sobchuk

44. Структурная схема масспектрометра

1- ситема напуска

2- Источник ионов

3- массанализатор

4- усилитель тока

5- устройство обработки информации

6- регистрирующее устройство

7- система калибровки

8-блок питания

9-блок измерения массовых чисел.

В основе принципа действия лежит ввод вещества в источник его ионизации. Ионы попадают в массанализатор, где измеряется спектр разделенных ионов, определяется массовое число, амплитудное значение всех компанентов ионных проб. Данные масспектромтра используются для анализа компонентов газа. Газ вводится в источник ионов, происходит ионизация газа. Ионы поступают в массанализатор, где происходит их разделение, измерение спктров. Усилитель тока усиливает сигнал. В устройство обработки информации из блока измерения массовых чисел вводится информация о массовом числе. Величина ионного потока служит мерой концентрации соответсвующего компонента. Необходимая чувствительность предъявляется к конструкции источника ионов, массанализатора, параметрам питающего напряжения. Для калибровки используется проба, компоненты которй известны. Периодически она вводится в источник ионов и происходит сравнение результатов с паспортными данными.

45.Статический секторный магнитный масспектрометр

1,4- управляющие вентили

5- устройство калибровки

6- устройство электростатической фокусировки

7- система создания вакума

8- источник ионов

9,10,11,21источники питания

12массанализатор

13регулятор напряжения

14устройство вычисления разности напряжения и усиления

15детектор ионов

16-параметрический усилитель

17устройство калибровки

18блок обработки

19устройство сравнения

20блок опорных напряжений Анализируемая смесь через вентиль 1 диафрагму и вентиль 3 поступает в

ионизационную камеру. Диафрагма обеспечивает молекулярный режим вытекания. Блок 5 служит для установки одинаковой чувствительности для всех газовых компонентов. Ионы после ускорения и фокусировки попадают в однородное поперечное магнитное поле массанализатора, где происходит их пространственное разделение на ионные пучки. В фокальной плоскости приемника ионов осуществляет индикацию ионных пучков. Ионные токи усиливаются блоком 16. В 17 сигнал проходит дополнительную обработку в режиме вычитания. Источник питания обеспечивает работу всех элементов анализатора. Система калибровки устанавливает требуемую чувствительность для каждого канала. Процентное определение каждого компонента производится следующим образом: поступающая проба равна сумме всех компанентов. Сумма парциальных давлений газовых компонент будет составлять общее давление. Молекулярное вытекание в источник ионов газа обеспечивает линейную зависимость ионного тока от парциального давления каждого компонента. Концентрация каждого компонента будет выдавать какой-то сигнал: Ui=η*Pi

Ci=Si*Ui Si=const

U=ΣUi

46.Радиочастотный масспектрометр

1- Источник ионов

2- Ускоряющая система 3- Сетка под некоторым постоянным потенциалом, которая препятствует

проникновению ионов 4- Коллектор приемник

Условие достижения ионами с массовым числом m коллектора:

=	2	×	1
	2		2

ne –заряд иона, m- его масса, d- расстояние между стенками, f- частота напряжения ускорителя

Под воздействием ускоряющей системы различные ионы получают различное ускорение, которое завист от массового числа и величины напряжения U1. Благодаря сетке 3 на коллектор попадают ионы которые имеют энергию превосходящую некоторе значение.

В данном МСП много сеток и он очень чувствителен к поверхностным потенциалам, что приводит к низкой стабилности его работы.

47. Масспектрометр типа омегатрон

1,5- системы электродов между которыми создается поток

2- Ионизационная камера

3-ВЧ поле

4-коллектор

6- магнит Ионы молекул двигаются по спиральным траекториям вместе с электронами. В

коллектор 4 попадают только те ионы которые двигаются по определенному радиусу. Этот радиус завист от массового числа, напряжения и индукции магнитного поля:

= ×

Напряжение переменное. Ионы достигают колетора при определенной частоте этого напряжения. Скорость движения ионов высокая. Размер анализатора составляет несколько сантиметров. Все это находится в вакуме. Чтобы уменьшить вероятность столкновения ионов необходима высокая степень вакуума.

48. Методы и области применения лазеров в лабораторной диагностике.

