В монографии обобщены результаты теоретических, экспериментальных и конструкторско-технологических исследований авторов, направленных на создание нового научного и приборного направления – поверхностно-ионизационной дрейф-спектрометрии. Разработаны новые теоретические подходы к поверхностной ионизации органических соединений и дрейф-спектрометрии, созданы новые материалы для термоэмиттеров ионов. Разработаны конструкции термоэмиттера ионов органических соединений, поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров, ряда других вспомогательных устройств. Приборы предназначены для использования в области экологического мониторинга, в медицине, биохимии, пищевой промышленности, для решения досмотровых задач при пресечении незаконного оборота наркотических, взрывчатых и отравляющих веществ.
поверхностная ионизация, теория поверхностной ионизации, анализ органических соединений, термоэмиттеры ионов, материалы термоэмиттеров ионов, дрейф-спектрометры, экологический мониторинг, незаконный оборот наркотических, взрывчатых и отравляющих веществ.
Одним из наиболее эффективных методов анализа органических соединений в настоящее время является дрейф-спектрометрия, в которой идентификация органических соединений осуществляется по параметрам линейной или нелинейной дрейфовой подвижности ионов в воздушной среде при атмосферном давлении [1–4]. Анализ органических соединений в дрейф-спектрометрах предусматривает их ионизацию на входе приборов. Для этих целей применяют радиоизотопную, лазерную, матричную, коронную, электроспрей-ионизацию. Последнее время развивается новый метод лазерной ионизации – лазерно-стимулированная поверхностная десорбция (ионизация) [56–58]. Стандартные приборы, основанные на радиоизотопной ионизации и ионизации коронным разрядом, характеризуются низкой селективностью и разрешающей способностью. Поэтому поиск и разработка высокоэффективных и селективных методов ионизации органических молекул представляется весьма актуальной.
Рецензируемая рукопись монографии посвящена новому методу дрейф-спектрометрии, в котором реализован метод поверхностной ионизации органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы [5–9]. В монографии подробно описаны исследования авторов рукописи по созданию физико-химической теории поверхностной ионизации, разработке высокоэффективных материалов для изготовления термоэмиттеров ионов [10–14], а также изыскания, позволившие совместить поверхностно-ионизационный источник ионов с дрейф-спектрометром коаксиального типа и возможность многопараметрического распознавания молекул в едином приборе [15, 16].
Авторами описаны разработанные конструкции и технологии изготовления приборов, обеспечивающих высокую селективность и эффективность детектирования органических соединений независимо от наблюдаемой влажности воздуха [17–19].
Практическая востребованность разработки авторов не вызывает сомнения и подтверждена на примере приведенного набора органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы, где показана возможность их идентификации по трем-семи независимым параметрам в предложенных модификациях аналитических приборов [16, 20].
Рукопись монографии, всего 276 страниц, состоит из введения, 12 глав текста, заключения и списка литературы.
В первой главе «Традиционные методы дрейф-спектрометрии», содержащей четыре параграфа, описаны суть спектрометрии ионной подвижности, тандемных дрейф-спектрометров и поверхностно-ионизационной дрейф-спектрометрии.
Вторя глава «Теоретические модели поверхностной ионизации органических соединений» содержит 10 параграфов, в которых описаны важные физические процессы, начиная от классической модели поверхностной ионизации и элементов теории абсолютных скоростей реакций до модифицированной физико-химической модели поверхностной ионизации различных органических соединений [3–6, 21].
Отдельному рассмотрению закономерностей формирования дрейф-спектров посвящена третья глава рукописи, содержащая три параграфа [7–9].
Глава четыре под названием «Конструкции и технологии поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров» содержит восемь параграфов, в которых описаны как конструктивные особенности приборов, узлов и деталей дрейф-спектрометров, так и материалов, в том числе носителей проб органических материалов [17–19, 22–29].
