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द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री एक शक्तिशाली विश्लेषणात्मक तकनीक है जिसका उपयोग आयनों के द्रव्यमान-प्रति-चार्ज अनुपात को मापने के लिए किया जाता है। यह यौगिकों की आणविक संरचना और संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है, जिससे यह भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में एक अमूल्य उपकरण बनता है। यह विधि अज्ञात पदार्थों की पहचान करने, अणु में तत्वों की समस्थानिक संरचना का निर्धारण करने और जटिल यौगिकों की संरचना को स्पष्ट करने में सहायक होती है।
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री का परिचय
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री का मूल सिद्धांत सरल है। एक नमूना आयनीकृत होता है, और उत्पन्न आयनों को उनके द्रव्यमान-प्रति-चार्ज अनुपात (m/z) के आधार पर अलग कर दिया जाता है। इसके बाद डिटेक्टर इन आयनों को रिकॉर्ड करता है, और परिणामी द्रव्यमान स्पेक्ट्रम आयनों की प्रचुरता को द्रव्यमान-प्रति-चार्ज अनुपात के कार्य के रूप में प्रदर्शित करता है।
यह प्रक्रिया कई चरणों में विभाजित की जा सकती है:
- आयनीकरण: नमूने से आयनों का निर्माण।
- त्वरण: आयनों को विद्युत क्षेत्र के माध्यम से त्वरित किया जाता है।
- विचलन: आयनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विचलित किया जाता है।
- पता लगाना: आयनों का पता लगाया जाता है, और डेटा रिकॉर्ड करने के लिए मास स्पेक्ट्रम तैयार होता है।
आयनीकरण तकनीक
विभिन्न प्रकार के यौगिकों के लिए उपयुक्त विभिन्न आयनीकरण तकनीकों का उपयोग द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री में किया जाता है:
इलेक्ट्रॉन आयनीकरण (EI)
m + e⁻ → m⁺ + 2e⁻
इलेक्ट्रॉन आयनीकरण में, एक इलेक्ट्रॉन किरण का उपयोग नमूना अणुों पर प्रहार करने के लिए किया जाता है, जिससे वे एक इलेक्ट्रॉन खो देते हैं और सकारात्मक आयन बनाते हैं। ईआई एक कड़ा आयनीकरण तकनीक है जो अक्सर व्यापक विखंडन का कारण बनती है।
रासायनिक आयनीकरण (CI)
M + reagent⁺ → [M+H]⁺ + fragment
रासायनिक आयनीकरण गैस चरण में आयन-मूलक प्रतिक्रियाओं में शामिल होता है। सबसे पहले एक अभिकर्मक गैस (जैसे मीथेन) को आयनीकृत किया जाता है, जो तब नमूना के अणुओं को आयनीकृत करता है। सीआई एक कोमल तकनीक है जो अक्सर अखंड आणविक आयनों में परिणित होती है।
इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (ESI)
इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण का प्रचलन ध्रुवीय और बड़े जैविक अणुओं के लिए किया जाता है। नमूना एक विलायक में घुल जाता है और इसे एक चार्ज की सुई के माध्यम से छिड़काव किया जाता है, जिससे एक उत्तम धुंध बनती है। विलायक वाष्पीकरण चार्ज बूँदों के परिणामस्वरूप आयनों में समाप्त होता है।
मास एनालाइज़र
मास एनालाइज़र आयनों को उनके द्रव्यमान-प्रति-चार्ज अनुपात के आधार पर अलग करते हैं। प्रत्येक के अपने अनुप्रयोग और शक्तियां वाली विभिन्न प्रकार के एनालाइज़र विकसित किए गए हैं:
क्वाड्रपोल मास एनालाइज़र
क्वाड्रपोल मास एनालाइज़र चयनात्मक रूप से आयनों को फिल्टर करने के लिए दोलन वाले इलेक्ट्रिक क्षेत्रों का उपयोग करते हैं। केवल विशिष्ट द्रव्यमान-प्रति-चार्ज अनुपात वाले आयन डिटेक्टर के माध्यम से गुजरते हैं। उनकी दृढ़ता और सरलता के कारण क्वाड्रपोल एनालाइज़र नियमित मात्रात्मक विश्लेषण के लिए आदर्श हैं।
