РФА МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ

Спектрометр «спектроскан Макс G»

Аналитические характеристики Диапазон определяемых элементов от (20)Ca до (94)Pu Пределы обнаружения, L для лёгкой матрицы от 1 до 20 ppm (для Ca и элементов от 42Mo до 51Sb порядка 500 ppm) Диапазон определяемых содержаний от 3L до 100% Способ выделения линий спектра дифракция на кристалле Рентгенооптическая схема по Иоганссону Энергетическое разрешение на линии FeKa 14–20 миллиангстрем (45–65 эВ) Диапазон определяемых элементов от (20)Ca до (94)Pu Пределы обнаружения, L для лёгкой матрицы от 1 до 20 ppm (для Ca и элементов от 42Mo до 51Sb порядка 500 ppm) Диапазон определяемых содержаний от 3L до 100% Способ выделения линий спектра дифракция на кристалле Рентгенооптическая схема по Иоганссону Энергетическое разрешение на линии FeKa 14–20 миллиангстрем (45–65 эВ)

Характеристики Напряжение на аноде рентгеновской трубки - (max) 40 кВ Мощность рентгеновской трубки - (max) 4 Вт Материал анода рентгеновской трубки Mo (Ag, Cu) Кристалл фтористый литий LiF (200) (220), графит Радиационная безопасность освобождён от регламентации по радиационному фактору Интерфейс с ЭВМ RS-232 Габаритные размеры и масса: 240ґ410ґ475 мм, до 28 кг Потребляемая мощность от сети 220 В не более 100 Вт Напряжение на аноде рентгеновской трубки - (max) 40 кВ Мощность рентгеновской трубки - (max) 4 Вт Материал анода рентгеновской трубки Mo (Ag, Cu) Кристалл фтористый литий LiF (200) (220), графит Радиационная безопасность освобождён от регламентации по радиационному фактору Интерфейс с ЭВМ RS-232 Габаритные размеры и масса: 240ґ410ґ475 мм, до 28 кг Потребляемая мощность от сети 220 В не более 100 Вт

Продольный разрез спектрометра

Рентгеновская флуоресценция

Схема возбуждения характеристического излучения на K- оболочке

Стадии рентгеновской флуоресценции 1.рентгеновский фотон с высокой энергией «выбивает» из атома электрон с одной из его внутренних электронных оболочек, 2. возникает нестабильное высокоэнергетическое состояние атома с электронной вакансией, 3. вакансию занимает электрон с одной из внешних электронных оболочек; избыточная энергия выделяется в виде кванта рентгеновской флуоресценции.

Рентгенооптическая схема спектрометра

Закон Вульфа- Брэгга γ =2d sin θ/k γ- длина волны излучения, отраженного от кристалла 2d- расстояние между узлами кристаллической решетки θ - угол падения излучения на кристалл к – порядок отражения (0, 1, 2, 3, 4 …) γ =2d sin θ/k γ- длина волны излучения, отраженного от кристалла 2d- расстояние между узлами кристаллической решетки θ - угол падения излучения на кристалл к – порядок отражения (0, 1, 2, 3, 4 …)

Закон Вульфа- Брэгга Чтобы выделить излучение с нужной длиной волны Y, следует установить отражающие плоскости кристалла под углом Ɵ к падающему на него неоднородному рентгеновскому излучению. Тогда выбранное излучение «отразится» от этого кристалла под тем же углом, а все остальное излучение пройдет через кристалл Чтобы выделить излучение с нужной длиной волны Y, следует установить отражающие плоскости кристалла под углом Ɵ к падающему на него неоднородному рентгеновскому излучению. Тогда выбранное излучение «отразится» от этого кристалла под тем же углом, а все остальное излучение пройдет через кристалл

Пропорциональный детектор

Количественный анализ – зависимость интенсивности характеристического излучения от концентрации элемента в исследуемом образце.

Калибровка Измерение интенсивности характеристической флуоресценции в нескольких стандартных образцах – образцах с точно известной концентрацией определяемого элемента.