Последующие главы, с пятой до одиннадцатой, посвящены технике эксперимента при реализации поверхностно-ионизационной дрейф-спектрометрии. В главе 5 «Свойства материалов для термоэмиттеров ионов органических соединений» приведены результаты исследований свойств материалов на основе микролегированных сплавов молибдена и оксидных бронз щелочного металла [10–14, 30–33]. Глава 6 «Исследование активных центров на поверхности окисленных сплавов молибдена» и глава 7 «Исследование активных центров на поверхности оксидных бронз щелочного металла» посвящены, соответственно, исследованию активных центров на поверхности микролегированных сплавов молибдена [34, 35] и оксидных бронз щелочного металла [36, 37]. В главе 8 «Параметры поверхностной ионизации органических соединений» приведены сводные данные по параметрам поверхностной ионизации модельного набора органических соединений азота, фосфора, мышьяка и серы [20, 38–43]. В главе 9 «Масс-спектрометрия состава ионного тока с поверхности термоэмиттеров ионов» приведены сведения о составе ионного тока при поверхностной ионизации органических соединений, которые подтверждают разработанные авторами теоретические представления о механизме поверхностной ионизации [34, 35, 44]. В главе 10 «Определение физико-химических параметров органических соединений в блоке источника ионов поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра» и главе 11 «Определение физико-химических параметров органических соединений в блоке дрейф-камеры поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра» рассмотрены основные принципы поверхностно-ионизационной дрейф-спектрометрии и разработанные авторами способы регистрации органических соединений [45–51].
Заключительная двенадцатая глава «Разработка лабораторных макетов поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров» в трех параграфах описывает основные принципы разработки таких приборов, макеты приборов, разработанные авторами, а также конструкции ряда вспомогательных узлов дрейф-спектрометров [52–54].
Введение и заключение, содержащиеся в рукописи, краткие, содержательные и описывают суть изложенных в ней задач, а также дальнейшие пути развития поверхностно-ионизационной дрейф-спектрометрии. Список литературы оформлен в соответствии с существующими требованиями.
Несмотря на сухой язык изложения, рукопись написана и оформлена грамотно и не содержит видимых дефектов и, соответственно, по ее оформлению замечаний нет.
К достоинствам изложенного в рукописи материала относится то, что предложенные и описанные в ней приборы и техника эксперимента отличаются системным подходом к проблеме. Разработанные методы и приборы могут найти широкое применение в области экологического мониторинга окружающей среды, медицине, пищевой промышленности, биохимии и, самое важное, при решении досмотровых задач для пресечения незаконного оборота наркотических, отравляющих и взрывчатых веществ, поскольку по соединениям азота, фосфора, мышьяка и серы авторами предложено их диагностировать.
Монография [55] написана технически грамотным языком и оформлена в соответствии с существующими требованиями. По оформлению рукописи замечаний нет. Описанные в монографии приборы и техника эксперимента являются новыми и оригинальными. Они представляют интерес для широкого круга специалистов, работающих в том числе в области экологического мониторинга окружающей среды, медицине, пищевой промышленности, биохимии и, самое важное, при решении досмотровых задач для пресечения незаконного оборота наркотических, отравляющих и взрывчатых веществ.
1. Банных О.А. Физические методы обнаружения паров взрывчатых веществ [Текст] / О.А. Банных, К.Б. Поварова, В.И. Капустин В.С. Петров // Перспективные материалы. – 2000. – № 5. – С. 87–94.
2. Капустин В.И. Физико-химические основы создания многокомпонентных оксидсодержащих катодных материалов [Текст] / В.И. Капустин // Перспективные материалы. – 2000. – № 2. – С. 5–17.
3. Банных О.А. Физикохимия поверхностной ионизации некоторых типов органических молекул [Текст] / О.А. Банных, К.Б. Поварова, В.И. Капустин, А.А. Бобров, В.С. Петров // Доклады Академии наук. – 2002. – Т. 385. – № 2. – С. 200–204.
4. Bannykh, O.A. Physical chemistry of surface ionization of some types of organic molecules [Text] / O.A. Bannykh (et al.) // Doklady physical chemistry. – 2002. – Vol. 385. – N 1–3. – Рp. 154–157.
