Ioontsüklotronresonants ICR

1. IoontsüklotronresonantsICR

2. Töö põhimõte • Laengule mõjub magnetväljas Lorentz’i jõud: • Koos Newton’i II seadusega: • Mass-laengu suhte m/Q vastastikmõju elektri- ja magnetväljaga uurib mass-spektromeetria • Kasutatakse staatilisi või dünaamilisi elektri- ning magnetvälju. • ICR kasutab püsimagnetväljaga ristiolevat kõrgsagedustpinget, et magnetväljas spiraalselt liikuvaid osakesi tsükliliselt kiirendada. • See on tsüklotroni põhimõte - laetud osakeste kiirendi, mis kasutab püsimagnetvälja ning kiirendavat pinget

3. Tsüklotronresonantsi tingimus • Lorentz’i jõud põhjustab siin kesktõmbejõudu, mis viib ioonid spiraalse liikumiseni: • Seega: ehk • Resonantstingimus: kindla mass-laengu suhtega ioonid resoneeruvad sellele vastaval sagedusel, neelates kiirendavat kõrgsagedusenergiat.

4. “Traditsioonilise” ICR etapid • Kõrgvaakumi tekitamine (ioonid lühiealised ja reaktiivsed, võõrkehade mõju, põrked õhu molekulidega) • Materjali ioniseerimine (keemiline; optiline: laser-, fotoionisatsioon; elektriline: electro-spray, elektronkiirtega) • Ioonide kollimeerimine • Ioonjuht, mõõterakk (kõrgvaakumis) • Vahelduvpingega mõjutamisel saavutatakse sagedusele vastava mass-laengu suhtega ioonide resonants. • Energia neeldumise tulemuseks on resonants-sagedusele vastava mass-laengu suhtega molekulide eraldumine ruumiliselt. • Vastavate ioonide koguarvu detekteerimine (elektronkordisti, Faraday Cup) • Mass-spektri moodustamine

5. Fourier Transform - ICR • Reaktsioonide dünaamika, suurem lahutusvõime: Fourier transform: f(t) → f(ω) ~ f(m/q) • Peamised erinevused: • Ioonid suletakse “korduvkasutamiseks” Penningu lõksu • Detekteerimine toimub samaagselt kõikide ioonide jaoks: • Ergastamine toimub suure energiaga lühiajaliste impulssidega • Suurem lahutusvõime nõuab suuremaid sagedusi, sealt ka: • Suur magnetvälja tugevus - ülijuhtmagnet, mis on ühtlasi stabiilsem

6. FT – ICR detekteerimine • Detekteerimise iseloomu tõttu on vajalik ergastamine suure energiaga ja lühiajalise impulsiga • Alustatakse madalamatest sagedustest, kuna kiirendavast pingest saadav kiirus on : • 1) Moodustuvad samasuguse ja jääva nurkkiirusega osakeste paketid • 2) Paketid koguvad kiirust (raadius suureneb), liikudes detektorplaatidele lähemale • Signaal indutseeritakse vooluna välises ahelas, ioonpakettide liikumisel detektorplaatide lähedalt • Mõõtmine toimub välisel takistil, millel saadakse vahelduvpinge: interferogramm, mis koosneb siinuslainete superpositsioonist - time domain • Ioonid kaotavad samal ajal energiat, vähendades tiirlemisraadiust. Sellist signaali nimetatakse free induction decay (fid) • Mida suuremad on sagedused, seda lühem võib olla samaväärse signaali kestvus. Sellest ka nõudlus suuremate sageduste ning magnetvälja tugevuse järgi. • Fourier teisendusega saadakse sagedusspekter - frequency domain • Võimalik uus ergastus ja detekteerimine

7. Time domain – Frequency domain

8. Milleks Meile suur lahutusvõime ? Näide: 11,000 erinevat süsivesinikku toornaftas.

9. ICR rakendused • Kvalitativne analüüs • Isotoopide määramine ühendis • Ühendite identifitseerimine molekuli või selle fragmentide järgi • Ühendi struktuuri määramine fragmenteerumise alusel • Ioonkeemia fundamentaaluuringud gaasi faasis • FT-ICR sobib raskete molekulide identifitseerimiseks • Veel • Tuntud ühendite kvantitatiivne analüüs. • Teised füüsikalised, keemilised, bioloogilised omadused erimeetoditega • Videomaterjal: • http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetacademy/fticr/page9.html • http://keck.med.yale.edu/prochem/fticr/FTICR.mpg