- •Содержание
- •Введение
- •1. Оптические методы
- •1.1. Электромагнитное излучение
- •1.2. Происхождение атомных спектров
- •1.3. Классификация оптических методов анализа
- •2. Поглощение излучения
- •2.1. Ультрафиолетовая и видимая области
- •2.2. Цвет раствора
- •2.3. Фотометрические методы анализа
- •2.4. Спектрофотометрия
- •Характеристические полосы поглощения некоторых хромофоров
- •3. Инфракрасная спектроскопия
- •4. Молекулярная люминесценция:
- •5. Спектры комбинационного рассеяния Рамановская спектроскопия
- •6. Атомная спектроскопия
- •Конус зона
- •7. Фотоакустическая спектроскопия
- •8. Рентгено-спектральный анализ
- •8.1. Рентгеновская абсорбционная спектроскопия
- •8.2. Дифракция рентгеновских лучей
- •8.3. Рентгеновская флуоресценция
- •8.4. Рентгеноскопический анализ
- •9. Электронная и ионная спектроскопия
- •10. Спектроскопия магнитного резонанса
- •11. Масс-спектрометрия
- •12. Ядерно-физические методы анализа
- •12.1. Величины и единицы измерения радиоактивности
- •12.5. Детекторы радиоактивности
- •13. Термические свойства потребительских товаров
- •13.1. Термические методы анализа
- •13.2. Термометрия
- •13.3. Термотитрометрия
- •13.4. Термогравиметрический анализ (тга)
- •13.6. Дифференциальная термогравиметрия (тгп)
- •13.7. Дифференциальная сканирующая калориметрия (дск)
- •14. Цвет и свет
- •14.1 Основные колориметрические и фотометрическое величины
- •14.2 Основы измерения цвета
- •15. Микроскопия
- •16. Хроматографические методы разделения и идентификация веществ
- •Важнейшие виды хроматографии
- •Тест по дисциплине
- •Вопросы к экзамену
- •Словарь основных понятий
- •Список рекомендуемой литературы Основная
- •Дополнительная
- •Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров, часть 1 Учебно-практическое пособие
11. Масс-спектрометрия
Macс-спектральный анализ основан на способности газообразных ионов разделяться в магнитном поле в зависимости от отношения т/е, где т масса, е -заряд иона. Ионизация молекул в газе происходит под действием потока электронов. Наиболее вероятными являются процессы образования однозарядных положительных ионов:
М + = М+ + 2,
По величине m/е определяют массовое число иона, а по интенсивности соответствующего сигнала судят о концентрации ионов.
5
Рис. 16. Схема масс-спектрометра 1 - газообразная проба; 2 - катод; 3 - анод; 4 - ускоряющие пластинки; 5 - магнитное поле; 6 - детектор.
В камере анализируемое вещество переводится в газообразное состояние при давлении 10-2-10-3Па. Режим работы камеры устанавливается в зависимости от того, трудно- или легко-летучие соединения входят в состав анализируемого образца. При анализе газообразных проб стадия испарения отпадает. Далее молекулярный пучок ионизируется. Ионизация молекулярного пучка газообразной пробы может быть вызвана фотонами, ионами, электрическим полем, электронным ударом и другими способами.
Образовавшиеся положительно заряженные ионы проходят через ускоряющие пластины, разность потенциалов между которыми достигает нескольких тысяч вольт. Здесь они приобретают энергию eV, а их скорость возрастает до V. Энергия еV будет равна кинетической энергии ионов mV2/2, покидающих ионный источник со скоростью V.
eV = mV2/2 (11.1)
После ускорения в электрическом поле ионы под прямым углом пересекают магнитное поле напряженностью Н, подвергаясь, таким образом, действию силы HeV, направленной перпендикулярно движению иона. Поэтому траекторией движения ионов будет окружность радиуса r.
r = 1/Н √ 2Vmle (11.2)
Ионы, описывая дугу радиуса г, попадают в детектор.
m/e = r2*H2/2V (11.3)
Для получения масс-спектра, в принципе, можно менять любую переменную правой части уравнения (11.3) и измерять ионный ток или почернение фотопластинки. Радиус r обычно не меняется, он задается конструкцией прибора и остается постоянным для всех ионов. Таким образом, меняя Н при постоянном V или меняя V при постоянном Н, можно направлять на детектор ионы с разной величиной m/е. Масс-спектр представляют зависимостью в виде спектрограммы или таблицы, содержащей величины m/е и соответствующую им интенсивность. Пропорциональность между экспериментально измеренным V и отношением m/е можно найти путем градуировки по веществу с известным масс-спектром.
Качественный масс-спектрометрический анализ основан на измерении массы ионов. Идентификация масс проводится по положению линии на фотопластинке, которое фиксируется, измеряя расстояние между линиями с известной массой и анализируемой линией. Масс-спектры многих веществ изучены достаточно подробно и сведены в специальные атласы.
Количественный анализ в масс-спектрометрии проводят по току, фиксируемому детектором, или по почернению фотопластинки. В первом случае расчеты основаны на том, что пик ионного тока 1 пропорционален содержанию компонента или его парциальному давлению:
1 = k*c = ξ*р,
где k и ξ - коэффициенты пропорциональности,
с - концентрация,
р - давление.
Практическое применение масс-спектрометрии многообразно. Измерения масс-спектров используют при изучении изотопного состава различных веществ. Основные сведения о стабильных изотопах получены с помощью масс-спектрометра. Mace-спектрометрию применяют для анализа твердых, жидких и газообразных проб, а также для анализа многих классов соединений, сложных многокомпонентных смесей углеводородов и т.д. Метод применим для определения почти всех элементов периодической системы со средним пределом обнаружения 10-3-10-4%, а при благоприятных условиях и до 10-7%. Одним из достоинств метода является возможность одновременного определения нескольких элементов и использование в работе небольших навесок, 1мг и менее. Погрешность метода составляет менее 5%.
Вопросы для самоконтроля
Какова приципиальная схема масс-спектрометра?
Как проходит процесс измерения образца?
Каким образом проводят количественный анализ в масс- спектрометрии?
Какие области практического применения масс-спектрометрии Вы знаете?
Какова погрешность метода масс-спектрометрии?
Тест по теме
На чем основан качественный масс-спектрометрический анализ:
на измерении массы электронов?
на измерении массы ионов?
на измерении массы нейтронов?