5. Банных О.А. Новый подход к поверхностной ионизации и дрейф-спектроскопии органических молекул [Текст] / О.А. Банных, К.Б. Поварова, В.И. Капустин // Журнал технической физики. – 2002. – Т. 72. – Вып. 12. – С. 88–93.
6. Bannykh, O.A. New approach to the surface ionization and drift spectroscopy of the organic molecules [Text] / O.A. Bannykh, K.B. Povarova, V.I. Kapustin // J. Tech. Ph. – 2002. – Vol. 47. – № 12. – Рp. 1570–1575.
7. Банных О.А. Новый дрейф-спектрометр с поверхностной ионизацией органических молекул [Текст] / О.А. Банных [и др.] // Наукоемкие технологии. – 2002. – Т. 3. – С. 37–40.
8. Капустин В.И. Новые физические методы идентификации органических соединений с использованием поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра [Текст] / В.И. Капустин, К.О. Нагорнов, А.Л. Чекулаев // ЖТФ. – 2009. – Т. 79. – Вып. 5. – С. 109–116.
9. Kapustin, V.I. New Physical Methods of Organic Compound Identification Using a Surface Ionization Drift Spectrometer [Text] / V.I. Kapustin, K.O. Nagornov, A.L. Chekulaev // J. Technical Physics. – 2009. – Vol. 54. – No. 5. – Рp. 712–718.
10. Капустин Д.В. Поверхностно-ионизационные свойства монокристаллов и поликристаллов оксидных бронз щелочного металла [Текст] / Д.В. Капустин [и др.] // Перспективные материалы. – 2013. – № 6. – С. 15–21.
11. Kapustin, D.V. Surface Ionization Properties of Single Crystals and Polycrystals of Alkali Metal Oxide Bronzes. [Text] / D.V. Kapustin [et al.] // Inorganic Materials: Applied Research. – 2014. – Vol. 4. – No. 5. – Рp. 420–425.
12. Капустин В.И. Новые материалы и технологии для подогревателей термоэмиттеров ионов органических соединений [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Перспективные материалы. – 2006. – № 6. – С. 5–9.
13. Капустин В.И. Физические основы контроля качества поверхностно-ионизационных термоэмиттеров ионов [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Перспективные материалы. – 2006. – № 3. – С. 76–81.
14. Капустин В.И. Кинетика окисления и поверхностно-ионизационные свойства микролегированных сплавов молибдена [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Перспективные материалы. – 2010. – № 1. – С. 33–40.
15. Коржавый А.П. Методы экспериментальной физики в избранных технологиях защиты природы и человека [Текст]: монография / А.П. Коржавый, В.И. Капустин, Г.В. Козьмин. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 352 с.
16. Капустин В.И. Спектрометрия линейной и нелинейной дрейфовой подвижности ионов органических соединений [Текст] / В.И. Капустин, С.А. Солнцев // Наукоемкие технологии. – 2012. – Т. 13. – № 2. – С. 47–54.
17. Капустин В.И. Нано- и роботизированные технологии в производстве поверхностно-ионизационных термоэмиттеров ионов В.И. Капустин [и др.] // Наукоемкие технологии. – 2007. – № 4. – С. 35–37.
18. Капустин В.И. Приборы для детектирования токсичных веществ на основе поверхностно-ионизационных наноструктурированных материалов. [Текст] / В.И. Капустин, А.С. Сигов, К.О. Нагорнов // Нанотехника. – 2010. – № 4. – С. 80–85.
19. Капустин В.И. Высокочистые ультрадисперсные порошки оксидов: оборудование, технологии, применение [Текст] / В.И. Капустин // Перспективные материалы. – 1998. – № 5. – С. 54–62.
20. Солнцев С.А. Поверхностная ионизация органических соединений азота, серы, фосфора и мышьяка [Текст] / С.А. Солнцев, К.О. Нагорнов, В.И. Капустин // Вестник МИТХТ. – 2011. – № 2. – С. 112–118.
