يعمل مطياف الكتلة (Mass Spectrometer) على تحديد نسبة الكتلة إلى الشحنة (m/z) للجزيئات الموجودة في عينة. وذلك من خلال عدة خطوات رئيسية :

1. التأين (Ionization):

* في هذه الخطوة، يتم تحويل جزيئات العينة إلى أيونات، أي جزيئات تحمل شحنة كهربائية. هناك عدة طرق للتأين، منها:
*

التأين الإلكتروني (Electron Ionization - EI):

يُقصف الجزيء بإلكترونات عالية الطاقة، مما يؤدي إلى إزالة إلكترون من الجزيء وتحويله إلى أيون موجب. هذه الطريقة فعالة ولكنها قد تُسبب تفتيت الجزيء إلى أجزاء أصغر.
*

التأين الكيميائي (Chemical Ionization - CI):

يتفاعل الجزيء مع أيونات أخرى (عادةً أيونات الميثان أو الأيزوبيوتان) لتكوين أيونات. هذه الطريقة أقل ضرراً للجزيء وتنتج أيونات جزيئية أكثر.
*

التأين بانتشار الغاز (Electrospray Ionization - ESI):

تُرشّ العينة في محلول إلى قطرات صغيرة مشحونة كهربائياً. مع تبخر المحلول، تتكون أيونات الجزيء. تُستخدم هذه الطريقة غالباً للبروتينات والجزيئات الكبيرة الحجم.
*

التأين بالليزر (MALDI):

تُخلط العينة مع مصفوفة تمتص الطاقة الليزرية. يؤدي إطلاق الليزر إلى تأين الجزيئات بطريقة ناعمة نسبياً. تُستخدم هذه الطريقة أيضاً للبروتينات والجزيئات الكبيرة الحجم.

2. التسريع (Acceleration):

* تُسرّع الأيونات الناتجة عن التأين بواسطة مجال كهربائي. تعتمد سرعة الأيونات على نسبة كتلتها إلى شحنتها.

3. الانحراف (Deflection):

* تُمرّر الأيونات المسارعة عبر مجال مغناطيسي أو مجال كهربائي. يُؤدي هذا المجال إلى انحراف مسار الأيونات، حيث تنحرف الأيونات ذات نسبة الكتلة إلى الشحنة المختلفة بزوايا مختلفة. كلما كانت نسبة الكتلة إلى الشحنة أصغر، كلما انحرفت أكثر.

4. الكشف (Detection):

* تصل الأيونات المنحرفة إلى كاشف يقيس شدة التيار الناتج عن وصول الأيونات. تُرسم هذه البيانات على شكل رسم بياني يُسمى طيف الكتلة، حيث يُمثّل المحور الأفقي نسبة الكتلة إلى الشحنة (m/z)، والمحور الرأسي شدة الإشارة (وفرة الأيونات).

خاتمة:

يُستخدم طيف الكتلة الناتج لتحديد هوية الجزيئات المكونة للعينة ووفرتها. كل جزيء له طيف كتلة فريد يُشبه بصمة إصبعه. تُستخدم مطياف الكتلة في العديد من المجالات، منها:

* الكيمياء التحليلية
* علم الأحياء
* الطب
* علم المواد
* علم الجريمة


بإختصار، مطياف الكتلة جهازٌ يُفصل الأيونات بناءً على نسبة كتلتها إلى شحنتها، ثم يقيس وفرة كل نوع من الأيونات، مما يُمكّن من تحديد تركيب العينة.