The monograph summarizes the results of theoretical, experimental, and engineering and technology research authors, aimed at creating new scientific instrumentation and directions – Surface-ionization drift spectrometry. The new theoretical approaches to the surface ionization of organic compounds and drift spectrometry are developed, the new materials for thermal emitter ions are created. The thermal emitter of ions of organic compounds, surface-ionization drift spectrometers, a number of other auxiliary devices are designed. The devices are designed for use in environmental monitoring, medicine, biochemistry, food industry, inspection solutions for problems at curbing drug trafficking, explosives and poisonous substances.
surface ionization, the theory of surface ionization, analysis of organic compounds, the thermal emitter ion materials thermoemitter, ion drift spectrometers, environmental monitoring, drug trafficking, explosives and toxic substances.
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. Bannykh O.A. Fizicheskie metody obnaruzheniya parov vzryvchatykh veshchestv [Tekst] / O.A. Bannykh, K.B. Povarova, V.I. Kapustin V.S. Petrov. Perspektivnye materialy. - 2000. - № 5. - S. 87-94.
2. Kapustin V.I. Fiziko-khimicheskie osnovy sozdaniya mnogokomponentnykh oksidsoderzhashchikh katodnykh materialov [Tekst] / V.I. Kapustin. Perspektivnye materialy. - 2000. - № 2. - S. 5-17.
3. Bannykh O.A. Fizikokhimiya poverkhnostnoy ionizatsii nekotorykh tipov organicheskikh molekul [Tekst] / O.A. Bannykh, K.B. Povarova, V.I. Kapustin, A.A. Bobrov, V.S. Petrov. Doklady Akademii nauk. - 2002. - T. 385. - № 2. - S. 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. - Rp. 154-157.
5. Bannykh O.A. Novyy podkhod k poverkhnostnoy ionizatsii i dreyf-spektroskopii organicheskikh molekul [Tekst] / O.A. Bannykh, K.B. Povarova, V.I. Kapustin. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki. - 2002. - T. 72. - Vyp. 12. - S. 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. - Rp. 1570-1575.
7. Bannykh O.A. Novyy dreyf-spektrometr s poverkhnostnoy ionizatsiey organicheskikh molekul [Tekst] / O.A. Bannykh [i dr.]. Naukoemkie tekhnologii. - 2002. - T. 3. - S. 37-40.
8. Kapustin V.I. Novye fizicheskie metody identifikatsii organicheskikh soedineniy s ispol´zovaniem poverkhnostno-ionizatsionnogo dreyf-spektrometra [Tekst] / V.I. Kapustin, K.O. Nagornov, A.L. Chekulaev. ZhTF. - 2009. - T. 79. - Vyp. 5. - S. 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. - Rp. 712-718.
10. Kapustin D.V. Poverkhnostno-ionizatsionnye svoystva monokristallov i polikristallov oksidnykh bronz shchelochnogo metalla [Tekst] / D.V. Kapustin [i dr.]. Perspektivnye materialy. - 2013. - № 6. - S. 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. - Rp. 420-425.
12. Kapustin V.I. Novye materialy i tekhnologii dlya podogrevateley termoemitterov ionov organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Perspektivnye materialy. - 2006. - № 6. - S. 5-9.
13. Kapustin V.I. Fizicheskie osnovy kontrolya kachestva poverkhnostno-ionizatsionnykh termoemitterov ionov [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Perspektivnye materialy. - 2006. - № 3. - S. 76-81.
14. Kapustin V.I. Kinetika okisleniya i poverkhnostno-ionizatsionnye svoystva mikrolegirovannykh splavov molibdena [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Perspektivnye materialy. - 2010. - № 1. - S. 33-40.
15. Korzhavyy A.P. Metody eksperimental´noy fiziki v izbrannykh tekhnologiyakh zashchity prirody i cheloveka [Tekst]: monografiya / A.P. Korzhavyy, V.I. Kapustin, G.V. Koz´min. - M.: MGTU im. N.E. Baumana, 2012. - 352 s.
16. Kapustin V.I. Spektrometriya lineynoy i nelineynoy dreyfovoy podvizhnosti ionov organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin, S.A. Solntsev. Naukoemkie tekhnologii. - 2012. - T. 13. - № 2. - S. 47-54.
