Калуга, Калужская область, Россия
В монографии обобщены результаты теоретических, экспериментальных и конструкторско-технологических исследований, 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.
Анализ органических соединений в дрейф-спектрометрах предусматривает их ионизацию на входе приборов. Обычно для этих целей применяют радиоизотопную, лазерную, матричную, коронную и электроспрей ионизацию. Стандартные приборы, на которых это реализуется, характеризуются низкой селективностью и разрешающей способностью. Лучшим методом является дрейф-спектрометрия, в которой идентификация органических соединений осуществляется по параметрам дрейфовой подвижности ионов в воздушной среде при атмосферном давлении [1–4].
Рецензируемая монография 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 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 проводить многопараметрическое распознавание 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 разработок авторов не вызывает сомнения и подтверждена на примере 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 состоит из введения, двенадцати глав текста, заключения, 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.
Вторая глава «Теоретические модели поверхностной ионизации органических соединений» содержит десять параграфов, в которых описаны важные физические процессы – от классической модели поверхностной ионизации и элементов теории абсолютных скоростей реакций до модифицированной физико-химической модели поверхностной ионизации различных органических соединений [3–6, 21].
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 материалы, в том числе носителей проб органических материалов [17–19, 22–29].
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]. Главыы 6 «Исследование активных центров на поверхности окисленных сплавов молибдена» и 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 главах 10 «Определение физико-химических параметров органических соединений в блоке источника ионов поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра» и 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].
В трех параграфах двенадцатой главы «Разработка лабораторных макетов поверхностно-ионизационных дрейф-спектрометров» описаны основные принципы разработки таких приборов, разработанные авторами макеты приборов, а также конструкции ряда вспомогательных узлов дрейф-спектрометров [52–54].
Введение и заключение описывают суть изложенных в ней задач, а также дальнейших путей развития поверхностно-ионизационной дрейф-спектрометрии.
Достоинством книги в том, 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, в медицине, пищевой промышленности, биохимии, при решении досмотровых задач для пресечения незаконного оборота наркотических, отравляющих и взрывчатых веществ, поскольку по соединениям азота, фосфора, мышьяка и серы авторы предложили их диагностировать.
1. Банных О.А., Поварова К.Б., Капустин В.И., Петров В.С. Физические методы обнаружения паров взрывчатых веществ [Текст] // Перспективные материалы. 2000. № 5. С. 87–94.
2. Капустин В.И. Физико-химические основы создания многокомпонентных оксидсодержащих катодных материалов [Текст] // Перспективные материалы. 2000. № 2. С. 5–17.
3. Физикохимия поверхностной ионизации некоторых типов органических молекул [Текст] // Доклады Академии наук. 2002. Т. 385, № 2. С. 200–204.
4. 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 [Text] // Doklady physical chemistry, 2002, vol. 385, N 1-3, pр. 154-157.
5. Банных О. А., Поварова К. Б., Капустин В. И. Новый подход к поверхностной ионизации и дрейф-спектроскопии органических молекул [Текст] // Журнал технической физики. 2002. Т. 72. Вып. 12. С. 88–93.
6. 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, pр. 1570-1575.
7. Банных О.А., Поварова К.Б., Капустин В.И. и др. Новый дрейф-спектрометр с поверхностной ионизацией органических молекул [Текст] // Наукоемкие технологии. 2002. Т. 3. С. 37–40.
8. Капустин В.И., Нагорнов К.О., Чекулаев А.Л. Новые физические методы идентификации органических соединений с использованием поверхностно-ионизационного дрейф-спектрометра [Текст] // ЖТФ. 2009. Т. 79, вып. 5. С. 109-116.
9. Kapustin V.I., Nagornov K. O., Chekulaev A. L. New Physical Methods of Organic Compound Identification Using a Surface Ionization Drift Spectrometer [Text] // J. Technical Physics, 2009, Vol. 54, No. 5, pp. 712–718.
10. Капустин Д. В., Буш А. А., Захаров А. К., Капустин В.И. Поверхностно-ионизационные свойства монокристаллов и поликристаллов оксидных бронз щелочного металла [Текст] // Перспективные материалы. 2013. № 6. С. 15-21.
