Большая Советская Энциклопедия (МА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 371

  Примерно те же значения чувствительности достигаются при использовании фотографической регистрации ионов за счёт длительной экспозиции. Однако из-за малой точности измерения ионных токов и громоздкости устройств введения фотопластинок в вакуумную камеру анализатора фоторегистрация масс-спектров сохранила определенной значение лишь при очень точных измерениях масс, а также в тех случаях, когда необходимо одновременно регистрировать все линии масс-спектра из-за нестабильности источника ионов, например при элементном анализе в случае ионизации вакуумной искрой.

  В СССР разрабатывается и выпускается много различной масс-спектральной аппаратуры. Принятая система индексов для М.-с. классифицирует приборы в основном не по типу устройства, а по назначению. Индекс состоит из двух букв (МИ — М.-с. изотопный, МХ — для химического анализа, МС — для физико-химических, в том числе структурных, исследований, МВ — прибор с высокой разрешающей способностью) и четырёх цифр, из которых первая указывает на используемый метод разделения ионов по массам (1 — в магнитном однородном поле, 2 — в магнитном неоднородном, 4 — магнито-динамический, 5 — время-пролётный, 6 — радиочастотный), вторая — на условия применения (1 — индикаторы, 2 — для производств, контроля, 3 — для лабораторных исследований, 4 — для спец. условий), а последние две являются номером модели. На рис. 12 показаны два М.-с., изготовленные в СССР. За рубежом М.-с. выпускаются несколько десятками фирм (США, Японии, ФРГ, Великобритании, Франции и Швеции).

  Лит.: Астон Ф., Масс-спектры и изотопы, пер. с англ., М., 1948; Рафальсон А. Э., ШерешевскийА. М., Масс-спектрометрические приборы, М. — Л., 1968; Бейнон Дж., Масс-спектрометрия и её применение в органической химии, пер. с англ., М., 1964; Материалы 1 Всесоюзной конференции по масс-спектрометрии, Л., 1972; Джейрам Р., Масс-спектрометрия. Теория и приложения, пер. с англ., М., 1969; Полякова А. А., Хмельницкий Р. А., Масс-спектрометрия в органической химии, Л., 1972.

  В. Л. Тальрозе.

Рис. 5. Схема время-пролётного масс-анализатора. Пакет ионов с массами m1 и m2 (чёрные и белые кружки), «вброшенный» в анализатор через сетку 1, движется в дрейфовом пространстве 2 так, что тяжёлые ионы (m1 ) отстают от лёгких (m2 ); 3 — коллектор ионов.

Рис. 2. Масс-спектр ториевого свинца (dm50% — ширина пика на полувысоте; dm10% — ширина пика на уровне 1 /10 от максимальной интенсивности).

Рис. 3. Схема статического магнитного анализатора с однородным магнитным полем; S1 и S2 — щели источника и приёмника ионов; ОАВ — область однородного магнитного поля Н , перпендикулярного плоскости рисунка, тонкие сплошные линии — границы пучков ионов с разными m/е; r — радиус центральной траектории ионов.

Рис. 12. На столе большого масс-спектрометра с двойной фокусировкой для структурно-химического анализа МС-3301 с разрешающей силой R~5 ·104 лежит миниатюрный масс-спектрометр МХ-6407М (обведён квадратом), применявшийся для исследований ионосферы на искусственных спутниках Земли.

Рис. 9. Анализатор омегатрона.

Рис. 4. Пример масс-анализатора с двойной фокусировкой. Пучок ускоренных ионов, вышедших из щели S1 источника ионов, последовательно проходит через электрическое поле цилиндрического конденсатора, который отклоняет ионы на 90°, затем через магнитное поле, отклоняющее ионы ещё на 60°, и фокусируется в щель S2 приёмника коллектора ионов.

Рис. 11. Циклотронно-резонансный масс-анализатор. Высокочастотное электрическое поле в области анализатора позволяет идентифицировать ионы с данной величиной m/е по резонансному поглощению энергии ионами при совпадении частоты поля и циклотронной частоты ионов.

Рис. 7. Квадрупольный масс-анализатор: 1 и 2 — входное и выходное отверстия анализатора; 3 — траектории ионов; 4 — генератор высокочастотного напряжения.

Рис. 1. Скелетная схема масс-спектрометра: 1 — система подготовки и введения исследуемого вещества; 2 — ионный источник; 3 — масс-анализатор; 4 — приемник ионов; 5 — усилитель; 6 — регистрирующее устройство; 7 — ЭВМ; 8 — система электрического питания; 9 — откачные устройства. Пунктиром обведена вакуумируемая часть прибора.

Рис. 6. Схема радиочастотного масс-анализатора: 1, 2, 3 — сетки, образующие трёхсеточный каскад, на среднюю сетку 2 подано высокочастотное напряжение Uвч . Ионы с определённой скоростью и, следовательно, определённой массой, внутри каскада ускоряясь высокочастотным полем, получают больший прирост кинетической энергии, достаточный для преодоления тормозящего поля и попадания на коллектор.

Рис. 8. Фарвитрон: 1 и 2 — электроды, между которыми колеблются ионы.

Рис. 10. Схема магнито-резонансного масс-анализатора; магнитное поле Н перпендикулярно плоскости рисунка.

Масс-спектроскопия

Масс-спектроскопи'я , масс-спектрометрия, масс-спектральный анализ, метод исследования вещества путём определения масс ионов этого вещества (чаще отношений масс ионов к их зарядам) и их количеств. Совокупность значений масс и их относительных содержаний называется масс-спектром (рис. 1 ). В М.-с. используется разделение в вакууме ионов разных масс под воздействием электрических и магнитных полей (см. Масс-спектрометры ). Поэтому исследуемое вещество прежде всего подвергается ионизации . Процесс ионизации исключается при изучении ионного состава уже ионизованных газов, например в электрическом разряде или в ионосферах планет. В случае жидких и твёрдых веществ их либо предварительно испаряют, а затем ионизуют, либо же применяют поверхностную ионизацию , при которой образовавшиеся ионы вылетают в вакуум (см. Ионная эмиссия ). Чаще исследуются положительные ионы, так как существующие методы ионизации позволяют получать их более простыми путями и в больших количествах, чем отрицательные. Однако в ряде случаев исследуют и отрицательные ионы.

  Первые масс-спектры были получены в Великобритании Дж. Дж. Томсоном (1910), а затем Ф. Астоном (1919). Они привели к открытию стабильных изотопов . Вначале М.-с. применялась преимущественно для определения изотопного состава элементов и точного измерения атомных масс. М.-с. до сих пор является одним из основных методов, с помощью которых получают данные о массах ядер и атомных массах элементов. Вариации изотопного состава элементов могут быть определены с относительной погрешностью ±10-2 %, а массы ядер — с относительной погрешностью ±10-5 % для лёгких и ±10-4 % для тяжёлых элементов.

  Высокая точность и чувствительность М.-с. как метода изотопного анализа привели к её применению и в других областях, где существенно знание изотопного состава элементов, прежде всего в ядерной технике. В геологии и геохимии масс-спектральное определение изотопного состава ряда элементов (свинца, аргона и других) лежит в основе методов определения возраста горных пород и рудных образований (см., например, Геохронология ). М.-с. широко используется в химии для элементного и молекулярного структурного анализа. Первые применения М.-с. в области химии связаны с работами В. Н. Кондратьева (1923).