توصيفگر ها :
پاسخ زماني , تكامل زماني , تجزيه گرمايي , آمينواسيدها , طيف سنج تحرك يون
چكيده فارسي :
چكيده
تغيير و تحول پاسخ هر سيستم فيزيكي و شيميايي با گذشت زمان از رابطه رياضي منحصر به فردي پيروي مي كند كه شناخت و بررسي آن، درك رفتار سيستم در شرايط پيچيده را آسان مي كند. دستگاه طيف سنج تحرك يون نيز بعنوان يك سيستم، پاسخ ويژه اي به ورود نمونه دارد كه در طول زمان تغيير مي كند. در اين دستگاه اجزاء مختلفي وجود دارد كه هر كدام تاخيري در پاسخ نهايي ايجاد مي كنند. ابتدا نمونه تبخير و يونيزه شده و سپس يونها در ميدان الكتريكي از هم جدا مي شوند. نهايتا در آشكارساز به سيگنال الكتريكي تبديل مي شوند. سيگنال،خود يك آرايه است كه بر حسب زمان مرتب شده و طيف تحرك يون نام دارد. هدف از اين رساله بررسي تحولات زماني طيف تحرك يون به ازاي يك ورودي مشخص است. نحوه تحول زماني پاسخ اوليه بستگي به ساختار فيزيكي سيستم، ازجمله بازداري نمونه در مسير تزريق تا خروج آن و دماي دستگاه دارد، كه عمدتا بر شدت طيف اثر دارد. ثانيا به علت واكنش بين يونها و مولكولها، الگوي طيف نيز تغيير مي كند. اين رساله در سه بخش تنظيم شده است. در بخش اول پاسخ كمي دستگاه مطالعه و فرموله شده است. در بخش دوم تحول زماني در كيفيت طيف، يعني تغيير شدت پيكها نسبت به هم و تغيير شكل طيف بررسي شد. از آنجا كه تغييرات كيفي بعلت وقوع واكنش بين گونه ها در داخل دستگاه است، در بخش سوم، اطلاعات سينتيكي و ترموديناميكي واكنشهاي يون-مولكول با استفاده از تحولات كيفي طيف استخراج شد. براي مدل سازي رياضي پاسخ زماني دستگاه فرض شده كه نمونه تزريق شده به طيف سنج تحرك يون در دو مكان (فضاي داخلي دستگاه، و سطوح داخلي بعنوان جاذب) مي تواند تجمع كند. اين دو مكان به مانند دو خازن سري در نظر گرفته شد و رفتار زماني براساس مدار معادل به دست آمد. نتايج تجربي با تزريق مواد به فرم مايع، جامد و گاز به دست آمد كه تطابق خوبي با پيشبيني مدل داشت. ثابت زماني يا زمان ماندن نمونه در دو قسمت به طور متوسط برابر با 3 و 21 ثانيه به دست آمد كه با ويژگي هاي فني دستگاه تطابق دارد. انوع مختلف تزريق نمونه به صورت پله اي (افزايشي و كاهشي)، پالسي و همچنين به فرم گوسين از طريق خروجي كروماتوگراف گازي انجام شد. در بخش دوم نشان داده شد كه تحول كيفي طيف با تغيير غلظت لحظه اي مرتبط است. بطور كلي يا شدت پيك با افزايش غلظت زيادمي شود كه در اينصورت يون مربوطه محصول نهايي واكنشها است و يا شدت پيك بر حسب غلظت، ابتدا افزايش و سپس افول مي كند. اين رفتار نشان مي دهد، يون مربوطه يك حد واسط است و خود در واكنشهاي زنجيره اي مصرف مي شود. همچنين نشان داده شد كه دو گونه رفتار بين پيك ها وجود دارد. شدت دو پيك مستقيما به هم وابسته است و يا افزايش يكي با كاهش ديگري همراه است. در حالت اول، دو گونه مستقل هستند و هر دو بطور موازي يونيزه مي شوند. اما در حالت دوم، يكي از ديگري تشكيل مي شود. در بخش آخر، تجزيه گرمايي آمينواسيدها بررسي شد. محصولات تجزيه از جمله HCN خود تبديل به يون مي شوند كه اين يونها دوباره با مولكول مادر واكنش مي دهند. با استفاده از بررسي روند شدت پيك نسبي پيك ها در دماهاي مختلف و رسم نمودار وانت هوف انرژي فعالسازي واكنش تجزيه گرمايي آمينواسيدها بدست آمد. در واقع قابليت طيف سنج تحرك يون براي مطالعات تجزيه گرمايي مواد و آناليز گازهاي فرار حاصله، براي اولين بار نشان داده شد.
كلمات كليدي: پاسخ زماني، تكامل زماني، تجزيه گرمايي، آمينواسيدها، طيف سنج تحرك يون
چكيده انگليسي :
Abstract
Time evolution of each chemical, physical and electrical systems follows a unique mathematical function which makes it easy to understand the behavior of the system in complex experimental conditions. Ion Mobility Spectrometer as a system also has a special time response function to each sample input function. IMS has various components that each of them cause a delay in output time response function. First, the sample is vaporized and ionized, and then the ions are separated in the electric field. Finally, they are converted into an electrical signal in the detector. The signal itself is a time-ordered array called the ion mobility spectrum. The purpose of this thesis is to investigate the temporal evolution of the ion mobility spectrum for a specific input. The time evolution of the response firstly depends on the physical structure of the system, including the inhibition of the sample in the path of injection to its exit and the temperature of the instrument, which mainly affects the intensity of the spectrum. Secondly, due to the reaction between ions and molecules, the pattern of the spectrum also changes. This treatise is arranged in three parts. In the first part, the quantitative instrument response is studied and formulated. In the second part, the temporal evolution of the quality of the spectrum was investigated by the change in the intensity of the peaks relative to each other and the change in the shape of the spectrum. In the third part, the kinetic and thermodynamic information of the ion-molecule reactions was extracted using the qualitative changes of the spectrum. Modeling of IMS time response was done by this assumption that the sample injected into the ion mobility spectrometer can accumulate in two places (the internal space of the instrument, and the internal surfaces as absorbers). These two locations were considered as two capacitors in series and the time behavior was obtained based on the equivalent circuit. Experimental results were obtained by injecting samples in liquid, solid and gas form, which were in good agreement with the prediction of the model.The time constant or residence time of the sample in two parts was obtained on average equal to 3 and 20 seconds, which is consistent with the technical characteristics of the device. Different types of sample injection were performed in step (incremental and decreasing), pulsed and Gaussian form through the output of gas chromatograph. In the second part, it was shown that the qualitative evolution of the spectrum is related to the momentary concentration change. In general, either the intensity of the peak increases with increasing concentration, in which case the corresponding ion is the final product of the reactions, or the intensity of the peak first increases and then decreases depending on the concentration. This behavior shows that the corresponding ion is an intermediate and is consumed in chain reactions. In the first case, two species are independent and both are ionized in parallel. But in the second case, one is formed from the other. In the last part, the thermal decomposition of amino acids was investigated. Decomposition products, including HCN, turn into ions, and these ions react with the parent molecule again. The activation energy of the thermal decomposition reaction of amino acids was obtained by examining the trend of the relative peak intensity of the peaks at different temperatures and drawing the vant Hoff diagram. In fact, the ability of the ion mobility spectrometer to study the thermal decomposition of materials and analyze the resulting volatile gases was shown for the first time.
Key Words: time response, time evolution, thermal decomposition, Amino acids, Ion Mobility Spectrometer.
