Engineering and technology research is carried out and the principle of multi-parameter detection of organic compounds with the use of surface-ionization drift spectrometers is developed. Laboratory models developed two types of instruments: for the detection of organic compounds with recognizing the three physico-chemical parameters of organic molecules and six to eight physicochemical parameters. The devices are designed for use in the field-agency environmental monitoring, medicine, biochemistry, food industry, to address the Inspection tasks at curbing the illicit traffic of drugs, explosives and toxic substances.
surface ionization, analysis of organic compounds, the thermal emitter ion drift spectrometers, environmental monitoring, drug trafficking, explosives and toxic substances
Введение
Одним из перспективных и интенсивно развивающихся направлений внелабораторных методов анализа является создание дрейф-спектрометрических приборов, в которых идентификация органических соединений осуществляется по параметрам дрейфовой подвижности ионов органических соединений в воздухе атмосферного давления. Для ионизации органических соединений во входной части приборов применяют различные методы - радиоизотопную ионизацию, ионизацию в коронном разряде, ионизацию с использованием лазерного излучения, спрей-ионизацию, матричную ионизацию и т.д. [1-3]. Начиная с 1998 г. по указанной проблематике выходит специализированный научный журнал (International Journal for Ion Mobility Spectrometry), раз в 2 года проходят международные конференции по спектрометрии ионной подвижности, регулярно публикуются обзорные статьи по данной тематике [2-3], выходят монографии, посвященные различным модификациям дрейф-спектрометрии [4-6].
В частности, в монографии [4] подведены итоги развития спектрометрии ионной подвижности, которая в определенной мере является аналогом времяпролетной масс-спектрометрии. Данный метод позволяет определять параметры дрейфовой подвижности ионов в области малой напряженности электрического поля. В данном случае величина дрейфовой подвижности ионов не зависит от величины напряженности электрического поля, поэтому определяемые величины подвижности ионов можно назвать «параметрами линейной дрейфовой подвижности ионов». В отечественной литературе метод обычно называют «Времяпролетная Спектрометрия Ионной Подвижности» (ВСИП), в зарубежной литературе - «Ion Mobility Spectrometry» (IMS). По своей научной идеологии данный метод дрейф-спектрометрии восходит к научным результатам, изложенным в известной монографии [7].
В монографии [5] подведены итоги развития метода спектрометрии приращения ионной подвижности, позволяющего определять параметры дрейфовой подвижности ионов в области большой напряженности электрического поля. В данном случае величина дрейфовой подвижности ионов зависит от величины напряженности электрического поля, поэтому определяемые величины можно назвать «параметрами нелинейной дрейфовой подвижности ионов». В отечественной литературе метод обычно называют «Спектрометрия Приращения Ионной Подвижности» (СПИП), в зарубежной литературе - «High-field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry» (FAIMS), причем в основе метода лежит известное изобретение [8].
В развитие тандемных методов анализа химических объектов в монографии [6] описаны современные достижения в области создания приборов, в которых первой ступенью прибора является дрейф-спектрометр, осуществляющий предварительную сепарацию ионов по параметрам их дрейфовой подвижности со сравнительно небольшой разрешающей способностью. При этом основной анализ химических объектов осуществляется во второй ступени прибора, выполненной на основе масс-спектрометра высокого разрешения.
В литературе имеется большое число публикаций и по другому перспективному методу тандемной дрейф-спектрометрии, в котором первая ступень прибора выполнена на основе поликапиллярной хроматографической колонки, а вторая - на основе спектрометра ионной подвижности [9]. И хотя разрешающая способность как поликапиллярных хроматографических колонок, так и спектрометров ионной подвижности невелики, метод позволяет, по существу, проводить анализ химических объектов в трехмерном пространстве - «время прохождения поликапиллярной колонки - время прохождения дрейф-спектрометра - интенсивность сигнала». Поэтому можно ожидать появления в ближайшее время монографии по научно-техническим достижениям и в данной области приборостроения. Вообще же по данным работы [9] на 2010 г. в мире в различных областях науки и промышленности используется более 90 000 дрейф-спектрометров различных типов и модификаций.
С начала 70-х годов прошлого века в различных лабораториях мира проводились исследования по созданию селективных поверхностно-ионизационных детекторов органических соединений азота, в частности аминов, к классу которых относятся наркотические вещества [10-15], а с появлением дрейф-спектрометрических приборов - исследования, направленные на создание селективных поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров [16]. Однако вплоть до настоящего времени, по нашим данным, промышленность так и не освоила серийный выпуск коммерческих поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров.