Таблица 5.1. Применение лазеров при анализе газов

Метод	Область применения
Поглощение	ИК-определение атмосферных примесей
Внутрирезонаторное поглощение	Диагностика пламен, исследования
	изотопов
Лазерное возбуждение	Анализ следов элементов в пламенах
флюоресценции
Многофотонная ионизация	Обнаружение многоатомных молекул
Когерентная спектроскопия	Диагностика горения и плазмы
антистоксова комбинационного
рассеяния
Лазерная штарковская	Анализ следов органических молекул
спектроскопия
Лазерная фотоакустическая	Определение загрязнений в газах,
спектроскопия	поглощение в аэрозолях
Таблица 5.2. Применение лазеров при анализе жидких и твердых веществ
Метод	Область применения
Лазерное возбуждение	Флюориметрия, фосфориметрия
флюоресценции
Зондирование люминесценции	Анализ следов лантаноидов
ионов
при селективном возбуждении
Лазерный микроанализ	Локальное определение малых
	примесей в твердых образцах, атомная
	абсорбционная спектрометрия
Лазерный масс-спектрометрический	Локальный микроанализ
микроанализ
Лазерная фотоакустическая	Анализ микрокомпонент в жидкостях,
спектроскопия	биологических и медицинских образцах

49. Лазерная абсорбционная спектроскопия. Схема спектрометра с кюветой Уайта.

Основаны на законе Бугера-Ламберта. При применении обычных методов мин. значение парциального давления примесей 0,1 мПа, если увеличить длину пути светового пучка в пробе то можно значительно снизить предел обнаружения. Применение перестраиваемых лазеров позволило расшир. их применение в лаб. диагностике и снизить порог обнаружения газовых примесей.

Понижение порога чувствительности ограничено по следующим причинам:

1 Хотя мы используем узкополосный перестраиваемый источник, но изменение интенсивности излучения производится на фоне большой величины IO – интенсивность падающего света.

2 Давление газа уширяет спектральные линии и поэтому узкая ширина лазерной линии практически не дает преимуществ.

Если использовать перестраиваемые инжекционные лазеры с очень узкими линии излучения (10-5 см-1) можно разрешать очень сложные спектры.

Блок-схема представлена на рисунке 49.1

1— кювета Уайта;

2— кювета сравнения;

3— приемник;

4— охлаждающее устройство,

5— излучатель инжекционного лазера;

6— линза;

7— прерыватель;

8— источник питания лазера;

9— модулятор тока питания;

10— синхронный усилитель;

11— самописец.

Исследуемый газ проходит через кювету Уайта, которая может обеспечить длину пути в несколько сто метров. Излучение лазера, пройдя через линзы, модулятор подается в кювету Уайта, кювету сравнения и попадает на приемник (3).

Питание осуществляется с помощью источника 8, к-ый управляется модулятором 9. Из источника питания импульсы в моменты выработки импульсов лазером подаются в 11, для его синхронизации. Синхроимпульсы нужны чтобы синхронный усилитель 10 усиливал сигнал в нужные моменты времени.

Недостаток: нестабильная работа инжекционных лазеров. Достоинства: высокая чувствительность и селективность.

50. Поглощение с использованием других приемов. Внутрирезонаторное поглощение и схема установки.

Основаны на законе Бугера-Ламберта. При применении обычных методов мин. значение парциального давления примесей 0,1 мПа, если увеличить длину пути светового пучка в пробе то можно значительно снизить предел обнаружения. Применение перестраиваемых лазеров позволило расшир. их применение в лаб. диагностике и снизить порог обнаружения газовых примесей.

Понижение порога чувствительности ограничено по следующим причинам:

1 Хотя мы используем узкополосный перестраиваемый источник, но изменение интенсивности излучения производится на фоне большой величины IO – интенсивность падающего света.

2 Давление газа уширяет спектральные линии и поэтому узкая ширина лазерной линии практически не дает преимуществ.

Если использовать перестраиваемые инжекционные лазеры с очень узкими линии излучения (10-5 см-1) можно разрешать очень сложные спектры.

Блок-схема представлена на рисунке 49.1

1— кювета Уайта;

2— кювета сравнения;

3— приемник;

4— охлаждающее устройство,

5— излучатель инжекционного лазера;

6— линза;

7— прерыватель;

8— источник питания лазера;

9— модулятор тока питания;

10— синхронный усилитель;

11— самописец.

Исследуемый газ проходит через кювету Уайта, которая может обеспечить длину пути в несколько сто метров. Излучение лазера, пройдя через линзы, модулятор подается в кювету Уайта, кювету сравнения и попадает на приемник (3).

Питание осуществляется с помощью источника 8, к-ый управляется модулятором 9. Из источника питания импульсы в моменты выработки импульсов лазером подаются в 11, для его синхронизации. Синхроимпульсы нужны чтобы синхронный усилитель 10 усиливал сигнал в нужные моменты времени.

Недостаток: нестабильная работа инжекционных лазеров. Достоинства: высокая чувствительность и селективность.

51. Лазерное возбуждение атомной флюоресценции в пламени.

Лазерное возбуждение флюоресценции имеет ряд преимуществ по сравнению с атомным абсорбционным методом для определения содержания микрокомпонент.