21. Капустин В.И. Материаловедение и технологии электроники [Текст]: учебное пособие для вузов / В.И. Капустин, А.С. Сигов – М.: ИНФРА-М, 2014. – 427 с.
22. Капустин В.И. Термогравиметрические и масс-спектрометрические исследования органических носителей проб химических объектов [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Наукоемкие технологии. – 2009. – Том 10. – Вып. 11. – С. 75–82.
23. Патент 2528548 РФ. Термоэмиттер ионов органических соединений [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 17.10.2012, опубл. 27.04.14.Б.И. № 12.
24. Патент 2293976 РФ. Поверхностно-ионизационный источник ионов органических соединений [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 30.03.2004, опубл. 20.02.2007. Б.И. № 5.
25. Патент 2293973 РФ. Источник ионов органических соединений [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 18.04.2005, опубл. 20.02.2007. Б.И. № 5.
26. Патент 2293977 РФ. Спектрометр ионной подвижности [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 21.02.2005, опубл. 10.08.2006. Б.И. № 5.
27. Патент 2293975 РФ. Блок коллектора ионов спектрометра ионной подвижности [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 30.03.2004, опубл. 20.07.2007. Б.И. № 5.
28. Патент 2293974 РФ. Спектрометр дрейфовой подвижности ионов [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 18.04.2005, опубл. 20.07.2007. Б.И. № 5.
29. Патент 2293978 РФ. Блок коллектора спектрометра дрейфовой подвижности ионов [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 18.04.2005, опубл. 20.02.2007. Б.И. № 5.
30. Патент 2186384 РФ. Способ обнаружения и анализа следовых количеств органических молекул в атмосфере воздуха [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Заявл. 21.12.1999, опубл. 27.07.2002. Б.И. № 21.
31. Патент РФ 2105379. Способ получения сплошной пленки с алмазоподобной структурой и устройство для его осуществления [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Заявл. 12.06.1998.
32. Патент 2260869 РФ. Материал термоэмиттера для поверхностной ионизации органических соединений на воздухе и способ активации термоэмиттера [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 12.04.2004, опубл. 20.09.2005. Б.И. № 26.
33. Патент 2262697 РФ. Способ контроля термоэмиссионного состояния поверхностно-ионизационного термоэмиттера ионов [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 17.05.2004, опубл. 20.10.2005. Б.И. № 29.
34. Капустин В.И. Масс-спектрометрические исследования механизма ионизации органических соединений азота на поверхности микролегированного сплава молибдена [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // ЖХФ. – 2011. – Т. 30. – № 7. – С. 1–14.
35. Kapustin, V.I. Mass spectrometric study of the mechanism of the ionization of nitrogen containing compounds on the surface of a molybdenum microalloyed alloy [Text] / V.I. Kapustin [et al.] // Russian Journal of Physical Chemistry B. – 2011. – Vol. 5. – No. 4. – Рp. 689–700.
36. Капустин В.И. Исследования электронной структуры монокристаллов натрий-ванадиевых бронз типа NaxV2O5 при х = 0,23, 0,28 и 0,33 [Текст] / В.И. Капустин [et al.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2014. – № 2. – С. 1–11.
37. Nazin, V.G. Study of the Electronic Structure of Sodium–Vanadium Bronze (NaxV2O5) Single Crystals at x = 0.23, 0.28, and 0.33 [Text] / V.G. Nazin [et al.] // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2014. – Vol. 8. – No. 1. – Рp. 117–126.
38. Капустин В.И. Параметры ионизации некоторых нитросоединений на поверхности оксидной бронзы щелочного металла [Текст] / В.И. Капустин, В.С. Петров, А.А. Черноусов // Письма ЖТФ. – 2004. – Т. 30. – Вып. 17. – С. 19–22.
39. Kapustin, V.I. Ionization parameters of nitro compounds on the surface of alkali metal oxide bronze [Text] / V.I. Kapustin, V.S. Petrov, A.A. Chernousov // J. Tech. Phys. Let. – 2004. – Vol. 30. – No. 9. – Рp. 717, 718.