Данная работа посвящена созданию макетов поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров, позволяющих реализовать многопараметрический характер распознавания органических соединений.
Принцип многопараметрического распознавания органических соединений
Можно сформулировать следующие принципиальные отличия поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров от дрейф-спектрометров с другими типами источников ионов:
- селективность ионизации органических соединений на основе азота, фосфора, мышьяка и серы;
- отсутствие чувствительности к колебаниям влажности воздуха, прокачиваемого через прибор;
- возможность определения до трех независимых физико-химических параметров органических соединений в блоке источника ионов, которые могут быть использованы для идентификации органических соединений;
- возможность определения до четырех независимых физико-химических параметров органических соединений в блоке дрейф-камеры;
- принципиальная возможность определения массы ионов;
- возможность корректной расшифровки тонкой структуры дрейф-спектров с использованием методов корреляционного анализа, т.е. возможность идентификации смесей органических веществ.
Ранее в литературе предлагались методы выделения тонкой структуры дрейф-спектров при традиционных способах ионизации органических соединений [17-18] путем разложения пиков дрейф-спектров на Гауссовы функции. Однако при коронной, лазерной или изотопной ионизации органических молекул в составе ионного пучка присутствуют ионы с положительным и отрицательным зарядом, что может привести к неоднозначным результатам расшифровки дрейф-спектров.
В рамках цикла комплексных исследований и конструкторско-технологических разработок, проведенных авторами, были разработаны новые физические методы поверхностно-ионизационного детектирования органических соединений [19-35], новые технологии материалов термоэмиттеров ионов [36-42], новые конструкции поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров и их основных узлов [43-61].
В табл. 1 в качестве примера приведены сводные данные по физико-химическим параметрам типичного представителя третичных аминов - триэтаноламина, которые были определены нами с использованием поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра и которые могут быть использованы в качестве идентификационных параметров органических молекул. Масса иона методом дрейф-спектрометрии высокого разрешения нами не определялась, так как это является отдельной достаточно сложной математической задачей.
Поверхностно-ионизационный дрейф-спектрометр, по существу, является тандемным прибором, состоящим из блока источника ионов и собственно дрейф-камеры, при этом блок источника ионов может быть использован в качестве самостоятельного аналитического устройства. Точность измерения каждого физико-химического параметра органических молекул составляет 1-2%, что соответствует разрешающей способности не менее 50 по каждому параметру. В этом случае эффективная разрешающая способность приборов при измерении нескольких параметров может достигать 5-10 тыс. При этом по типу табл. 1 может быть создана база данных по идентификационным параметрам органических соединений с использованием, например, источника тестового потока органических соединений [19].
Таблица 1
Физико-химические параметры триэтаноламина
На рис. 1 приведена фотография участка исследования характеристик и испытания лабораторных макетов поверхностно-ионизационных приборов различных типов и назначений Студенческого конструкторского бюро «Технические средства экологического мониторинга» Московского государственного технического университета информационных технологий, радиотехники и электроники (МИРЭА).
Рис. 1. Участок исследования характеристик и испытания макетов приборов
На рис. 1 слева направо расположены макеты приборов:
- стенд для исследования закономерностей поверхностной ионизации органических соединений, разработки методик измерения дрейфовой подвижности ионов в области источника ионов и методик определения параметров термической десорбции органических соединений;
- лабораторный макет трехпараметрического прибора на основе источника ионов с инверсным газовым потоком для анализа жидких проб, а также вытяжек твердых проб;
- лабораторный макет трехпараметрического прибора на основе источника ионов с инверсным газовым потоком для анализа атмосферы воздуха;
- лабораторный макет поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра для анализа проб, испаряемых со спирали или салфетки. Прибор предназначен для разработки методик определения всего комплекса идентификационных параметров органических соединений.
Приборы для определения трех физико-химических параметров органических соединений
Трехпараметрические приборы на основе поверхностно-ионизационного источника ионов предназначены для мониторинга воздуха, воды и почвы и могут найти применение во многих областях народного хозяйства, как показано в табл. 2.
