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.
