AtomLab_labwork_4-1 (829277)
Текст из файла
© www.phys.nsu.ruВ. Ж. Мадирбаев, О. И. Мешков, Д. К. ТопорковИзучение работы масс-спектрометрических приборов.Анализ остаточных газовОборудование: масс-спектрометр МХ-1215, АЦП, персональный компьютерЦель работы: знакомство с методами масс-спектрометрии, изучение принципа работы массспектрометра МХ-1215, анализ состава газов масс-спектрометрическим методом.ВведениеМасс-спектрометрический метод анализа может быть сведен к следующим основным последовательным процессам:1. Ввод исследуемого вещества в зону ионизации.2. Превращение атомов (молекул) исследуемого вещества в положительные (реже в отрицательные)ионы.3.
Формирование ионного пучка или группы ионов.4. Пространственное или временное разделение ионов по величине отношения массы к заряду.5. Последовательное или одновременное раздельное измерение (регистрация) компонентов ионногопучка.Основные конструктивные элементы масс-спектрометрического прибора (рис. 1) – массанализатор, источник и приемник ионов, вакуумная система с устройством для подготовки и вводаисследуемого вещества в источник ионов и электронные блоки.В источнике ионов создаются ионы из атомов (молекул) исследуемого вещества и формируетсяионный пучок, который поступает в камеру масс-анализатора, где разделяется на составляющие,различающиеся по величине отношения массы к заряду.
На выходе из масс-анализатора ионы попадают в приемник и улавливаются коллектором. Все процессы в масс-анализаторе, источнике и приемнике ионов протекают, как правило, в условиях высокого вакуума: > L ( – длина свободногопробега молекулы, L – характерный размер прибора).В масс-спектрометрических приборах применяются различные типы масс-анализаторов, которыеможно разделить на статические и динамические. В статических масс-анализаторах происходитпространственное разделение ионов по отношению массы к заряду в постоянном (квазистационарном) магнитном поле. В динамических масс-анализаторах для разделения используют зависимостьскорости, резонансной частоты колебаний или ускорения ионов от величины отношения массы кзаряду.
Динамические масс-спектрометры могут быть магнитными и безмагнитными.Основные характеристики масс-спектрометрических приборов:Диапазон измерения по массовым числам характеризует максимальное и минимальное значениеПитающие и измерительныеустройстваВводМассанализаторИонныйисточникВакуумные насосыИ вакуумметрыПриемникионовРегистрацияионных токовЭВМРис. 1. Блок-схема масс-спектрометра (пунктиром обведена вакуумированная часть прибора)243© www.phys.nsu.ruмассовых чисел однозарядных ионов, которые могут быть зарегистрированы прибором при определенных значениях регулируемых параметров (индукции магнитного поля, ускоряющего напряжения,частоты и т. д.).
У приборов для анализа органических веществ диапазон масс превышает 104 атомных единиц массы (а.е.м.)1.Одной из важнейших характеристик масс-спектрометра является его разрешающая способность,которая характеризует возможность раздельной регистрации ионов, близких по массовым числам.Численно она выражается отношением массы иона M к ширине пика в наблюдаемом спектре δM, R= M / δM. Вообще говоря, величина R может зависеть и от M, и от интенсивности ионного тока.
Иногда разрешающей способностью называют значение той наибольшей массы, при которой два пика,отличающихся по массе на единицу, разрешаются до заданного уровня. Принято считать, что массспектрометры имеют низкую ( R 102 ) , среднюю ( R 102103 ) , высокую ( R 103 104) и очень высокую ( R 105 106) разрешающую способность.Чувствительность масс-спектрометра характеризуют рядом величин. Если вещество вводится вионный источник масс-спектрометра в виде газовой пробы, то чувствительность определяют (чащевсего для азота или аргона) как отношение тока ионов данной массы изучаемого вещества I M (А) кпарциальному давлению этого вещества в источнике PM (Па). Обычно подобная величина лежит впределах 104 101 А/Па. Относительной чувствительностью называют минимальное содержаниевещества в смеси, которое может быть обнаружено данным прибором.
Для различных веществ этотпараметр может достигать 103 107 % . Иногда вводят абсолютную чувствительность как минимальную массу вещества, которая может быть зарегистрирована масс-спектрометром (до 10–15 г).Быстродействие масс-спектрометра принято определять минимальным временем, необходимымдля регистрации масс-спектра в пределах так называемой декады атомных единиц массы (1–10, 10–100 и т. д.). Быстродействие зависит от метода разделения ионов, постоянной времени системы измерения и регистрации ионного тока и может достигать 101 с для статических и до 103 с для динамических приборов.Нужно отметить, что обычно все эти параметры конкурируют друг с другом в том смысле, что взависимости от решаемых задач тонкой настройкой масс-спектрометра можно добиться улучшенияодного из них (например, разрешающей способности) в ущерб другим (чувствительности, быстродействию и др.).Применение масс-спектрометровДолгое время основными областями использования масс-спектрометров были изотопный анализэлементов и точное измерение атомных масс.