Таблица 2
Потенциальные области применения трехпараметрических приборов
|
№ п/п |
Заинтересованные |
Решаемые задачи |
|
1 |
Органы государственного, |
Системы пожарно-охранной |
|
2 |
Министерства |
Системы пожарно-охранной |
|
3 |
Министерство |
Системы пожарно-охранной сигнализации в больницах, санаториях и т.д. |
|
4 |
Министерство по делам |
Системы пожарно-охранной сигнализации на спортивных сооружениях, |
|
5 |
Министерство |
Системы пожарно-охранной сигнализации в аэропортах, на железнодорожных вокзалах, автовокзалах. Досмотровые системы. |
|
6 |
Минпромторг |
Системы пожарно-охранной сигнализации на крупных предприятиях |
|
7 |
Минпромторг |
Системы контроля вредных выбросов |
|
8 |
Минприроды |
Экологический мониторинг |
|
9 |
Министерство по чрезвычайным ситуациям |
Противопожарный и экологический |
|
10 |
Министерство |
Экологический мониторинг перерабатывающих предприятий и предприятий пищевой промышленности |
|
11 |
Министерство обороны |
Утечка жидких ракетных топлив и загрязнения ими воды и почвы. Детектирование отравляющих веществ |
|
12 |
Министерство внутренних дел |
Портативные детекторы отравляющих и взрывчатых веществ |
Наиболее значительным и принципиальным недостатком известных систем пожарно-охранной сигнализации является невозможность определения степени опасности продуктов горения. Известно, что многие современные строительные и отделочные материалы при горении выделяют токсичные продукты, в том числе продукты на основе органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы. Опасная для человека концентрация таких продуктов составляет (10-4-10-5) мг/л, что на несколько порядков меньше величины чувствительности оптоэлектронных датчиков. При этом тепловые датчики возгорания не реагируют на наличие данных веществ в газообразном состоянии при отсутствии теплового фактора.
Таким образом, задача создания датчиков-анализаторов продуктов горения, обеспечивающих определение степени опасности продуктов возгорания и предназначенных для построения принципиально новых систем пожарно-охранной сигнализации в общественных зданиях и сооружениях - в детских садах, школах, спортивных сооружениях, в административных зданиях, в аэропортах, на железнодорожных вокзалах и т.д. - является весьма актуальной, значимой и востребованной. Кроме того, такие датчики-анализаторы могли бы найти эффективное применение и в области экологического мониторинга воздушной среды для детектирования и анализа утечек физиологически опасных веществ из классов органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы. При этом модификация прибора, содержащая устройство для ввода и испарения проб воды и вытяжки из проб почвы, могла бы быть использована и для экологического мониторинга воды и почв на наличие физиологически опасных веществ из класса органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы.
Трехпараметрический прибор для анализа атмосферы воздуха
На рис. 2 показан внешний вид лабораторного макета трехпараметрического прибора
Рис. 2. Макет трехпараметрического прибора для мониторинга воздуха
Прибор предназначен для непрерывного мониторинга атмосферы воздуха на наличие следовых количеств органических соединений азота, серы, фосфора и мышьяка. В состав макета прибора входит датчик-анализатор на основе поверхностно-ионизационного источника ионов с инверсным газовым потоком, включающий концентратор-термодесорбер и завихритель потока газа, создающий область разрежения воздуха в области концентратора-термодесорбера. Периодическая очистка входных каналов анализатора осуществляется реверсом потока воздуха, прокачиваемого через прибор, при включенном термоэмиттере ионов.
Все платы питания прибора имеют встроенные микропроцессоры, обеспечивающие управление режимами работы от внешнего компьютера. Возможно управление режимами нагрева термоэмиттера и термодесорбера, установки ускоряющего напряжения, работы насосов и входного вентилятора, а также числом накоплений при регистрации тока коллектора. На рис. 3 в качестве примера показано окно регистрации результатов анализа в режиме испарения пробы с накопителя-термодесорбера.
Рис. 3. Окно регистрации результатов анализа в режиме испарения пробы с накопителя-термодесорбера
Разработанный лабораторный макет прибора имеет следующие технические характеристики:
- определение 3-х идентификационных параметров органических соединений;
- коэффициент преобразования источника ионов - 1-100 Кл/ моль в зависимости от типа соединения;
- эффективная разрешающая способность датчика - до 500-1000;
- чувствительность - до 10-12-10-14 г/см3 в зависимости от типа органического соединения;
- время детектирования и анализа - до 30 с;
- питание - ≈ 220 В, 50 Гц;
- условия эксплуатации: температура - от 5 до 40°С, влажность - до 95%.