17. Kapustin V.I. Nano- i robotizirovannye tekhnologii v proizvodstve poverkhnostno-ionizatsionnykh termoemitterov ionov V.I. Kapustin [i dr.]. Naukoemkie tekhnologii. - 2007. - № 4. - S. 35-37.
18. Kapustin V.I. Pribory dlya detektirovaniya toksichnykh veshchestv na osnove poverkhnostno-ionizatsionnykh nanostrukturirovannykh materialov. [Tekst] / V.I. Kapustin, A.S. Sigov, K.O. Nagornov. Nanotekhnika. - 2010. - № 4. - S. 80-85.
19. Kapustin V.I. Vysokochistye ul´tradispersnye poroshki oksidov: oborudovanie, tekhnologii, primenenie [Tekst] / V.I. Kapustin. Perspektivnye materialy. - 1998. - № 5. - S. 54-62.
20. Solntsev S.A. Poverkhnostnaya ionizatsiya organicheskikh soedineniy azota, sery, fosfora i mysh´yaka [Tekst] / S.A. Solntsev, K.O. Nagornov, V.I. Kapustin. Vestnik MITKhT. - 2011. - № 2. - S. 112-118.
21. Kapustin V.I. Materialovedenie i tekhnologii elektroniki [Tekst]: uchebnoe posobie dlya vuzov / V.I. Kapustin, A.S. Sigov - M.: INFRA-M, 2014. - 427 s.
22. Kapustin V.I. Termogravimetricheskie i mass-spektrometricheskie issledovaniya organicheskikh nositeley prob khimicheskikh ob´´ektov [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Naukoemkie tekhnologii. - 2009. - Tom 10. - Vyp. 11. - S. 75-82.
23. Patent 2528548 RF. Termoemitter ionov organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 17.10.2012, opubl. 27.04.14.B.I. № 12.
24. Patent 2293976 RF. Poverkhnostno-ionizatsionnyy istochnik ionov organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 30.03.2004, opubl. 20.02.2007. B.I. № 5.
25. Patent 2293973 RF. Istochnik ionov organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 18.04.2005, opubl. 20.02.2007. B.I. № 5.
26. Patent 2293977 RF. Spektrometr ionnoy podvizhnosti [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 21.02.2005, opubl. 10.08.2006. B.I. № 5.
27. Patent 2293975 RF. Blok kollektora ionov spektrometra ionnoy podvizhnosti [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 30.03.2004, opubl. 20.07.2007. B.I. № 5.
28. Patent 2293974 RF. Spektrometr dreyfovoy podvizhnosti ionov [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 18.04.2005, opubl. 20.07.2007. B.I. № 5.
29. Patent 2293978 RF. Blok kollektora spektrometra dreyfovoy podvizhnosti ionov [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 18.04.2005, opubl. 20.02.2007. B.I. № 5.
30. Patent 2186384 RF. Sposob obnaruzheniya i analiza sledovykh kolichestv organicheskikh molekul v atmosfere vozdukha [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Zayavl. 21.12.1999, opubl. 27.07.2002. B.I. № 21.
31. Patent RF 2105379. Sposob polucheniya sploshnoy plenki s almazopodobnoy strukturoy i ustroystvo dlya ego osushchestvleniya [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Zayavl. 12.06.1998.
32. Patent 2260869 RF. Material termoemittera dlya poverkhnostnoy ionizatsii organicheskikh soedineniy na vozdukhe i sposob aktivatsii termoemittera [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 12.04.2004, opubl. 20.09.2005. B.I. № 26.
33. Patent 2262697 RF. Sposob kontrolya termoemissionnogo sostoyaniya poverkhnostno-ionizatsionnogo termoemittera ionov [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 17.05.2004, opubl. 20.10.2005. B.I. № 29.
34. Kapustin V.I. Mass-spektrometricheskie issledovaniya mekhanizma ionizatsii organicheskikh soedineniy azota na poverkhnosti mikrolegirovannogo splava molibdena [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. ZhKhF. - 2011. - T. 30. - № 7. - S. 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. - Rp. 689-700.
