Транспортировка микроколичеств вещества и диссипация ионных сгустков во времяпролетных рефлектронных ионно-оптических системах с мембранными сепараторами

• Автор: Сысоев, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВРЕМЯПРОЛЕТНАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ И МЕТОДЫ ПРЯМОГО СЛЕДОВОГО АНАЛИЗА ГАЗОВ И ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ЖИДКОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗАХ
1.1. Прямой анализ газов и летучих органических соединений в жидкой
И ГАЗОВОЙ ФАЗАХ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
1.2. Современное состояние времяпролетной масс-спектрометрии
1.3. ВРЕМЯПРОЛЕТНАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ КАК ВОЗМОЖНОЕ СРЕДСТВО ПРЯМОГО СЛЕДОВОГО АНАЛИЗА ГАЗОВЫХ И ЖИДКИХ ПРОБ
Постановка задачи
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОНИЦАНИЯ ПРОБЫ ЧЕРЕЗ СПЛОШНЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ МЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ
2.1. Стационарное и нестационарное проницание веществ в газовой
ФАЗЕ ЧЕРЕЗ НЕПОРИСТУЮ КАПИЛЛЯРНУЮ МЕМБРАНУ
2.2. Стационарное проницание веществ в жидкой фазе через непористую
КАПИЛЛЯРНУЮ МЕМБРАНУ
2.3. Нестационарное проницание веществ в жидкой фазе через непористую КАПИЛЛЯРНУЮ МЕМБРАНУ
2.4. Влияние сорбционных процессов на динамику отклика масс-
спектрометра
Выводы
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДИССИПАЦИИ ИОННЫХ СГУСТКОВ ВО ВРЕМЯПРОЛЕТНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ
3.1. Общие принципы количественной оценки полезного и мешающего сигналов времяпролетного масс-спектрометра, содержащего ДВУХСЕКЦИОННЫЕ ПРОМЕЖУТКИ
3.2. Экстракция ионных сгустков и формирование полезного сигнала масс-спектрометра

3.3. Процессы, протекающие в условиях воздействия электронным пучком
3.4. Вторичные процессы, сопровождающие сепарацию ионных
СГУСТКОВ, и вызываемый ими мешающий сигнал
Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НОВООБРАЗОВАНИЯ, ДИССИПАЦИИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ИОНОВ В ИОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МАСС-АНАЛИЗАТОРА
4.1. Описание времяпролетного масс-спектрометра с мембранным вводом
4.2. Экспериментальное исследование влияния условий формирования ионных сгустков на их диссипацию
4.3. Детектирование разреженных ионных сгустков в присутствии фоновых потоков
4.4. Экспериментальное исследование селективности диссипации
ионных сгустков
Выводы
ГЛАВА 5. НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВРЕМЯПРОЛЕТНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С МЕМБРАННЫМ ВВОДОМ
5.1. Следовый анализ летучих органических соединений в водных ПРОБАХ
5.2. Изотопный АНАЛИЗ ГАЗОВЫХ ПРОБ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
5.3. Анализ дыхательных тестов методом времяпролетной масс-
спектрометрии с мембранным вводом
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Масс-спектрометрия является наиболее универсальным и перспективным из существующих физических методов исследования состава и свойств веществ. Однако, большинство традиционных направлений этого метода обладает рядом важных ограничений, среди которых значительные дискриминационные эффекты, большая длительность анализа, зависимость предела обнаружения от числа одновременно регистрируемых масс. Последнее, в частности, означает ухудшение чувствительности прибора при анализе заранее неизвестных соединений -наиболее типичной задачи для анализа объектов окружающей среды.
Эти и другие проблемы может решить применение времяпролетной масс-спектрометрии, которая благодаря развитию электронной техники в настоящее время переживает второе рождение. К преимуществам этого метода относится высокая чувствительность при одновременном сканировании широких диапазонов масс, возможность достижения высокого разрешения, рекордная быстрота сканирования, простота конструкции, малые габариты и масса. Наиболее многообещающим является применение времяпролетной масс-спектрометрии с мембранной сепарацией, что обеспечивает возможность следовой чувствительности при прямом анализе газовых и жидких проб.
Вместе с тем, до настоящего времени развитие времяпролетной масс-спекгрометрии имело несколько однобокий характер. Совершенствование приборной техники и теории метода было главным образом направлено на улучшение разделяющих свойств анализаторов, в то время как проблема чувствительности и формирования фоновых потоков рассматривалась как вторичная, заслуживающая лишь эмпирического подхода. Таким образом за кадром оставались многие фундаментальные задачи исследования процессов и явлений, определяющих принципиальные предельные возможности метода. В случае времяпролетной масс-спектрометрий актуальны две важнейшие группы таких проблем. К первой относятся задачи кинетики транспортировки микроколичеств веществ из газовой и жидкой фазы через аксиальносимметричные мембранные среды в вакуум и взаимодействия проникающих соединений с сорбирующими поверхностями. Причем важным является знание количественных характеристик как стационарных процессов, определяющих

(2.11)
где а - внутренний диаметр капиллярной мембраны, V - линейная скорость пробы, р - плотность субстрата, р - вязкость жидкости. Однако для достижения турбулентного режима потока жидкости в капилляре с внутренним диаметром 0.3 мм необходим поток 25 мл3/мин. Поэтому для более корректного учета влияния концентрации исходной жидкой пробы на поток соединения в вакуум, регистрируемый масс-спектрометром, необходимо рассмотрение вязкостных явлений, которое будет проведено в следующих разделах.
Нестационарный режим проницания реализуется в случаях изменения концентрации анализируемого соединения в мобильной фазе. Наиболее общими случаями являются ступенчатое изменение концентрации в мобильной фазе от нуля до Са (случай переднего фронта кривой проницания), и ступенчатое изменение концентрации в мобильной фазе от Са до нуля (случай заднего фронта кривой проницания). В этих случаях уравнение 2.6 может быть решено аналитически.
Для случая переднего фронта кривой проницания для капиллярной мембраны толщиной й граничные условия будут:
где а„ - положительные корни уравнения ио(аап) = 0, ./« - функция Бесселя первого рода, У0 - функция Бесселя второго рода и
а<г<Ь, 1=0, С=0, г=а, С=Са, г=Ь, С=0,
(2.12)
и математическое решение будет иметь вид [72]:
•ехр (2.13)
и с ) = .1» (гап )-У0(Ьа„)-(ЬаИ)-У0(гаИ).
Нестационарный проникающий поток вещества находим из (2.5):
(2.14)
Р = -2 жЫ-Б
& г-Ь
(2.15)