Идентификационные параметры органических соединений и особенности макета прибора:
- величина энергии активации десорбции органических соединений с поверхности материала концентратора-термодесорбера;
- величина энергии активации поверхностной ионизации органических соединений;
- дрейфовая подвижность ионов органических соединений;
- помехозащищенность от колебаний влажности воздуха;
- селективность детектирования органических соединений азота, фосфора, мышьяка, серы.
На основе макета прибора может быть создана стационарная система детектирования и анализа органических соединений в составе атмосферы воздуха, которая может содержать до 25 датчиков, соединенных в сеть центральным компьютером.
Трехпараметрический прибор для анализа жидких проб
На рис. 4 приведен внешний вид макета трехпараметрического прибора для анализа жидких проб и вытяжек из твердых проб на наличие органических соединений азота, серы, фосфора и мышьяка.
Основу прибора составляет датчик-анализатор прибора рис. 2, но без накопителя-термодесорбера. Для генерации паров анализируемых жидких проб используется испаритель в виде планарного нагревателя, снабженного датчиком температуры и образующего дно стаканчика для жидких проб. Испаритель с помощью шагового двигателя может перемещаться из положения забора пробы в положение испарения пробы перед завихрителем датчика-анализатора.
Рис. 4. Макет трехпараметрического прибора для анализа жидких проб
На рис. 5 в качестве примера показано окно регистрации результатов анализа в режиме испарения пробы из испарителя.
Рис. 5. Окно регистрации результатов анализа в режиме испарения пробы из планарного испарителя
Прибор содержит систему очистки входных каналов потоком горячего воздуха путем реверса потока воздуха при включенном термоэмиттере ионов. Прибор может быть использован в области экологического мониторинга окружающей среды, в области химической и пищевой промышленности, в аналитической химии, медицине, для контроля отходов промышленных производств. Основные технические характеристики прибора аналогичны характеристикам прибора для мониторинга атмосферы воздуха.
Приборы для определения шести-восьми физико-химических параметров органических соединений
Переносной поверхностно-ионизационный дрейф-спектрометр
На рис. 6 приведен внешний вид макета переносного поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра, являющегося основой газоаналитической досмотровой системы для детектирования и многопараметрического анализа следовых количеств наркотических, взрывчатых и отравляющих веществ. В состав системы входят дрейф-спектрометрический детектор с селективным поверхностно-ионизационным источником ионов органических соединений, устройства для сбора пылевых проб и устройство для программного нагрева проб. После создания баз данных по идентификационным характеристикам органических соединений, система может обеспечить автоматическое распознавание органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы по трем параметрам, регистрируемым в области источника ионов, дополнительно по четырем параметрам, регистрируемым в области дрейф-камеры, а также по массе ионов.
Рис. 6. Макет переносной многопараметрической газоаналитической системы
На рис. 7 показан пульт управления работой блока источника ионов, а на рис. 8 - пульт управления работой дрейф-камеры.
Рис. 7. Пульт управления работой источника ионов
Рис. 8. Пульт управления работой дрейф-камеры
Пульт управления работой источника ионов аналогичен пультам управления стенда для исследования поверхностно-ионизационных свойств материалов, а также пультам управления трехпараметрических приборов. Пульт управления работой дрейф-камеры позволяет устанавливать требуемые значения фокусирующих потенциалов, величину амплитуды высоковольтных импульсов, режим развертки дрейф-спектров, число накоплений сигнала при регистрации тока второго коллектора.
Разработанный лабораторный макет прибора имеет следующие технические характеристики:
- определение 7 идентификационных параметров органических соединений;
- коэффициент преобразования источника ионов - 1-100 Кл/ моль в зависимости от типа органического соединения;
- эффективная разрешающая способность системы - до 5000-10 000;
- чувствительность - до 10-10-10-12 г в зависимости от типа органического соединения;
- время анализа: экспресс-анализ - 30 с, полный анализ - 180 с;
- питание - ≈ 220 В, 50 Гц / = 24 В;
- условия эксплуатации: температура - от 5 до 40°С, влажность - до 95%.
