Малогабаритные масс-спектрометры для космических исследований, экологического и технологического мониторинга

• Автор: Коган, Виктор Тувийевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 274 с. : ил.

Глава 1. Масс-спектрометрическое определение состава природных и техногенных образцов в масштабе реального времени

1.1.Основные способы, используемые для in-situ, on-line мониторинга

1.2.Применение масс-спектрометрии

1.2.1.Гибридные методы

1.2.2 .Тенденции развития

ф 1.3. Масс-спектрометрические системы для in-situ, on-line анализа

1.3.1 .Масс-анализаторы

1.3.2. Ионные источники

1.3.3.Устройства ввода и экстракция исследуемых компонентов из пробы

1.3.4. Системы регистрации

1.4. In-situ, on-line мониторинг, требования к портативной аппаратуре

1.4.1.Масс-энергоанализаторы для исследования ионов космической и лабораторной плазмы
1.4.2.Приборы для экологического мониторинга и контроля
технологических процессов в промышленности
1.5.Выводы первой главы
Глава 2. Ионная оптика портативных масс-спектрометров
2.1. Масс-спектрометры для прямого масс- и энерго- анализа ионов в потоковых структурах

2.1.1.Статические масс-спектрометры с несмещенными магнитным
и электрическим полями
а. анализаторы призменного типа:
-масс-энергоанализатор с большой площадью входного окна, полученной за счет общей независимой координаты электростатических и магнитной
линз
-масс-энергоанализатор с возможностью проведения масс-анализа
ионов вне зависимости от исходной энергии
б. анализаторы секторного типа:
-масс-энергоанализатор с двойной фокусировкой по углу и по
энергии и осесимметричной функцией пропускания
-масс-энергоанализатор с фокусировкой по комбинации параметров:
угол-энергия
2.1.2. Динамический времяпролетный масс-энергоанализатор
2.2.Секторные магнитные масс-спектрометры со скрещенными магнитным и электрическим полями (для изучения состава газообразных, жидких или твердых образцов)
2.2.1.с радиальными границами однородного поля
2.2.2. со скошенной выходной границей однородного поля
2.2.3.с криволинейной выходной границей магнитного поля
2.3 .Выводы второй главы
Глава 3. Введение пробы в масс-спектрометр
3.1 Системы ввода газообразных и жидких проб
3.1.1 Ввод пробы через отверстие в диафрагме
3.1.2 Мембранные системы ввода
а)Мембранный ввод, его возможности и особенности. Одиночная
♦ мембрана
б) Ввод пробы левеллиновского типа
в)Циклический нестационарный режим введения пробы в масс-спектрометр через многомембранную систему

3.1.3 Струйная система ввода
3.2.Ввод потока заряженных частиц в энерго- и масс-анализаторы
в плазменных исследованиях. Электростатический фильтр
3.3.Выводы третьей главы
Глава 4. Определение состава потоков заряженных частиц в режиме реального времени
4.1. Масс-энергоанализатор в эксперименте по исследованию солнечного ветра в программе «ИНТЕРШОК»
4.2. Применение портативного масс-энергоанализатора призменного типа для исследования элементного и зарядового состава частиц в потоке лазерной плазмы
4.3.Выводы четвертой главы
Глава 5. Портативные приборы для мониторинга газов и летучих веществ в режиме реального времени в экологии, геофизике и при технологическом контроле
5.1. Масс-спектрометры для определения состава газов и летучих веществ в пробах газа. Их применение
5.1.1 Экологический контроль
5.1.2. Геофизические исследования и технологический контроль
5.2. Приборы для определения растворенных в воде газов и летучих органических веществ. Их применение в экологии
5.3.Выводы пятой главы
Глава 6. Мобильный масс-спектрометр для определения солей # металлов в морской воде. Ионно-оптическая схема. Численное моделирование и экспериментальная проверка
6.1. Система ввода и экстракции пробы. Ионный источник
6.2. Масс-анализатор
небольшом прогреве 50-70 °С, обеспечить ввод потока газа в широком интервале значений. При капиллярном вводе образца используются тонкие трубки диаметром -50-150 мкм, длиной -25 см из различного материала, например, силиконовые. Для исключения конденсации мало парящих веществ капилляр прогревается до температуры выше 200° С и при этом обеспечивает протекание -0.1-1 мл/мин. Задержка появления потока на выходе капилляра относительно входа составляет величину -ЮОмсек [70,78]. Недостатком этих конструкций является большое количество вводимого в прибор вещества матрицы, как правило, не несущее необходимой информации, но существенно снижающее время безаварийной работы таких важных узлов прибора как ионный источник и детектор. Кроме того, компоненты матрицы могут провоцировать ионные реакции обмена, приводящие к искажению спектров масс.
Введение органических веществ из образца через мембранный ввод осуществляется за счет диффузии исследуемых компонентов сквозь тонкие синтетические мембраны, которые являются физическим барьером между атмосферой и вакуумной системой масс-спектрометра [79,80]. В зависимости от химического состава мембраны различные органические компоненты по-разному диффундируют сквозь неё, а основные компоненты атмосферы, в том числе и кислород, оказываются заблокированными. Такая способность мембран позволяет существенно увеличить время жизни ионного источника и детектора прибора, а также существенно повысить чувствительность анализатора.
Способ введения образца в масс-спектрометр зависит от свойств исследуемого объекта. Определение органических примесей в водных растворах может осуществляться как в дискретном, так и в непрерывном режиме. В этом случае изучаемый образец может представлять собой раствор газов, жидкостей или твердых веществ в воде. Введение вещества в масс-спектрометр осуществляется через плоскую мембрану или стенку капилляра непосредственно из жидкой пробы. Часто эффективность ввода увеличивают за счет транспортировки исследуемых компонентов вне материала мембраны с помощью инертного газа-носителя (например, Не). Повышение