمانی انجام شد و نتایج گنجانده شده است. با بررسی نتایج حاصله، تنظیمات زمانی انجام شد.
