چکیده
جداسازی ترکیبات ایزومری یکی از چالش های اصلی در شیمی تجزیه است و روش هایی مانند کروماتوگرافی و الکتروفورز مویینه هرکدام محدودیت های خاص خود را در این مورد دارند. در فاز گازی، طیف سنجی جرمی روشی شناخته شده برای جداسازی و شناسایی یون هاست، اما توانایی محدودی در تفکیک ایزومرها دارد. در مقابل، طیف سنجی تحرک یونی (IMS) به عنوان روشی مؤثر برای جداسازی یون های گازی، به ویژه ایزومرها، مطرح شده است. این تکنیک با ایجاد خوشه های یونی متفاوت از نظر جرم، بار و شکل موجب جداسازی یون ها می شود و استفاده از اصلاح گر در ناحیه رانش با تشکیل خوشه های متفاوت ایزومری، جداسازی آن ها را تقویت می کند. همچنین افزایش قدرت تفکیک دستگاه، نقش مهمی در بهبود میزان جداسازی ترکیبات در IMS دارد.
در این رساله در تحقیق اول از اصلاحگرهای الکلی برای جداسازی ایزومرهای دینیتروتولوئن استفاده شد. پارامترهای مختلف از قبیل الکترون خواهی، گشتاور دو قطبی اصلاحگر و همچنین ساختار الکترونی نمونهها و تاثیر آنها بر خوشهسازی بررسی شد و در نهایت اندازه-گیری کمی با استفاده از روشهای ریزاستخراج انجام گرفت. گشتاور دوقطبی اصلاحگر اثر بیشتری نسبت به ساختار آن برای خوشهسازی نشان داد و همچنین ترکیب پایدارتر از نظر انرژی الکترونی تمایل کمتری به خوشهسازی داشت. محدوه خطی منحنی درجهبندی بین 50 تا 700 میکروگرم برلیتر به دست آمد و درصد بازیابی نسبی برای دینیتروتولوئنها در نمونه حقیقی در حدود 95 درصد گزارش شد.
در تحقیق دوم، مجموعه ای از اصلاح گر های الکلی و استونیتریل با توجه به توانایی آن ها در جداسازی ایزومرهای نیتروآروماتیک مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، رفتار خوشه های نمونه-اصلاح گر در مد منفی طیف سنج تحرک یونی با لوله رانش با تمرکز ویژه بر تشکیل خوشه و تأثیر تغییرات ساختاری و گروه های عاملی، و همچنین عوامل ترمودینامیکی، بررسی شد. به منظور توصیف جداسازی ایزومرها، حالت های خوشه سازی مختلفی که بر اساس تعداد مولکول های اصلاح گر به ازای هر نمونه تعریف می شوند، پیشنهاد گردید. پایداری ترمودینامیکی این خوشه ها از طریق محاسبه انرژی آزاد گیبس (G) ارزیابی شد و مقادیر انتقال بار برای بررسی تغییرات قطبیت خوشه ها انجام گرفت. این نتایج، به همراه مقادیر نظری و تجربی سطح مقطع برخورد(CCS)، با روندهای نتایج تجربی جداسازی مقایسه شدند. نتایج نشان داد که بین پیش بینی های نظری و جداسازی های مشاهده شده به طور خاص در ارتباط با تعداد بهینه مولکول های اصلاحگر مورد نیاز برای دستیابی به تفکیک مؤثر توافق مناسبی وجود دارد. در نتیجه، برقراری همبستگی میان این پارامترها برای توصیف دقیق تر برهم کنش های یون-اصلاح گر در ناحیه رانش امری ضروری است.
در تحقیق سوم، انواع مختلفی از اصلاح گر های کایرال و غیرکایرال به صورت جداگانه به گاز رانش وارد شدند تا اثر آن ها بر جداسازی انانتیومرهای کاروون و لیمونن بررسی شود. پارامترهای اصلی آزمایش، از جمله دمای ناحیه رانش و نرخ جریان گاز، به طور مشخص بهینه سازی شدند. در میان اصلاح گر های مورد بررسی، ترت-بوتانول به عنوان یک افزودنی غیرکایرال، جداسازی قابل توجهی از انانتیومرهای کاروون ایجاد کرد و تفکیک پیک به پیک برابر با 89/2 و اختلاف زمان رانش 56/1 میلی ثانیه از خود نشان داد. سازوکارهای احتمالی جداسازی ایزومرهای کاروون پیشنهاد شد که بر وجود همبستگی میان تغییرات گزینش پذیری، رفتار یونش و خوشه سازی یون ها تأکید دارد؛ عواملی که در مجموع موجب افزایش تفکیک بین انانتیومرهای R و S شدند. در نهایت، آنالیز کمی با روش DLLME برای ایزومر S انجام گرفت. دامنه خطی 5/0 تا 5 میکروگرم بر میلی لیتر به دست آمد. در صد بازیابی نسبی برای نمونههای حقیقی بین 90 تا 100 بهدست آمد.
در نهایت در تحقیق چهارم، بهبود قدرت تفکیک دستگاه IMS به عنوان یکی از پارامترهای اساسی دستگاهی برای افزایش قدرت جداسازی و دستیابی به IMS با تفکیک پذیری بالا مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، ولتاژ ناحیه رانش و طول آن، پهنای پالس و دما بیشترین تأثیر را بر قدرت تفکیک دارند. علاوه بر این، نوع یون های واکنشی مرتبط با منبع یونش نیز می تواند در تعیین قدرت تفکیک نقش داشته باشند. در این پژوهش، از منبع یونش تخلیه کرونا در طیف سنجی تحرک یونی با لوله رانش مبتنی بر برد مدار چاپی انعطاف پذیر (PCB-DTIMS) برای آنالیز ترکیبات فرّار با قدرت تفکیک فوق العاده بالا در شرایط محیطی استفاده شد. در گام نخست، پارامترهای مختلف دستگاهی به منظور دستیابی به بازده یونش بالا از نظر شدت سیگنال و تفکیک پذیری، برای منبع یونش تخلیه کرونا طراحی شده برای این نوع از دستگاه بهینه سازی شدند. سپس شناسایی آلکیل آمین ها، دی متیل متیل فسفونات و انانتیومر