11. Kapustin D.V., Bush A.A., Zakharov A.K., Kapustin V.I. Surface Ionization Properties of Single Crystals and Polycrystals of Alkali Metal Oxide Bronzes [Text] // Inorganic Materials: Applied Research, 2014, Vol. 4, No. 5, pp. 420–425.
12. Капустин В.И., Захаров А.К., Попов В.Ю. и др. Новые материалы и технологии для подогревателей термоэмиттеров ионов органических соединений [Текст] // Перспективные материалы. 2006, №6. С. 5–9.
13. Капустин В.И., Захаров А.К., Гилязов М.С. и др. Физические основы контроля качества поверхностно-ионизационных термоэмиттеров ионов [Текст] // Перспективные материалы. 2006. № 3. С. 76–81.
14. Кинетика окисления и поверхностно-ионизационные свойства микролегированных сплавов молибдена [Текст] // Перспективные материалы. 2010. №1. С. 33–40.
15. Коржавый А.П., Капустин В.И., Козьмин Г.В. Методы экспериментальной физики в избранных технологиях защиты природы и человека. 2012. М.: Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана.
16. Капустин В.И., Солнцев С.А. Спектрометрия линейной и нелинейной дрейфовой подвижности ионов органических соединений [Текст] // Наукоемкие технологии. 2012. Т.13, № 2. С. 47–54.
17. Капустин В.И., Чекулаев А.Л., Богданов А.С. и др. Нано- и роботизированные технологии в производстве поверхностно-ионизационных термоэмиттеров ионов [Текст] // Наукоемкие технологии. 2007. № 4. С. 35–37.
18. Капустин В.И., Сигов А.С., Нагорнов К.О. Приборы для детектирования токсичных веществ на основе поверхностно-ионизационных наноструктурированных материалов [Текст] // Нанотехника. 2010. №4. С. 80–85.
19. Капустин В.И. Высокочистые ультрадисперсные порошки оксидов: оборудование, технологии, применение [Текст] // Перспективные материалы. 1998. №5. С.54–62.
20. Солнцев С. А., Нагорнов К. О., Капустин В. И. Поверхностная ионизация органических соединений азота, серы, фосфора и мышьяка [Текст] // Вестник МИТХТ. 2011. № 2. С. 112–118.
21. Капустин В.И., Сигов А.С. Материаловедение и технологии электроники [Текст] / В.И. Капустин, А.С. Сигов. – М.: ИНФРА-М, 2014.
22. Капустин В.И., Солнцев С.А., Петров В.С. и др. Термогравиметрические и масс-спектрометрические исследования органических носителей проб химических объектов [Текст] // Наукоемкие технологии. 2009. Т. 10, вып. 11. С. 75–82.
23. Патент 2528548 РФ. Термоэмиттер ионов органических соединений /Капустин В.И. Заявл. 17.10.2012, опубл. 27.04.14.Б.И. № 12.
24. Патент 2293976 РФ. Поверхностно-ионизационный источник ионов органических соединений / Капустин В.И. Заявл. 30.03.2004, опубл. 20.02.2007. Б.И. № 5.
25. Патент 2293973 РФ. Источник ионов органических соединений / Капустин В.И. Заявл. 18.04.2005, опубл. 20.02.2007. Б.И. № 5.
26. Патент 2293977 РФ. Спектрометр ионной подвижности / Капустин В.И. Заявл. 21.02.2005, опубл. 10.08.2006. Б.И. № 5.
27. Патент 2293975 РФ. Блок коллектора ионов спектрометра ионной подвижности / Капустин В.И. Заявл. 30.03.2004, опубл. 20.07.2007. Б.И. № 5.
28. Патент 2293974 РФ. Спектрометр дрейфовой подвижности ионов / Капустин В.И. Заявл. 18.04.2005, опубл. 20.07.2007. Б.И. № 5.
29. Патент 2293978 РФ. Блок коллектора спектрометра дрейфовой подвижности ионов / Капустин В.И. 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 / Капустин В.И. 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 /Капустин В.И. и др. Заявл. 12.06.1998.
32. Патент 2260869 РФ. Материал термоэмиттера для поверхностной ионизации органических соединений на воздухе и способ активации термоэмиттера / Капустин В.И. Заявл. 12.04.2004, опубл. 20.09.2005. Б.И. № 26.