40. Капустин В.И. Новый метод детектирования гептила и продуктов его неполного окисления [Текст] / В.И. Капустин [и др.] // Наукоемкие технологии. – 2007. – № 4. – С. 55–57.
41. Капустин Д.В. Поверхностно-ионизационные свойства оксидной бронзы щелочного металла [Текст] / Д.В. Капустин [и др.] // Письма в ЖТФ. – 2012. – Том 38. – Вып. 4. – С. 83–88.
42. Капустин Д.В. Поверхностно-ионизационные свойства монокристаллов и поликристаллов оксидных бронз щелочного металла [Текст] / Д.В. Капустин [и др.] // Перспективные материалы. – 2013. – № 6. – С. 15–21.
43. Kapustin, D.V. Surface ionization properties of alkali metal oxide bronze [Text] / D.V. Kapustin [et al.] // Technical physics letters. – 2012. – Vol. 38. – No. 2. – Рp. 197–199.
44. Капустин Д.В. Исследование состава ионного тока при ионизации паров технического тротила на поверхности оксидной бронзы щелочного металла [Текст] / Д.В. Капустин, А.П. Коржавый, В.И. Капустин // Наукоемкие технологии. – 2014. – № 2. – С. 32–41.
45. Патент 2265835 РФ. Способ анализа органических соединений в составе атмосферы воздуха [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 19.04.2004, опубл. 10.12.2005. Б.И. № 34.
46. Патент 2329563 РФ. Способ и устройство для распознавания органических соединений [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 25.12.2006, опубл. 20.07.2008. Б.И. № 20.
47. Патент 2357239 РФ. Способ идентификации органических молекул [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 08.11.2007, опубл. 27.05.2009. Б.И. № 15.
48. Патент 2444730 РФ. Способ идентификации атомов и молекул [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 22.12.2010, опубл. 10.02.2012. Б.И. № 7.
49. Патент 2389011 РФ. Способ анализа органических соединений [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 30.12.2008, опубл. 10.05.2010. Б.И. № 13.
50. Патент 2263996 РФ. Способ контроля состояния спектрометра ионной подвижности с поверхностно-ионизационным термоэмиттером ионов [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 25.05.2004, опубл. 10.11.2005. Б.И. № 31.
51. Патент 2354963 РФ. Способ идентификации органических молекул [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 08.11.2007, опубл. 10.05.2009. Б.И. № 13.
52. Патент 2390748 РФ. Система для дистанционного отбора и анализа воздушных проб с поверхности и из негерметизированных объектов [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 22.12.2008, опубл. 27.05.2010. Б.И. № 15.
53. Патент 2327982 РФ. Генератор потока пара органических веществ [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 25.12.2006, опубл. 27.06.2008. Б.И. № 18.
54. Патент 2447429 РФ. Система для дистанционного отбора и анализа воздушных проб [Текст] / В.И. Капустин // Заявл. 22.12.2010, опубл. 10.04.2012. Б.И. № 10.
55. Капустин В.И. Поверхностно-ионизационная дрейф-спектрометрия [Текст]: монография / В.И. Капустин, А.П. Коржавый. – М.: ИНФРА-М, 2015. – 286 с.
56. Kotkovskiy, G.E. The photophysics of porous silicon: Technological and biomedical implications [Text] / G.E. Kotkovskiy [et al.] // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2012. – 14 (40). – Рp. 13890–13902.
57. Dovzhenko, D.S. The mechanism of laser-stimulated desorption/ionization of nitroaromatic compounds from a nanoporous silicon surface at atmospheric pressure [Text] / D.S. Dovzhenko [et al.] // Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal). – 2014. – Vol. 81 (8). – Рp. 435–438.
58. Kuzishchin, Y. Surface-assisted laser desorption/ionization of trinitrotoluene on porous silicon under ambient conditions [Text] / [et al.] // Journal of Physical Chemistry C. – 2015. – Vol. 119 (11). – Рp. 6382–6388.