Идентификационные параметры органических соединений и особенности прибора:
- величины энергии активации десорбции и энергии активации поверхностной ионизации органических соединений;
- дрейфовая подвижность, величины дипольного, квадрупольного и октупольного электрических моментов ионов органических соединений;
- молекулярная масса ионов органических соединений;
- помехозащищенность от колебаний влажности воздуха;
- селективность детектирования органических соединений азота, фосфора, мышьяка, серы.
Стационарный поверхностно-ионизационный дрейф-спектрометр
На рис. 9 приведен внешний вид лабораторного макета стационарного поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра.
Рис. 9. Внешний вид лабораторного макета стационарного поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра
Основу прибора составляет дрейф-спектрометрический модуль прибора и блок забора воздуха. Пульты управления прибором аналогичны пультам управления стационарного прибора.
Спектрометр предназначен для использования в составе стационарных систем контроля незаконного перемещения наркотических, взрывчатых и физиологически опасных веществ. В состав спектрометра входят дрейф-спектрометрический детектор с селективным поверхностно-ионизационным источником ионов органических соединений, устройство непрерывного или периодического забора проб воздуха, снабженное системой очистки входного канала от следов предыдущих проб, и система управления на базе встроенных микропроцессоров, управляемых от внешнего компьютера. Стационарная система контроля может быть выполнена на основе одного спектрометра в виде «транспортного коридора» с выводом информации на внешний ноутбук или содержать до 25 «транспортных коридоров», соединенных в сеть центральным компьютером. Технические характеристики прибора аналогичны техническим характеристикам стационарного поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра.
Малогабаритный поверхностно-ионизационный дрейф-спектрометр
На рис. 10 показан внешний вид малогабаритного поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра, который можно назвать портативной газоаналитической досмотровой системой.
Рис. 10. Внешний вид малогабаритного поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра
Портативная газоаналитическая досмотровая система предназначена для многопараметрического анализа воздуха на наличие следовых количеств паров наркотических, взрывчатых и физиологически опасных веществ. В состав спектрометра входят дрейф-спектрометрический детектор с селективным поверхностно-ионизационным источником ионов органических соединений, устройство непрерывного или периодического забора проб воздуха, снабженное системой очистки входного канала от следов предыдущих проб, и система управления блоками спектрометра на базе встроенных микропроцессоров. Управление работой системы и вывод информации может осуществляться с использованием ноутбука.
Набор идентификационных характеристик органических соединений, которые могут быть определены с использованием малогабаритного прибора, а также основные технические характеристики прибора аналогичны параметрам стационарного и переносного приборов.
1. Problemy analiticheskoy khimii. Tom 13: Vnelaboratornyy khimicheskiy analiz/ Pod red. akademika RAN Yu.A. Zolotova. – 2010. – M.: Nauka. – 564 s.
2. Baumbach J.I. Ion mobility spectrometry in scientific literature and in the International Journal for Ion Mobility Spectrometry (1998-2007). Int. J. Ion Mobil. Spec. – 2008. – № 11. – P. 3–11.
3. Buryakov I.A. Rossiyskie publikatsii 1991-2010 godov, posvyashchennye metodu spektrometrii ionnoy podvizhnosti. Zhurnal analiticheskoy khimii. - 2011. - Tom. 66, № 11. – S. 1210–1217.
4. Eiceman G.A., Karpas Z. Ion Mobility Spectrometry, Second Edition. – 2010. – CRC Press. – 370 p.
5. Shvartsburg A.A. Differential Ion Mobility Spectrometry: Nonlinear Ion Transport and Fundamentals of FAIMS. – 2009.– CRC Press. – 322 p.
6. Wilkins C.L., Trimpin S. Ion Mobility Spectrometry - Mass Spectrometry: Theory and Applications. - 2010. - CRC Press. – 374 p.
7. Mak-Daniel´ I., Mezon E. Podvizhnost´ i diffuziya ionov v gazakh. Per. s angl. – 1976. – M.: Mir. – 424 s.
8. Gorshkov M.P. Metod analiza primesey v gazakh. Avtorskoe svidetel´stvo SSSR № 966583. MKI G01n27/62. Opubl. v byull. № 38, 1982 g.
9. Bunkowski A. Software tool for coupling chromatographic total ion current dependencies of GC/MSD and MCC/IMS. Int. J. Ion Mobil. Spec. - 2010. - № 13. - R. 169–175.