33. Патент 2262697 РФ. Способ контроля термоэмиссионного состояния поверхностно-ионизационного термоэмиттера ионов. / Капустин В.И. Заявл. 17.05.2004, опубл. 20.10.2005. Б.И. № 29.
34. Масс-спектрометрические исследования механизма ионизации органических соединений азота на поверхности микролегированного сплава молибдена [Текст] // ЖХФ. 2011. Т. 30, № 7. С. 1–14.
35. 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 [Text] // Russian Journal of Physical Chemistry B, 2011, Vol. 5, No. 4, pp. 689–700.
36. Исследования электронной структуры монокристаллов натрий-ванадиевых бронз типа NaxV2O5 при х = 0,23, 0,28 и 0,33 [Текст] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 2. С. 1–11.
37. Nazin V.G., Lev L.L., Kapustin V.I. et al. Study of the Electronic Structure of Sodium-Vanadium Bronze (NaxV2O5) Single Crystals at x = 0.23, 0.28, and 0.33 [Text] // Journal of Surface Investigation. X_ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2014, Vol. 8, No. 1, pp. 117–126.
38. Капустин В. И., Петров В. С., Черноусов А. А. Параметры ионизации некоторых нитросоединений на поверхности оксидной бронзы щелочного металла [Текст] // Письма ЖТФ. 2004. Т. 30. Вып. 17. С. 19–22.
39. Kapustin V.I., Petrov V.S., Chernousov A.A. Ionization parameters of nitro compounds on the surface of alkali metal oxide bronze [Text] // J. “Technical Physics Letters”. 2004, Vol. 30, No. 9, pp. 717-718.
40. Капустин В.И., Глухарев И.И., Солодовников А.В. и др. Новый метод детектирования гептила и продуктов его неполного окисления [Текст] // Наукоемкие технологии. 2007. № 4. С. 55–57.
41. Капустин Д.В., Буш А.А., Нагорнов К.O., Капустин В.И. Поверхностно-ионизационные свойства оксидной бронзы щелочного металла [Текст] // Письма ЖТФ. 2012. Т. 38, вып. 4. С. 83–88.
42. Капустин Д. В., Буш А. А., Захаров А. К., Капустин В. И. Поверхностно-ионизационные свойства монокристаллов и поликристаллов оксидных бронз щелочного металла [Текст] // Перспективные материалы. 2013. № 6. С. 15–21.
43. Kapustin D.V., Bush A.A., Nagornov K.O., Kapustin V.I. Surface ionization properties of alkali metal oxide bronze [Text] // Technical physics letters. 2012, vol. 38, No. 2, pp. 197–199.
44. Капустин Д.В., Коржавый А.П., Капустин В.И. Исследование состава ионного тока при ионизации паров технического тротила на поверхности оксидной бронзы щелочного металла [Текст] //Наукоемкие технологии. 2014. № 2. С. 32–41.
45. Патент 2265835 РФ. Способ анализа органических соединений в составе атмосферы воздуха / Капустин В.И. Заявл. 19.04.2004, опубл. 10.12.2005. Б.И. № 34.
46. Патент 2329563 РФ. Способ и устройство для распознавания органических соединений /Капустин В.И. Заявл. 25.12.2006, опубл. 20.07.2008. Б.И. № 20.
47. Патент 2357239 РФ. Способ идентификации органических молекул / Капустин В.И. Заявл. 08.11.2007, опубл. 27.05.2009. Б.И. № 15.
48. Патент 2444730 РФ. Способ идентификации атомов и молекул /Капустин В.И. Заявл. 22.12.2010, опубл. 10.02.2012. Б.И. № 7.
49. Патент 2389011 РФ. Способ анализа органических соединений / Капустин В.И. 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 / Капустин В.И. Заявл. 25.05.2004, опубл. 10.11.2005. Б.И. № 31.
51. Патент 2354963 РФ. Способ идентификации органических молекул / Капустин В.И. 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 / Капустин В.И. Заявл. 22.12.2008, опубл. 27.05.2010. Б.И. № 15.
53. Патент 2327982 РФ. Генератор потока пара органических веществ / Капустин В.И. Заявл. 25.12.2006, опубл. 27.06.2008. Б.И. № 18.
54. Патент 2447429 РФ. Система для дистанционного отбора и анализа воздушных проб / Капустин В.И. Заявл. 22.12.2010, опубл. 10.04.2012. Б.И. № 10.
