IoontsüklotronresonantsICR

Töö põhimõte• Laengule mõjub magnetväljas Lorentz’i jõud: • Koos Newton’i II seadusega:

• Mass-laengu suhte m/Q vastastikmõju elektri- ja magnetväljaga uuribmass-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

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.

“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

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

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

Time domain – Frequency domain

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

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