موضوع مقاله: آنالیز جرمی چهارقطبی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # آنالیز جرمی چهارقطبی | مقدمه: تحلیلگر (به انگلیسی: Analyzer) چهار قطبی، دستگاهی است که از مکانیزم پایداری مسیرها در میدان‌های الکتریکی نوسانی برای جداسازی یون ها بر حسب نسبت آنها بهره می‌برد. | ## بخش 1: آنالیز جرمی چهارقطبی | آنها از کار تحقیقاتی بر روی متمرکز کردن توان یون‌ها که در سال 1951 در آتن توسط یک مهندس برق به نام کریستوفیلوس انجام شد، شروع کردند. میله‌های استوانه‌ای با نسبت مشخصی از قطر میله به فاصله، تقریب مناسبی را برای پارامتر های هذلولوی‌ها فراهم می‌کنند. تولیدکنندگان مختلف نسبت‌های متفاوت را برای تنظیم دقیق ویژگی‌های عملیاتی انتخاب می‌کنند. اگر قبل از اینکه انرژی پتانسیل روی این میله تخلیه شود، علامت تغییر کند، یون تغییر جهت می دهد. فقط یون هایی با نسبت جرم به بار معینی با توجه به نسبت معینی از ولتاژ، به آشکارساز می‌رسند: یون‌های دیگر دارای مسیرهای ناپایدار هستند و با میله‌ها برخورد می‌کنند. این موضوع اجازه ی انتخاب یک یون با خاص را می‌دهد یا به بیانی دیگر، به اپراتور این اجازه را می‌دهد تا محدوده ای از مقادیر را با تغییر تواما ولتاژ اعمال شده اسکن (روبش) کند. یون‌هایی که در امتداد محور Z حرکت می‌کنند، تحت تأثیر یک میدان الکتریکی کل تشکیل شده از یک میدان جایگزین چهارقطبی قرار می‌گیرند که بر روی یک میدان ثابت ناشی از اعمال پتانسیل‌ها بر روی میله‌ها قرار گرفته است: در این معادله، نشان دهنده پتانسیل اعمال شده به میله‌ها، فرکانس زاویه ای (بر حسب رادیان در ثانیه ، که در آن فرکانس میدان RF است)، مقدار پتانسیل راستا و مقدار دامنه از صفر تا قله ی ولتاژ RF است. به طور معمول، از 500 تا 2000 ولت و ولتاژ از 0 تا 3000 ولت (از 3000- تا 3000+ ولت قله-تا-قله) متفاوت است. کاربردها آنالیزگر جرمی چهارقطبی به دلیل دقت بالا، هزینه کمتر و پایداری در شرایط مختلف، به طور گسترده در صنایع و تحقیقات علمی به‌کار گرفته می‌شود، که از مهم‌ترین کاربردهای این دستگاه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: طیف‌سنجی جرمی گاز-کروماتوگرافی (GC-MS): یکی از رایج‌ترین کاربردهای چهارقطبی‌ها، استفاده در کروماتوگرافی گازی (به اختصار: GC) است که در آن مواد مختلف بر اساس زمان خروج از ستون کروماتوگرافی تفکیک شده و سپس برای شناسایی به طیف‌سنج جرمی ارسال می‌شوند. آنالیزگر چهارقطبی در این سیستم به شناسایی یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار کمک می‌کند و برای تحلیل ترکیبات پیچیده و فرار مانند هیدروکربن‌ها و آلاینده‌ها مفید است. طیف‌سنجی جرمی مایع-کروماتوگرافی (LC-MS): چهارقطبی‌ها به دلیل توانایی اتصال به کروماتوگرافی مایع (به اختصار: LC)، در تحلیل ترکیباتی که در شرایط کروماتوگرافی گازی مناسب نیستند، کاربرد دارند. این ترکیبات شامل پروتئین‌ها، پپتیدها و داروها هستند که در صنایع دارویی و زیست‌فناوری به طور گسترده بررسی می‌شوند. | ## بخش 2: آنالیز جرمی چهارقطبی | در این حالت، یون‌های جداشده توسط اولین آنالیزگر، در مرحله دوم تحت واکنش‌های شکافت قرار می‌گیرند و سپس محصولات تولیدشده توسط چهارقطبی سوم تحلیل می‌شوند. این تکنیک به خصوص در پروتئومیکس، شیمی دارویی، و مطالعه