Однако очевидные достоинства масс-спектрометров,такие как высокая скорость анализа, быстродействие, высокая чувствительность, вывод результатов ввиде электрического сигнала, стимулировали расширение сферы применения масс-спектрометров.В настоящее время масс-спектрометры применяются для прецизионного определения массы ионов, изотопного анализа, молекулярного химического анализа, идентификации и установления структуры сложных органических соединений и др. [1–3, 8]. Масс-спектрометры использовались приизучении состава атмосфер планет (исследовалась верхняя атмосфера Марса и Венеры) и собственной внешней атмосферы космических аппаратов, при исследовании газофазных химических реакций(пламя, процессы в ударных волнах), при зондировании газовых потоков (изучение кластеров, фуллеренов) и т. д.
По капиталовложениям в научное приборостроение масс-спектроскопия занимаетвторое место в мире после оптических приборов, куда входят и лазеры. Квадрупольные массспектрометры [1] стали рутинным прибором для измерения остаточного вакуума, исследования егомасс-спектра и поиска течей в вакуумных системах (установка, проверяемая на вакуум, обдуваетсяснаружи струей гелия и регистрируется динамика пика гелия в масс-спектре).Следует упомянуть, что для анализа химического состава вещества помимо масс-спектроскопиииспользуются разнообразные физико-химические методы: газовая и жидкостная хроматография,1А́томная едини́ца ма́ссы (дальто́н) — внесистемная единица массы.
Введена ИЮПАП в 1960 г. и ИЮПАК в1961 г. По определению 1 а. е. м. равна одной двенадцатой части от массы нуклида 12С, находящегося в основном состоянии: 1 а. е. м. ≈ 1,660 540 2(10)∙10−27 кг = 1,660 540 2(10)∙10−24 г. Эта величина является точно обратной числу Авогадро, то есть 1/NA грамм. При таком выборе единицы массы молярная масса данного элемента,выраженная в граммах на моль, в точности совпадает с массой этого элемента, выраженной в а. е.
м.244© www.phys.nsu.ruэлектронная абсорбционная спектроскопия, ЯМР- и ЭПР-спектроскопия и др. С некоторыми из нихможно познакомиться в [4].Измерение парциальных концентраций веществ в газовых смесяхОдной из основных проблем масс-спектроскопии является определение связи между распределением интенсивностей ионного тока, регистрируемого на коллекторе при развертке масс-спектра, иреальными концентрациями веществ в изучаемой смеси газов.
Эта задача достаточно сложна; путь отгазовой смеси до масс-спектра включает в себя несколько этапов: отбор пробы, ее транспортировка вионизатор, непосредственно ионизация и регистрация ионного тока. На каждом из этих этапов возникают свои искажения.Причины искажения состава газовой пробыВлияние системы откачки. Для обеспечения рабочего вакуума в аналитической части массспектрометра используются, как правило, либо высоковакуумные паромасляные, либо турбомолекулярные, либо различные варианты магниторазрядных насосов, причем первые два типа насосовобычно применяются в комплексе с азотными ловушками. Поскольку скорости откачки разных веществ для любого насоса несколько отличаются, то состав остаточной газовой среды массспектрометра отличен от состава газовой пробы: при откачке турбомолекулярными и паромасляныминасосами происходит относительное обогащение газовой среды легкими компонентами (водород,гелий и т.
п.), азотная ловушка селективно выбирает легкоконденсирующиеся вещества (вода, фтористый водород и др.), уменьшая их содержание, а магниторазрядные насосы обычно плохо откачивают инертные газы (He, Ar, и т. п.), так что их содержание может возрастать более чем на порядок.Влияние системы напуска пробы. Различие между составом газа в аналитической части массспектрометра и составом смеси в значительной степени обусловлено также и способом транспортировки пробы в ионизатор масс-спектрометра. Так как рабочее давление в масс-спектрометре обычноне превышает 10-6 торр, а исследуемая газовая среда находится, как правило, при давлениях, сравнимых с атмосферными, то при подаче пробы в масс-спектрометр приходится использовать либо напуск через малые диафрагмирующие отверстия, либо напуск с промежуточным разрежением (например, с помощью форвакуумного насоса), либо молекулярно-пучковый ввод.
В результате состав газаможет искажаться за счет газодинамической сепарации (обогащение осевой части струи тяжелымикомпонентами), селективности промежуточной откачки, обогащения пробы парами рабочей жидкости вакуумных насосов, конденсации при расширении в вакуум и т. п. Еще хуже обстоит дело приотборе проб из химически реагирующих систем (диагностика пламени, масс-спектрометрическоеисследование в химических реакторах и т.
п.), поскольку при отборе изменяется температура газа ипроявляется влияние стенок системы транспортировки пробы (каталитическое и температурноевоздействие, гашение реакций на стенках и т. п.). Необходимо учитывать, что пробоотборник вноситискажения в исследуемый процесс (температурные, газодинамические, каталитические), которыеможно минимизировать, но нельзя убрать полностью.Зависимость от энергии ионизирующих электронов. Так как в масс-спектрометре разделениевеществ осуществляется по отношению массы иона к его заряду, необходимым элементом практически всех масс-спектрометров является ионизатор, в котором осуществляется ионизация газов.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