36. Kapustin V.I. Issledovaniya elektronnoy struktury monokristallov natriy-vanadievykh bronz tipa NaxV2O5 pri kh = 0,23, 0,28 i 0,33 [Tekst] / V.I. Kapustin [et al.]. Poverkhnost´. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neytronnye issledovaniya. - 2014. - № 2. - S. 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. - Rp. 117-126.
38. Kapustin V.I. Parametry ionizatsii nekotorykh nitrosoedineniy na poverkhnosti oksidnoy bronzy shchelochnogo metalla [Tekst] / V.I. Kapustin, V.S. Petrov, A.A. Chernousov. Pis´ma ZhTF. - 2004. - T. 30. - Vyp. 17. - S. 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. - Rp. 717, 718.
40. Kapustin V.I. Novyy metod detektirovaniya geptila i produktov ego nepolnogo okisleniya [Tekst] / V.I. Kapustin [i dr.]. Naukoemkie tekhnologii. - 2007. - № 4. - S. 55-57.
41. Kapustin D.V. Poverkhnostno-ionizatsionnye svoystva oksidnoy bronzy shchelochnogo metalla [Tekst] / D.V. Kapustin [i dr.]. Pis´ma v ZhTF. - 2012. - Tom 38. - Vyp. 4. - S. 83-88.
42. Kapustin D.V. Poverkhnostno-ionizatsionnye svoystva monokristallov i polikristallov oksidnykh bronz shchelochnogo metalla [Tekst] / D.V. Kapustin [i dr.]. Perspektivnye materialy. - 2013. - № 6. - S. 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. - Rp. 197-199.
44. Kapustin D.V. Issledovanie sostava ionnogo toka pri ionizatsii parov tekhnicheskogo trotila na poverkhnosti oksidnoy bronzy shchelochnogo metalla [Tekst] / D.V. Kapustin, A.P. Korzhavyy, V.I. Kapustin. Naukoemkie tekhnologii. - 2014. - № 2. - S. 32-41.
45. Patent 2265835 RF. Sposob analiza organicheskikh soedineniy v sostave atmosfery vozdukha [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 19.04.2004, opubl. 10.12.2005. B.I. № 34.
46. Patent 2329563 RF. Sposob i ustroystvo dlya raspoznavaniya organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 25.12.2006, opubl. 20.07.2008. B.I. № 20.
47. Patent 2357239 RF. Sposob identifikatsii organicheskikh molekul [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 08.11.2007, opubl. 27.05.2009. B.I. № 15.
48. Patent 2444730 RF. Sposob identifikatsii atomov i molekul [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 22.12.2010, opubl. 10.02.2012. B.I. № 7.
49. Patent 2389011 RF. Sposob analiza organicheskikh soedineniy [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 30.12.2008, opubl. 10.05.2010. B.I. № 13.
50. Patent 2263996 RF. Sposob kontrolya sostoyaniya spektrometra ionnoy podvizhnosti s poverkhnostno-ionizatsionnym termoemitterom ionov [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 25.05.2004, opubl. 10.11.2005. B.I. № 31.
51. Patent 2354963 RF. Sposob identifikatsii organicheskikh molekul [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 08.11.2007, opubl. 10.05.2009. B.I. № 13.
52. Patent 2390748 RF. Sistema dlya distantsionnogo otbora i analiza vozdushnykh prob s poverkhnosti i iz negermetizirovannykh ob´´ektov [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 22.12.2008, opubl. 27.05.2010. B.I. № 15.
53. Patent 2327982 RF. Generator potoka para organicheskikh veshchestv [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 25.12.2006, opubl. 27.06.2008. B.I. № 18.
54. Patent 2447429 RF. Sistema dlya distantsionnogo otbora i analiza vozdushnykh prob [Tekst] / V.I. Kapustin. Zayavl. 22.12.2010, opubl. 10.04.2012. B.I. № 10.
55. Kapustin V.I. Poverkhnostno-ionizatsionnaya dreyf-spektrometriya [Tekst]: monografiya / V.I. Kapustin, A.P. Korzhavyy. - M.: INFRA-M, 2015. - 286 s.
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). - Rp. 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). - Rp. 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). - Rp. 6382-6388.