समय-की-उड़ान (TOF) मास एनालाइज़र
टीओएफ मास एनालाइज़र में, आयनों को त्वरित किया जाता है और एक ट्यूब के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है। विभिन्न m/z अनुपात वाले आयन विभिन्न समय पर डिटेक्टर तक पहुँचते हैं। टीओएफ एनालाइज़र उच्च द्रव्यमान सटीकता प्रदान करते हैं और बड़े जैविक अणुओं के लिए उपयोगी होते हैं।
मैग्नेटिक सेक्टर मास एनालाइज़र
मैग्नेटिक सेक्टर एनालाइज़र आयनों को उनकी गति के आधार पर अलग करने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करते हैं। इस प्रकार के विश्लेषक उच्च द्रव्यमान रिज़ॉल्यूशन प्रदान करते हैं और अक्सर उच्च सटीकता अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।
डेटेक्टर
एक बार अलग हो जाने के बाद, आयनों को एक डिटेक्टर द्वारा पकड़ा जाता है जो प्रत्येक आयन बीम की तीव्रता को मापता है। सबसे सामान्य प्रकार के डिटेक्टर हैं:
- फैराडे कप: आयनों का एक साधारण संग्रहकर्ता जो उस पर गिरने वाले आयनों द्वारा प्रेरित धारा को मापता है। बड़े धारा के लिए उपयुक्त।
- इलेक्ट्रॉन गुणक: निम्न आयन धाराओं का पता लगाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की पुनरावृत्ति उत्पन्न करके एक प्रवर्धक।
- माइक्रोचैनल प्लेट (MCP): उच्च गति और उच्च संवेदनशीलता आवश्यकताओं के लिए आयन संकेतों को बढ़ाता है।
केस अध्ययन: मास स्पेक्ट्रम की व्याख्या
इथेनॉल (C 2 H 5 OH) के मास स्पेक्ट्रम पर विचार करें। प्रमुख चोटियों में शामिल हो सकते हैं:
- m/z = 46: आणविक आयन शिखर C 2 H 5 OH⁺ का प्रतिनिधित्व करता है।
- m/z = 31: आयन CH2OH⁺ का प्रतिनिधित्व करता है।
- m/z = 29: आयन C 2 H 5 ⁺ के साथ संगत है।
- m/z = 28: कार्बन मोनोऑक्साइड (CO⁺) अंश को इंगित करता है।
मास स्पेक्ट्रा की व्याख्या करने में विखंडन पैटर्न को समझना शामिल होता है, जो यौगिक की संरचना को समझने में सहायता करता है।
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के अनुप्रयोग
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री की बहुमुखता इसे कई क्षेत्रों में मूल्यवान बनाती है:
प्रोटिओमिक्स
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री जटिल जैविक नमूनों में प्रोटीन की पहचान और मात्रा के लिए आवश्यक है, जैवमार्कर की खोज और रोग तंत्र को समझने में सहायता करती है।
मेटाबोलोमिक्स
यह तकनीक जैविक प्रणालियों के भीतर चयापचय की पहचान करती है, और बीमारी की स्थितियों, दवा के उत्तर, और चयापचय मार्गों के बारे में जानकारी प्रदान करती है।
पर्यावरणीय विश्लेषण
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री सूक्ष्म स्तर पर पर्यावरण में प्रदूषकों का पता लगाती है, जो स्वास्थ्य विनियमों का पालन सुनिश्चित करती है।
फोरेंसिक विज्ञान
ड्रग परीक्षण, विष विज्ञान, और आपराधिक जांच में पदार्थों की पहचान के लिए इसका उपयोग किया जाता है।
द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री का भविष्य
आयनीकरण तकनीकों, मास एनालाइज़र, और डिटेक्टर में प्रगति ने शोध और उद्योग पर नाटकीय प्रभाव के साथ संवेदनशीलता, सटीकता, और गति में सुधार करते हुए ड्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के अनुप्रयोगों और क्षमताओं का विस्तार जारी रखा है।
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