10. Zandberg E.Ya., Rasulev U.Kh., Khalikov Sh.M. Emittery dlya poverkhnostno-ionizatsionnykh detektorov organicheskikh soedineniy. ZhTF. - 1976. - Tom XLVI, № 4. – S. 832 – 837.
11. Zandberg E.Ya., Nazarov E.G., Rasulev U.Kh. Okislennye vol´framovye lenty kak emittery ionov dlya poverkhnostnoy ionizatsii organicheskikh soedineniy. ZhTF. – 1980. – Tom. 50, № 4. – S. 796 – 803.
12. Zandberg E.Ya., Nazarov E.G., Rasulev U.Kh. Termoemittery polozhitel´nykh ionov iz okislennykh renievykh plenok. ZhTF. – 1981. – Tom. 51, № 1. – S. 1242 – 1247.
13. Rasulev U.K. A study of a surface-ionization source for IMS. Int. J. Ion Mobility Spectrom. – 2001. – Vol. 4. – R. 13–16.
14. Rasulev U.K. et al. Atmosphere pressure surface ionization indicator of narcotics. Int. J. Ion Mobility Spectrom. – 2001 - Vol. 4, № 2. - R. 212-225.
15. Burkhanov G.S., Dement´ev V.A., Korenovskiy N.L., Klyueva N.E. Material poverkhnostno-ionizatsionnykh emitterov dlya obnaruzheniya aminov. Metally. – 2009. – № 2. – S. 100–104.
16. Buryakov I.A., Krylov E.V., Makas´ A.L. i dr. Dreyf-spektrometr dlya kontrolya sledovykh kolichestv aminov v atmosfere vozdukha. Zhurnal analiticheskoy khimii. – 1993. – Tom 48, № 1. – S. 156 – 165.
17. Razvalyaev A.Yu. Metody bystrogo poiska parametrov gaussovykh funktsiy v signalakh spektrometra ionnoy podvizhnosti //Nauchnaya sessiya MIFI-2004: Sb. nauchnykh trudov. Iz-vo MIFI, 2004. Tom. 1, S. 98–99.
18. Razvalyaev A.Yu. Matematicheskaya obrabotka signala s tsel´yu povysheniya chuvstvitel´nosti spektrometra ionnoy podvizhnosti //Nauchnaya sessiya MIFI-2003: Sb. nauchnykh trudov. Iz-vo MIFI, 2003. Tom. 1, S. 106.
19. Bannykh O.A., Povarova K.B., Kapustin V.I., Petrov V.S. Fizicheskie metody obnaruzheniya parov vzryvchatykh veshchestv. Perspektivnye materialy. 2000, №5. – S. 87 – 94.
20. Kapustin V.I. Fiziko-khimicheskie osnovy sozdaniya mnogokomponentnykh oksidsoderzhashchikh katodnykh materialov. Perspektivnye materialy. 2000, № 2. – S. 5 – 17.
21. Fizikokhimiya poverkhnostnoy ionizatsii nekotorykh tipov organicheskikh molekul / O. A. Bannykh, K. B. Povarova, V. I. Kapustin i dr.. Doklady Akademii nauk. – 2002. – T. 385, № 2. – S. 200–204.
22. Bannykh O.A., Povarova K.B., Kapustin V.I., Bobrov A.A., Petrov V.S. Physical chemistry of surface ionization of some types of organic molecules. Doklady physical chemistry, 2002, vol. 385, N 1-3, p. 154–157.
23. Bannykh O.A., Povarova K.B., Kapustin V.I. Novyy podkhod k poverkhnostnoy ionizatsii i dreyf-spektroskopii organicheskikh molekul. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki. – 2002. – T. 72. Vyp. 12. – S. 88–93.
24. Bannykh O.A., Povarova K.B., Kapustin V.I. New approach to the surface ionization and drift spectroscopy of the organic molecules. J. Tech. Ph., 2002, vol. 47, № 12, p. 1570–1575.
25. Bannykh O.A., Povarova K.B., Kapustin V.I. i dr. Novyy dreyf-spektrometr s poverkhnostnoy ionizatsiey organicheskikh molekul. Naukoemkie tekhnologii. 2002, t. 3. – S. 37 – 40.
