طیف‌سنجی جرمی تخلیه تابشGlow Discharge Mass Spectrometers- (GDMS) یک تکنیک تحلیلی برای تعیین ترکیب عنصری مواد جامد است. این روش بر اساس بمباران نمونه با یک پرتو یون آرگون در فشار کم و جداسازی و اندازه‌گیری نسبت جرم به بار یون‌های اتمی و مولکولی حاصل از نمونه است.
انواع دستگاه GD-MS :
دو نوع اصلی طیف‌سنجی جرمی تخلیه تابش (GDMS) وجود دارد:
- GDMS با منبع یونی پلاسمای دی‌سی: این رایج‌ترین نوع GDMS است و از یک پلاسمای دی‌سی برای اتمی‌سازی نمونه استفاده می‌کند. پلاسما توسط یک میدان الکتریکی ایجاد می شود که باعث می شود گازها یونیزه شوند. یون های نمونه سپس توسط یک جداسگر جرمی بر اساس نسبت جرم به بار آنها جدا می شوند.
- GDMS با منبع یونی فرکانس رادیویی (RF): این نوع GDMS از یک فرکانس رادیویی برای ایجاد پلاسما استفاده می کند. پلاسما RF معمولاً پایدارتر از پلاسمای DC است، که می تواند منجر به دقت و حساسیت بهتر شود.
نوع GDMS که استفاده می شود به کاربرد خاص بستگی دارد. به عنوان مثال، GDMS با منبع یونی DC معمولاً برای تجزیه و تحلیل مواد جامد استفاده می شود، در حالی که GDMS با منبع یونی RF اغلب برای تجزیه و تحلیل مواد نازک و پوشش ها استفاده می شود.
عملکرد GDMS
- ایجاد تخلیه تابش: نمونه در داخل یک محفظه خلا قرار می‌گیرد و در معرض یک میدان الکتریکی قوی قرار می‌گیرد. این امر باعث یونیزه شدن گاز آرگون در محفظه شده و یک پلاسما یا “تخلیه تابش” ایجاد می‌شود.
- اتمی کردن نمونه: یون‌های آرگون با سطح نمونه برخورد می‌کنند و اتم‌ها و مولکول‌ها را از آن جدا می‌کنند. این فرایند “اتمی کردن” نامیده می‌شود.
- جداسازی جرمی: یون‌های اتمی و مولکولی جدا شده بر اساس نسبت جرم به بار آنها با استفاده از یک جداسگر جرمی منحرف می‌شوند.
- شناسایی و اندازه‌گیری: یون‌های جدا شده با استفاده از یک آشکارگر شناسایی و اندازه‌گیری می‌شوند. سیگنال آشکارگر برای تعیین غلظت عناصر موجود در نمونه استفاده می‌شود.
مزایای GDMS
- حساسیت بالا: GDMS می‌تواند عناصر را در سطوح ppm یا حتی ppb تشخیص دهد، که آن را به یکی از حساس‌ترین تکنیک‌های طیف‌سنجی جرمی تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، GDMS برای اندازه‌گیری ناخالصی‌ها در مواد نیمه‌هادی که می‌توانند عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی را تحت تأثیر قرار دهند، استفاده می‌شود.
- محدوده عنصری گسترده: GDMS می‌تواند برای اندازه‌گیری طیف گسترده‌ای از عناصر، از جمله عناصر سبک مانند لیتیوم و بریلیوم استفاده شود. این امر GDMS را به ابزاری ارزشمند برای مطالعه مواد مختلف، از جمله فلزات، سرامیک‌ها و پلیمرها تبدیل می‌کند.
- تجزیه و تحلیل سطح: GDMS می‌تواند برای تجزیه و تحلیل سطوح مواد با عمق نفوذ کمتر از 1 میکرومتر استفاده شود. این امر آن را برای مطالعه لایه‌های نازک و پوشش‌ها ایده‌آل می‌کند. به عنوان مثال، GDMS برای مطالعه ترکیب و ساختار لایه‌های اکسید روی فولاد ضد زنگ استفاده شده است.
- تجزیه و تحلیل غیر مخرب: GDMS یک تکنیک غیر مخرب است، به این معنی که نیازی به آماده‌سازی نمونه نیست و نمونه پس از تجزیه و تحلیل دست نخورده باقی می‌ماند. این امر GDMS را برای مطالعه نمونه‌های ارزشمند یا شکننده ایده‌آل می‌کند. به عنوان مثال، GDMS برای مطالعه آثار باستانی و مصنوعات هنری استفاده شده است.
طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی (NMR)
معایب GDMS
- هزینه: دستگاه‌های GDMS می‌توانند گران باشند.
- پیچیدگی: GDMS یک تکنیک نسبتاً پیچیده است که به اپراتورهای ماهر نیاز دارد.
- محدودیت‌های نمونه: GDMS برای تجزیه و تحلیل مایعات و گازها مناسب نیست.
توضیحات دستگاه ICP یا پلاسمای جفت شده القایی
کاربردهای GDMS
GDMS طیف گسترده‌ای از کاربردها در زمینه‌های مختلف از جمله موارد زیر دارد:
- علم مواد: GDMS برای مطالعه ترکیب، ساختار و خواص مواد مختلف از جمله فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود.
- نیمه‌هادی‌ها: GDMS برای اندازه‌گیری ناخالصی‌ها و دوپانت‌ها در مواد نیمه‌هادی استفاده می‌شود.
- محیط زیست: GDMS برای اندازه‌گیری آلاینده‌ها در خاک، آب و هوا استفاده می‌شود.
- پزشکی: GDMS برای مطالعه عناصر کمیاب در بافت‌های بیولوژیکی و برای توسعه داروهای جدید استفاده می‌شود.
- فناوری هسته‌ای: GDMS برای اندازه‌گیری محصولات شکافت هسته‌ای و مواد رادیواکتیو استفاده می‌شود.
- GDMS برای مطالعه خوردگی فولاد در آب دریا استفاده شده است.
