3.3.3. Регистрирующее устройство.

Первые масс-спектрографы использовали в качестве регистрирующего устройства фотопластинку. Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод, выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него еще большее количество электронов и т.д. Другой вариант - фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители, системы типа диодных матриц и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея). Заинтересованный читатель может обратиться к подробностям детектирования ионов в специальной литературе, мы же не будем останавливаться на этом более подробно.

3.4. Область применения масс спектрометрии.

Поскольку массы изотопов отличаются, а масс-спектрометрия измеряет массу, естественно, этот метод становится самым удобным для определения изотопного состава. В то же время, информация по изотопному составу помогает идентифицировать органические соединения и позволяет дать ответы на многие вопросы начиная от определения возраста пород для геологии и кончая определением фальсификатов многих продуктов и установлением места происхождения товаров и сырья.

Трудно представить область человеческой деятельности, где не нашлось бы места масс-спектрометрии. Ограничимся просто перечислением: биохимия, клиническая химия, общая химия и органическая химия, фармацевтика, косметика, парфюмерия, пищевая промышленность, химический синтез, нефтехимия и нефтепераработка, контроль окружающей среды, производство полимеров и пластиков, медицина и токсикология, криминалистика, д

Вопросы:

1 Дифракционный структурный анализ.

2 Методы масс-спектрометрии.

3. Принцип действия масс-спектрометра

4. Устройство масс-спектрометра.

5. Ионизация вещества Метод ионизации молекул органических соединений Ионизация в ионно-молекулярных реакциях. Метод PPNICI. Импульсная попеременная регистрация положительных ионов и отрицательных ионов при химической ионизации. Химическая ионизация. Ионизация неорганических соединений Ионизация индуктивно-связанной плазме. Лазерная абляция Термоионизация Искровая ионизация и ионизация в тлеющем разряде.

6. Масс-анализаторы. Квадрупольный анализатор. Квадрупольная ионная ловушка.

7. Регистрирующее устройство.

8. Область применения масс спектрометрии.

4. Рентгеновская спектроскопия.

Рентгеновские спектры обусловлены переходами электронов внутренних оболочек атомов. Различают тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Первое возникает при торможении заряженных частиц (электронов), бомбардирующих мишень в рентгеновских трубках, и имеет сплошной спектр. Характеристическое излучение испускают атомы мишени при столкновении с электронами (первичное излучение) или с рентгеновскими фотонами (вторичное, или флуоресцентное, излучение). В результате этих столкновений с одной из внутренних (К-, L- или М-) оболочек атома вылетает электрон и образуется вакансия, которую заполняет электрон с другой (внутренней или внешней) оболочки. При этом атом испускает квант рентгеновского излучения.

Принятые в рентгеновская спектроскопия обозначения важнейшие рентгеновские переходы приведены на рисунке.

• Все уровни энергии с главными квантовыми числами n = 1, 2, 3, 4... обозначаются соответственно К, L, M, N ...;

• Подуровням энергии с одним и тем же h приписывают последовательно числовые индексы в порядке возрастания энергии, например M1, М2, М3, M4, M5 .

• Все переходы на К-, L- или М-уровни называют переходами К-, L- или М-серии (К-, L- или М-переходами) и обозначают греческими буквами (a, b, g...) с числовыми индексами.

Общепринятых правил обозначения переходов не существует. Наиболее интенсивные переходы происходят между уровнями, удовлетворяющими условиям: Dl = 1, Dj = 0 или 1 (j = = lb 1/2), Dn . 0. Характеристические рентгеновский спектр носит линейчатый характер; каждая линия соответствует определенному переходу.

Поскольку бомбардировка электронами вызывает распад вещества, при анализе и изучении химических связей применяют вторичное излучение, как, например, в рентгеновском флуоресцентном анализе и в рентгеноэлектронной спектроскопии.

Схема рентгеновского спектрометра: 1-рентгеновская трубка; 1а-источник электронов (термоэмиссионный катод); 1б-мишень (анод); 2-исследуемое вещество; 3 - кристалл-анализатор; 4-регистрирующее устройство; hv1-первичное рентгеновское излучение; hv2 - вторичное рентгеновское излучение; hv3 - регистрируемое излучение.

Источником первичного рентгеновского излучения служит рентгеновская трубка . Для разложения рентгеновского излучения в спектр по длинам волн используют кристалл-анализатор или дифракционную решетку. Полученный спектр рентгеновского излучения регистрируют на рентгеновской фотопленке с помощью ионизационной камеры, специальными счетчиками, полупроводниковым детектором и т. д.

Общий вид спектров: а — фотоэлектронов; б — рентгеновского поглощения; в — рентгеновской флуоресценции; г — оже-электронов .

Рентгеновские спектры поглощения связаны с переходом электрона внутр. оболочки на возбужденные оболочки (или зоны). Для получения этих спектров тонкий слой поглощающего вещества помещают между рентгеновской трубкой и кристаллом-анализатором (рис. 2) или между кристаллом-анализатором и регистрирующим устройством. Спектр поглощения имеет резкую низкочастотную границу, при которой происходит скачок поглощения. Часть спектра до этого скачка, когда переход происходит в область до порога поглощения (т.е. в связанные состояния), наз. ближней структурой спектра поглощения и носит квазилинейчатый характер с хорошо выраженными максимумами и минимумами. Такие спектры содержат информацию о вакантных возбужденных состояниях хим. соединений (или зонах проводимости в полупроводниках).

Вопросы:

1. Сущность метода рентгеновской спектроскопии.

2. Оборудование для рентгеновской спектроскопии. Устройство рентгеновского спектрометра.

5. Ядерная спектроскопия – позволяет определить энергию частиц, их поляризацию, пространственное и временное распределения. Цель исследований - определение спектра и квантовых характеристик ядерных состояний: энергии, спина, чётности, магн. дипольных и квадрупольных моментов ядер, параметров деформации, а также вероятностей переходов между ядерными состояниями в зависимости от их квантовых характеристик.

В основе метода лежит эффект Мёсбауэра - резонансное поглощение g-квантов атомными ядрами, наблюдаемое, когда источник и поглотитель g-излучения — твёрдые тела, а энергия g-квантов невелика (~ 150 кэв). эффект позволяет получить сведения об особенностях взаимодействия атомов в твёрдых телах и о колебаниях атомов в кристаллической решётке. Измерения, в которых используется эффект Мёсбауэра , отличаются высокой избирательностью, т.к. в каждом эксперименте резонансное поглощение наблюдается только для ядер одного сорта. Эта особенность метода позволяет эффективно использовать его. в тех случаях, когда атомы, на ядрах которых наблюдается эффект Мёсбауэра., входят в состав твёрдых тел в виде примесей. Эффект Мёсбауэра успешно используется для исследования электронных состояний примесных атомов в металлах и полупроводниках и для изучения особенностей колебаний примесных атомов в кристаллах.

Вопросы:

1. Сущность метода ядерной спектроскопии.