عرض مصدر مطياف زمن الطيران

[[ملف:ESI TOF.jpg|تصغير|مطياف زمن الطيران موصول بمنبع أيونات ذو [[تأين بالترذيذ الإلكتروني|تأين بالإرذاذ الإلكتروني]] (ESI-TOF).]]
'''مطياف زمن الطيران''' (Time-of-flight mass spectrometry) أو اختصاراً '''TOF''' هي أحد طرق [[مطيافية الكتلة]] حيث تسرّع فيها [[أيون]]ات بواسطة [[حقل كهربائي|مجال كهربائي]] شدته معروفة.<ref>Stephens, W. E., [https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.69.674.2 A Pulsed Mass Spectrometer with Time Dispersion] ''Phys. Rev.'', '''1946''', ''69'', 691. {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200314081546/https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.69.674.2 |date=14 مارس 2020}}</ref>

ويكسب هذا التسريع الأيون نفس [[طاقة حركية|طاقة حركة]] التي يعطيها لأي أيون آخر له نفس الشحنة الكهربائية. وتعتمد سرعة كل أيون على «النسبة» بين [[كتلة|كتلته]] و[[شحنة كهربائية|شحنته]].
وعلى ذلك فإن الزمن الذي يستغرقه أيون للوصول إلى عداد على مسافة معروفة «س» يتناسب عكسيا مع سرعته، وفي التجربة نقوم بقياس هذا الزمن. ويعتمد هذا الزمن بالتفصيل على [[نسبة كتلة-إلى-شحنة|نسبة كتلة الأيونات إلى شحنتها]] (الجسيمات الأثقل «تطير» بسرعة أقل).

بقياس زمن الطيران إلى العداد ومعرفة بيانات التجربة يمكن تعيين النسبة بين كتلة الأيون وشحنته.

== النظرية ==
[[ملف:Stephens TOF.gif|يسار|350 px|تصغير|براءة اختراع الأنبوب William E. Stephens 1952 TOF patent.<ref>{{استشهاد ببراءة اختراع|US|2847576}}</ref> تخرج الأيونات من 10 وتسرع بواسطة المجال الكهربي على القطبين 19 و 21 ، ثم تسير الايونات مسافة طويلة نسبيا خالية من المجال الكهربي حتي تصل العداد 27. الأوسيلوسكوب يقيس زمن الطيران على شاشته.]]

تعتمد [[طاقة وضع|طاقة الوضع]] لجسيم مشحون تحت تأثير [[حقل كهربائي|مجال كهربائي]] على شحنة الجسيم وشدة المجال الكهربائي المسلط عليه، طبقا للعلاقة:

:<math>E_{p} = qU\,</math>....[1]

حيث:

''E<sub>p</sub>'' طاقة الوضع للجسيم،

''q'' شحنة الجسيم،

''U'' فرق الجهد الكهربي [[فولت]].

وعندما يسرع الجسيم إلى صمام قياس زمن الطيران بواسطة الجهد ''U'' ، تتحول طاقة وضعه إلى طاقة حركة. وعلاقة طاقة حركة جسيم Ek بكتلته m تصفها المعادلة:

:<math>E_{k} = \frac{1}{2}mv^{2}</math>.... [2]

حيث v سرعة الجسيم.

وبما أن [[طاقة وضع|طاقة الوضع]] للجسيم قد تحولت إلى [[طاقة حركية|طاقة حركة]]، فهذا يعني تساوي الطاقتين، فيمكن أن نضع المعادلة التالية:

:<math>E_{p} = E_{k}\,</math>.... ...[3]

أو

:<math>qU = \frac{1}{2}mv^{2}\,</math>....[4]

ولن تتغير [[سرعة متجهة|سرعة]] v الجسيم المشحون بعد تسريعه حيث يتحرك في مسار خال من المجال الكهربي في أنبوب قياس زمن الطيران.
ويمكن تعيين سرعة الجسيم في أنبوب قياس زمن الطيران حيث أن مسافة مسار ''d'' الجسيم معروفة كما نعين زمن طيران الأيون ''t'' بواسطة مقياس للزمن.

ينتج من ذلك:

:<math>v = \frac{d}{t}\,</math>....[5]

وبالتعويض عن السرعة ''v'' من المعادلة[5] في المعادلة [4] نحصل على:

:<math>qU = \frac{1}{2}m\left(\frac{d}{t}\right)^{2}\,</math>...[6]

ويمكن كتاية المعادلة [6] في الصيغة:

:<math>t^{2} = \frac{d^{2}}{2U} \frac{m}{q}\,</math>...[7]

وبحساب الجذر التربيعي للسرعة نحصل على:

:<math>t = \frac{d}{\sqrt{2U}} \sqrt{\frac{m}{q}}\,</math>.... [8]

وتحتوي تلك المعادلة عل ثابت <math>\frac{d}{\sqrt{2U}}</math> وهو لا يتغير بتغير الأيونات التي نريد دراستها. وكما نري تستطيع تعيين سرعات عدة أنواع من الأيونات بواسطة عملية تسريع واحدة، وقياس زمن وصول كل منهم إلى العداد.

وبناء على ذلك فيمكن كتابة المعادلة [8] في الصيغة التالية:

:<math>t = k \sqrt{\frac{m}{q}}\,</math>....[9]

ويعتبر ''k'' ثابت يعتمد على خواص الجهاز، فهو لا يتغير.

وتبين المعادلة [9] أن زمن طيران [[أيون|الأيون]] يتغير مع الجذر التربيعي للنسبة بين [[كتلة|كتلة الأيون]] إلى شحنته (''m/q'').

== المراجع ==
{{مراجع}}

== اقرأ أيضا ==

* [[مطيافية]]
* [[مطيافية الأشعة تحت الحمراء]]
* [[مطياف الإلكترونات]]
* [[مطيافية الكتلة]]

{{روابط شقيقة}}
{{مطيافية الكتلة}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|كيمياء فيزيائية|علوم|الكيمياء}}

[[تصنيف:مطيافيات]]
[[تصنيف:مطيافية الكتلة]]