26. Kapustin V.I., Petrov V.S., Chernousov A.A. Parametry ionizatsii nekotorykh nitrosoedineniy na poverkhnosti oksidnoy bronzy shchelochnogo metalla. Pis´ma ZhTF. – 2004. – T. 30. Vyp. 17. – S. 19–22.
27. Kapustin V.I., Petrov V.S., Chernousov A.A. Ionization parameters of nitro compounds on the surface of alkali metal oxide bronze. J. “Technical Physics Letters”. 2004, Vol. 30, No. 9, pp. 717–718.
28. Kapustin V.I., Nagornov K.O., Chekulaev A.L. Novye fizicheskie metody identifikatsii organicheskikh soedineniy s ispol´zovaniem poverkhnostno-ionizatsionnogo dreyf-spektrometra. ZhTF. 2009. T. 79, vyp. 5. S. 109–116.
29. Kapustin V.I., Nagornov K. O., Chekulaev A. L. New Physical Methods of Organic Compound Identification Using a Surface Ionization Drift Spectrometer. J. Technical Physics. – 2009. – Vol. 54, No. 5. – pp. 712–718.
30. Mass-spektrometricheskie issledovaniya mekhanizma ionizatsii organicheskikh soedineniy azota na poverkhnosti mikrolegirovannogo splava molibdena / V. I. Kapustin, O.N. Kharybin, E.N. Nikolaev i dr.. ZhKhF. – 2011. – T. 30, № 7. – S. 1–14.
31. Kapustin V.I., Nagornov K.O., Kharybin O. N., Nikolaev E. N. Mass spectrometric study of the mechanism of the ionization of nitrogen containing compounds on the surface of a molybdenum microalloyed alloy. Russian Journal of Physical Chemistry B, 2011, Vol. 5, No. 4, pp. 689–700.
32. Kapustin V.I., Solntsev S.A. Spektrometriya lineynoy i nelineynoy dreyfovoy podvizhnosti ionov organicheskikh soedineniy. Naukoemkie tekhnologii. 2012, t.13, № 2, s. 47 – 54.
33. Patent 2260869 RF. Material termoemittera dlya poverkhnostnoy ionizatsii organicheskikh soedineniy na vozdukhe i sposob aktivatsii termoemittera / Kapustin V.I. Zayavl. 12.04.2004, opubl. 20.09.2005. B.I. № 26.
34. Patent 2262697 RF. Sposob kontrolya termoemissionnogo sostoyaniya poverkhnostno-ionizatsionnogo termoemittera ionov. / Kapustin V.I. Zayavl. 17.05.2004, opubl. 20.10.2005. B.I. № 29.
35. Patent 2265835 RF. Sposob analiza organicheskikh soedineniy v sostave atmosfery vozdukha / Kapustin V.I. Zayavl. 19.04.2004, opubl. 10.12.2005. B.I. № 34.
36. Kapustin V.I. Vysokochistye ul´tradispersnye poroshki oksidov: oborudovanie, tekhnologii, primenenie. Perspektivnye materialy. 1998, №5. – S.54–62.
37. Kapustin V.I., Zakharov A.K., Popov V.Yu. i dr. Novye materialy i tekhnologii dlya podogrevateley termoemitterov ionov organicheskikh soedineniy. Perspektivnye materialy. 2006, №6. – S. 5 – 9.
38. Kapustin V.I., Zakharov A.K., Gilyazov M.S. i dr. Fizicheskie osnovy kontrolya kachestva poverkhnostno-ionizatsionnykh termoemitterov ionov. Perspektivnye materialy. 2006. № 3. – S. 76–81.
39. Kapustin V.I., Chekulaev A.L., Bogdanov A.S. i dr. Nano- i robotizirovannye tekhnologii v proizvodstve poverkhnostno-ionizatsionnykh termoemitterov ionov. Naukoemkie tekhnologii. 2007. № 4. – S. 35 – 37.
40. Kinetika okisleniya i poverkhnostno-ionizatsionnye svoystva mikrolegirovannykh splavov molibdena / Kapustin V.I. [i dr.]. Perspektivnye materialy. – 2010. – №1. – S. 33–40.
41. Patent 2186384 RF. Sposob obnaruzheniya i analiza sledovykh kolichestv organicheskikh molekul v atmosfere vozdukha / Kapustin V.I. i dr. Zayavl. 21.12.1999, opubl. 27.07.2002. B.I. № 21.