Особенности метода:

1 – Малые объемы образцов 2 – высокое отнощение сигнала к шуму, в связи с возможностью возбуждния

флуоресценции при слабом фоне 3 – пропорциональность сигналов флуоресц. концентрации излучателя при малой

интенсивности флюоресценции.

Имеет место процесс возбуждения флуоресценции:

При поглощении атомов фотона, к-й облучает пробу происходит переход атома из начального состояния в сост. с большей энергией. Это может привести к излучению на той же длине волны (ER). Эта флуоресценция называется резонансной.

Может произойти возбуждение на длине волны большей чем возбуждающая длина волны – стоксовая флуоресценция (ES)

Флуоресценция на длине волны меньшей чем вобуждающая – антистоксовая флуоресценция (EAS)

ER → λВ = λИ

ES → λВ < λИ

EAS → λВ > λИ

Молекула при лазерном возбужении может перейти в долгоживущее состояние с последующим испусканием фосфоресцентного излучения.

При ударном возбуждении может произойти перераспределение заселенности возбужденных состояний. Сформировавшиеся после поглощения в результате возможно излечение на более коротких длинах волн – антистоксовое излучение.

52. Схема установки	для регистрации атомной и молекулярной
флюорисценции.

1 — лазер на N2; 2 — лазер на красителе; 3 — светонепроницаемая камера с образцом; 4 —держатель вращающейся кюветы; 5 — поглотитель луча; 6 — диафрагмы; 7 — фильтры; 8 — линзы; 9 — расщепитель луча; 10 — фотоумножитель 1Р28; 11 — монохроматор; 12 — фотоумножитель 8850; 13 — источник высокого напряжения; 14 — селективный интегратор серии импульсов; 15 — самописец.

На рисунке показана блок-схема прибора для исследования возбуждаемой лазером флюоресценции с перестройкой длины волны возбуждения и регистрацией излучения с разрешением во времени. Образец помещается в светонепроницаемую камеру с оптикой, собирающей излучение флюоресценции и направляющей его на щель монохроматора. Для уменьшения интенсивности комбинационного и рэлеевского рассеяния на пути света к щели монохроматора помещаются фильтры. Выходной сигнал фотоумножителя вводится в селективный интегратор серии импульсов. Вход интегратора может быть настроен на определенную задержку регистрации флюоресцентного сигнала по отношению к импульсу триггера, вызываемому запуском лазера. Так как величина задержки может регулироваться, то соответствующей ее установкой можно оптимизировать отношение сигнала к шуму. Селективный интегратор можно также использовать для получения временной зависимости флюоресцентного сигнала.

53 Диагностика газовых пучков.

Возможность возбуждения флюоресценции в малых объемах позволили использовать этот метод для тонкой диагностики газовых пучков, которые возникают при химическиз реакциях. Существует несколько видов взаимного расположения зондирующего лазерного луча и изучаемых пучков частиц.

Рисунок 53.1 а – лазерное зондирование в нек. точке пучка б – исследование пучково-пучкового рассеяния

в – определение продуктов 2х пучков (проводят исследование пучкового дифф. рассеяния)

г– метод доплеровской фурьеспектроскопии

Впервом методе производится зондирование в некоторой точке внутри молекулярного пучка (пучок мол-л азота: исследовать вращ. движение молекул азота)

При исследовании пучково-пучкового интегрального рассеяния методом лазерного возбуждения флюоресценции определяется совокупное распределение состояний продуктов реакции двух отдельных пучков. В этом случае флюоресценция возбуждается во всех продуктах пучково-пучковой реакции независимо от начального угла, под которым осуществляется рассеяние.

При исследовании пучково-пучкового дифференциального рассеяния лазерное возбуждение флюоресценции используется для изучения продуктов пучковопучкового рассеяния под определенным углом. Дифференциация направления осуществляется изменением положения щели. Изменяя положение щели можно измерить функцию углового распределения рассеивания прореагировавших частиц.

При реализации метода доплеровской фурьеспектроскопии произв. измерение доплеровского контура линии флюоресценции в зависимости от угла падения лазерного луча. Позволяет получить сведения о функции описывающей изменение распределения продуктов.

При изучении атомных и молекулярных пучков м.б. использованы методы многофотонной ионизации.

Высокое соотношение С\Ш может позволить измерять более низкие концентрации чем при использовании метода лазерного возбуждения флюоресценции.

Метод многофотонной ионизации Рисунок 53.2

1,2 – лазеры, работающие на разных λ

3- масс-спектрометр Возникающие в области взаимодействия двух лучей лазеров ионы анализируются

масс-спектрометром. Один из лазеров м.б. перестроен что дает возможность сканирования. Возможно применять 1 лазер вместо 2, но очень мощный, чтобы возникло двухфотонное поглощение. (мощность оценивается по λ)