Исследование влияния электрического поля, давления и геометрии ионного тракта на чувствительность и разрешающую способность тандема-спектрометр приращения ионной подвижности/масс-спектрометр

• Автор: Шевень, Дмитрий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 97 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Цель работы
Научная новизна
Научная и практическая значимость работы
Основные защищаемые положения
Апробация работы
Публикации
Структура и объем работы
ГЛАВА I. Обзор литературы
1.1. СПИП с плоскими электродами
1.2. Реалистические профили волны СПИП
1.3. Цилиндрическая геометрия СПИП. Фокусировка ионов, улавливание ионов в сферической части СПИП
1.4. Воздействие напряжения шума и напряжения ряби на пропускание ионов СПИП
1.5. Исследование работы СПИП при пониженном давлении
1.6. Применение СПИП в масс-спектрометрии
1.7. Акриламид
Постановка задачи
ГЛАВА II. Экспериментальные системы
2.1. Экспериментальная система для изучения эффекта ионной ловушки
и способов его устранения
2.2. Экспериментальная система для исследования воздействия параметров напряжения ряби на пропускание ионов СПИП
2.3. Экспериментальная система для обнаружения акриламида в водных растворах
2.4. Химикаты
ГЛАВА III. Результаты экспериментов и их обсуждение
3.1. Исследование способов подавления влияния заряженного облака в спектрометре приращения ионной подвижности для увеличения его чувствительности
3.2. Исследование воздействия напряжения ряби на выходной сигнал СПИП
3.3. Обнаружение акриламида в водных растворах
Заключение
Выводы:
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Разделение ионов в газовой фазе методом спектрометрии приращения ионной подвижности (СПИП) известно более двух десятилетий Первая экспериментальная установка представляла собой спектрометр приращения ионной подвижности с плоской геометрией дрейф-камеры. В качестве ионного источника использовалась радиоактивная фольга 63№, а в качестве системы регистрации ионов использовался электрометрический усилитель. Далее это направление развивалось в работах 2’ 3’ 4, где изучались ионы аминов, образующиеся при ионизации с помощью Р-излучения, а также с помощью методов поверхностной ионизации.
СПИП с плоской геометрией электродов обладал существенным недостатком - пространственно однородное поле не оказывало на ионы фокусирующего действия, что приводило к большим диффузионным потерям-ионов на электродах СПИП. Эта проблема была решена с помощью использования цилиндрической геометрии электродов СПИП, где фокусировка ионов в середине аналитического промежутка приводит к снижению диффузионных потерь, но уменьшает разрешающую способность прибора. Впервые о такой геометрии сообщается в работе 4, а затем подобная конфигурация электродов использовалась в работах5’ ’1.
Исследования нового метода анализа газовых смесей шло в различных направлениях. На основе СПИП был создан ряд портативных приборов для обнаружения следовых количеств различных веществ, для таких областей, как

экология ’ , поиск взрывчатых и наркотических веществ , для медицинского анализа 12. Исследовались приборные характеристики созданных спектрометров 13, 14. Увеличивался спектр анализируемых веществ 15’ 16. Появились тандемные устройства, в составе которых СПИП использовали как предварительный фильтр перед вводом ионов в масс-спектрометр, либо как хроматографический детектор с дополнительным разделением, ортогональным к хроматографическому 17,18,19,20.
В ряде работ исследовались новые источники ионизации, такие как электроспрей 21, коронный разряд, поверхностная ионизация 22, высокочастотный емкостной разряд 23, фотоионизация24. В целом, все эти методы ионизации показывают похожие результаты, однако в некоторых случаях могут привносить
Следует заметить, что ПДК для акриламида, принятая в России, на два порядка выше, что в значительной мере объясняется отсутствием в России аппаратуры позволяющей определять акриламид на уровнях, принятых в Евросоюзе и США.
В 2002 году шведские ученые обнаружили, что акриламид образуется при термической обработке богатой углеводами пищи (сухарики, чипсы, картофель “фри” и т.д.). При этом содержание акриламида превышает пдк на три порядка. Детальный обзор потребления акриламида был опубликован в работе 94.
Для анализа акриламида в матрицах воды наиболее часто используют метод газовой хроматографии в тандеме с масс-спекгрометрией с ионизацией при атмосферном давлении (вС / АР1 / М8) и метод жидкостной хроматографии с двойным масс-спектрометрическим анализом (РНЬС / Е81 / М3 / М8) 95,96, 97’98, 10°. Сложно количественно проанализировать акриламид в водном образце, особенно для водных образцов, содержащих большое количество неконтролируемых примесей, т.е. из сложных матриц 101. Современные методы анализа, как правило, требуют многостадийной предварительной подготовки образцов. Практически везде имеется стадия анализа, использующая хроматограф. Иллюстрацией затрат времени и трудоемкости предварительной обработки образцов может служить рисунок 14, где показаны стадии обработки образца для ЬС / М8 / М8 и ОС / МБ анализа. В этих случаях подготовка образца включает центрифугирование, фильтрацию через различные мембраны, добавку реагентов, преобразование, экстракцию из растворов, сушку, десольватацию, и, наконец, ввод в хроматографическую колонку. Методы трудоемкие, с большими временными затратами, время на хроматографический анализ составляет от десятка минут до нескольких часов, к тому же используют очень дорогое оборудование, не доступное для многих лабораторий.
На практике, при газовом анализе хроматографическому разделению может быть сопоставлено разделение ионов спектрометром приращения ионной подвижности (СПИП). Обычно СПИП используется вместе с ионизацией электроспреем (Е81) и используется как устройство предварительного разделения ионов перед вводом их в масс-спектрометр (Е81 / СПИП / МС) и, следовательно, требуется предварительная обработка образца перед анализом (как минимум, добавление органических растворителей, необходимых для электрораспыления).