ساختارهای مولکولی پیچیده مفید است. تحقیقات زیست‌محیطی: آنالیزگرهای جرمی چهارقطبی برای شناسایی آلاینده‌های زیست‌محیطی مانند ترکیبات آلی فرار (VOCs) و فلزات سنگین در نمونه‌های آبی و خاکی استفاده می‌شوند. علوم غذایی: در صنایع غذایی، از آنالیزگرهای چهارقطبی برای شناسایی مواد افزودنی، آلاینده‌ها، و ترکیبات شیمیایی مضر مانند سموم دفع آفات استفاده می‌شود. این ابزار به کنترل کیفیت محصولات غذایی و اطمینان از رعایت استانداردهای بهداشتی کمک می‌کند. تحلیل داروها: در صنایع دارویی، چهارقطبی‌ها برای شناسایی ترکیبات فعال دارویی، تحلیل ناخالصی‌ها، و بررسی محصولات نهایی استفاده می‌شوند. همچنین این دستگاه‌ها در فرایند توسعه‌ی داروها، به‌ویژه برای شناسایی ساختار مولکول‌های پیچیده، نقش حیاتی دارند. تشخیص سریع در آزمایشگاه‌های بالینی: در مراکز تشخیصی، آنالیزگرهای چهارقطبی به‌عنوان ابزاری سریع برای شناسایی نشانگرهای زیستی (به انگلیسی: biomarkers) و بررسی ترکیبات زیستی در نمونه‌های خونی و ادراری استفاده می‌شوند. مقایسه با سایر آنالیزگرها آنالیزگر جرمی چهارقطبی در کنار سایر انواع آنالیزگرهای جرمی مانند زمان-پرواز (به انگلیسی: TOF)، تله یونی (به انگلیسی: Ion Trap)، و تبدیل فوریه (به انگلیسی: FT-ICR) کاربرد گسترده‌ای دارد، اما هرکدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. در ادامه، مقایسه‌ای بین این آنالیزگرها ارائه می‌شود: مقایسه با TOF: مزیت چهارقطبی: طراحی ساده‌تر و توانایی کار با جریان یون پیوسته. مزیت TOF: دقت و دامنه جرمی بالاتر، به‌ویژه برای آنالیز مولکول‌های بزرگ و ترکیبات پیچیده. محدودیت چهارقطبی: برای تحلیل نمونه‌های سنگین، چهارقطبی‌ها نمی‌توانند با سرعت و دقت TOF رقابت کنند. | ## بخش 3: آنالیز جرمی چهارقطبی | مزیت تله یونی: توانایی ذخیره و تجمیع یون‌ها، که به افزایش حساسیت در تحلیل نمونه‌های بسیار رقیق کمک می‌کند. محدودیت چهارقطبی: برخلاف تله یونی، امکان جمع‌آوری و ذخیره یون‌ها برای افزایش حساسیت را ندارد. مزیت FT-ICR: قدرت تفکیک بسیار بالا و دقت فوق‌العاده در تعیین جرم ترکیبات پیچیده. محدودیت چهارقطبی: توان تفکیک جرمی و دقت پایین‌تر در مقایسه با FT-ICR، که برای تحلیل‌های پیشرفته پروتئومیکس مناسب نیست. این مزیت باعث شده تا در بسیاری از آزمایشگاه‌ها به عنوان انتخاب اصلی برای طیف‌سنجی جرمی مورد استفاده قرار بگیرند. طراحی جمع‌وجور: چهارقطبی‌ها به دلیل طراحی کوچک و فشرده‌ای که دارند، به‌راحتی در ابزارهای رومیزی نصب می‌شوند. این ویژگی به آن‌ها امکان استفاده در طیف‌سنجی‌های قابل‌حمل (به انگلیسی: Portable) و سیستم‌های با ابعاد کوچک را می‌دهد. پایداری و نیاز کم به نگهداری: آنالیزگرهای چهارقطبی با دوام بالا و عملکرد پایدار طراحی شده‌اند و به همین دلیل به نگهداری و عملیات کالیبراسیون کمتری نیاز دارند. سرعت بالا: چهارقطبی‌ها می‌توانند به سرعت طیف‌سنجی‌های پیوسته را انجام دهند و با روش‌های کروماتوگرافی مانند GC و LC سازگاری بالایی دارند. 157-169 دقت پایین در تفکیک جرمی: چهارقطبی‌ها به دلیل محدودیت در توان تفکیک جرمی، قادر به جداسازی دقیق ترکیبات با جرم‌های بسیار مشابه نیستند. | ## جمع‌بندی | این محدودیت در تحلیل نمونه‌های پیچیده و دارای ترکیبات مشابه می‌تواند مشکل‌ساز باشد.