42. Patent RF 2105379. Sposob polucheniya sploshnoy plenki s almazopodobnoy strukturoy i ustroystvo dlya ego osushchestvleniya /Kapustin V.I. i dr. Zayavl. 12.06.1998.
43. Korzhavyy A.P., Kapustin V.I., Koz´min G.V. Metody eksperimental´noy fiziki v izbrannykh tekhnologiyakh zashchity prirody i cheloveka. 2012. – M.: Iz-vo MGTU im. N.E. Baumana. – 352 s.
44. Kapustin V.I., Sigov A.S. Materialovedenie i tekhnologii elektroniki: Uchebnoe posobie. – M.: INFRA-M, 2014, – 427 s.
45. Kapustin V.I., Korzhavyy A.P. Poverkhnostno-ionizatsionnaya dreyf-spektrometriya. M.: INFRA-M. – 2015. – 286 s.
46. Patent 2528548 RF. Termoemitter ionov organicheskikh soedineniy /Kapustin V.I. Zayavl. 17.10.2012, opubl. 27.04.14.B.I. № 12.
47. Patent 2329563 RF. Sposob i ustroystvo dlya raspoznavaniya organicheskikh soedineniy /Kapustin V.I. Zayavl. 25.12.2006, opubl. 20.07.2008. B.I. № 20.
48. Patent 2357239 RF. Sposob identifikatsii organicheskikh molekul / Kapustin V.I. Zayavl. 08.11.2007, opubl. 27.05.2009. B.I. № 15.
49. Patent 2444730 RF. Sposob identifikatsii atomov i molekul /Kapustin V.I. Zayavl. 22.12.2010, opubl. 10.02.2012. B.I. № 7.
50. Patent 2389011 RF. Sposob analiza organicheskikh soedineniy / Kapustin V.I. Zayavl. 30.12.2008, opubl. 10.05.2010. B.I. № 13.
51. Patent 2293976 RF. Poverkhnostno-ionizatsionnyy istochnik ionov organicheskikh soedineniy / Kapustin V.I. Zayavl. 30.03.2004, opubl. 20.02.2007. B.I. № 5.
52. Patent 2293973 RF. Istochnik ionov organicheskikh soedineniy / Kapustin V.I. Zayavl. 18.04.2005, opubl. 20.02.2007. B.I. № 5.
53. Patent 2293977 RF. Spektrometr ionnoy podvizhnosti / Kapustin V.I. Zayavl. 21.02.2005, opubl. 10.08.2006. B.I. № 5.
54. Patent 2293975 RF. Blok kollektora ionov spektrometra ionnoy podvizhnosti / Kapustin V.I. Zayavl. 30.03.2004, opubl. 20.07.2007. B.I. № 5.
55. Patent 2293974 RF. Spektrometr dreyfovoy podvizhnosti ionov / Kapustin V.I. Zayavl. 18.04.2005, opubl. 20.07.2007. B.I. № 5.
56. Patent 2293978 RF. Blok kollektora spektrometra dreyfovoy podvizhnosti ionov / Kapustin V.I. Zayavl. 18.04.2005, opubl. 20.02.2007. B.I. № 5.
57. Patent 2263996 RF. Sposob kontrolya sostoyaniya spektrometra ionnoy podvizhnosti s poverkhnostno-ionizatsionnym termoemitterom ionov / Kapustin V.I. Zayavl. 25.05.2004, opubl. 10.11.2005. B.I. № 31.
58. Patent 2354963 RF. Sposob identifikatsii organicheskikh molekul / Kapustin V.I. Zayavl. 08.11.2007, opubl. 10.05.2009. B.I. № 13.
59. Patent 2390748 RF. Sistema dlya distantsionnogo otbora i analiza vozdushnykh prob s poverkhnosti i iz negermetizirovannykh ob´´ektov / Kapustin V.I. Zayavl. 22.12.2008, opubl. 27.05.2010. B.I. № 15.
60. Patent 2327982 RF. Generator potoka para organicheskikh veshchestv / Kapustin V.I. Zayavl. 25.12.2006, opubl. 27.06.2008. B.I. № 18.
61. Patent 2447429 RF. Sistema dlya distantsionnogo otbora i analiza vozdushnykh prob / Kapustin V.I. Zayavl. 22.12.2010, opubl. 10.04.2012. B.I. № 10.