Калибровка Диапазон длин волн мА; Шаг сканирования - 5 мА для быстрого спектра 1 мА для медленного спектра Порядок отражения - первый Время экспозиции - 1 с для быстрого спектра 3 с для медленного спектра Регистрируемая интенсивность - линии Кα цинка (1435 мА) Кα железа (1935 мА) Диапазон длин волн мА; Шаг сканирования - 5 мА для быстрого спектра 1 мА для медленного спектра Порядок отражения - первый Время экспозиции - 1 с для быстрого спектра 3 с для медленного спектра Регистрируемая интенсивность - линии Кα цинка (1435 мА) Кα железа (1935 мА)

Калибровочный график зависимости интенсивности (имп/с) характеристического излучения серии Кα цинка быстрого спектра от концентрации (%) цинка.

Чистая глюкоза, без цинка и железа

Глюкоза + 0,03 % цинка + 0,03% железа

Достоинства метода РФА 1. Широкий диапазон определяемых элементов (от кальция до урана) 2. Широкий диапазон определяемых концентраций (от 0,0001% до 100% без концентрирования, от % с концентрированием) 3. Анализируемые образцы – твердые, порошковые, жидкие и фильтры 4.Климатические условия работы - диапазон рабочих t O : O С, относительная влажность воздуха: 40-80%, атмосферное давление: мм рт. ст. 5. Радиационная безопасность (освобожден от регламентации по радиационному фактору) 1. Широкий диапазон определяемых элементов (от кальция до урана) 2. Широкий диапазон определяемых концентраций (от 0,0001% до 100% без концентрирования, от % с концентрированием) 3. Анализируемые образцы – твердые, порошковые, жидкие и фильтры 4.Климатические условия работы - диапазон рабочих t O : O С, относительная влажность воздуха: 40-80%, атмосферное давление: мм рт. ст. 5. Радиационная безопасность (освобожден от регламентации по радиационному фактору)

МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ (масс- спектроскопия, масс-спектральный анализ), метод анализа вещества путем определения массы (чаще, отношения массы к заряду m/z) и относительно количества ионов, получаемых при ионизации исследуемого вещества или уже присутствующих в изучаемой смесимасс- спектроскопияионов МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ (масс- спектроскопия, масс-спектральный анализ), метод анализа вещества путем определения массы (чаще, отношения массы к заряду m/z) и относительно количества ионов, получаемых при ионизации исследуемого вещества или уже присутствующих в изучаемой смесимасс- спектроскопияионов

Блок-схема масс-спектрометра

1. Система ввода вещества (образец вводится с помощью т.н. молекулярных или вязкостных натекателей) 2. Ионный источник (образование газообразных ионов и формирование ионного пучка) 3.Масс-анализатор ( разделение ионного пучка по m/z) 4. детектор-приемник ионов (ионный ток измеряется или преобразуется в электрический сигнал) 5. Регистрирующее устройство (кол-во ионов - ионный ток, масса ионов. )

МАСС-СПЕКТР Масс-спектр – это зависимость интенсивности ионного тока (количества) от отношения массы к заряду (качества)

Источники ионов 1. Ионизация – превращение нейтральных молекул и атомов в заряженные частицы (ионы) 2. Перевод ионов в газовую фазу в вакуумной части масс- спектрометра.

Способы ионизации 1) ионизация электронным ударом. 2 ) фотоионизация; 3) ионизация за счёт ионно-молекулярных реакций (хим. ионизация); 4) ионизация в сильном электрич. поле (полевая ионная эмиссия); 5) ионизация ионным ударом (ионно-ионная эмиссияионно-ионная эмиссия 6) ионизация быстрыми атомами (атомно - ионная эмиссия); 7) поверхностная ионизация',поверхностная ионизация 8) искровой разряд (вакуумная искра);искровой разряд 9) десорбция ионов под действием лазерного излучения, электронных пучков, продуктов деления тяжёлых ядер 10) плазменныеисточники 1) ионизация электронным ударом. 2 ) фотоионизация; 3) ионизация за счёт ионно-молекулярных реакций (хим. ионизация); 4) ионизация в сильном электрич. поле (полевая ионная эмиссия); 5) ионизация ионным ударом (ионно-ионная эмиссияионно-ионная эмиссия 6) ионизация быстрыми атомами (атомно - ионная эмиссия); 7) поверхностная ионизация',поверхностная ионизация 8) искровой разряд (вакуумная искра);искровой разряд 9) десорбция ионов под действием лазерного излучения, электронных пучков, продуктов деления тяжёлых ядер 10) плазменныеисточники

Масс-спектр Hg;

Масс-спектр 1. Каждый из пиков ионного тока соответствует однозарядным ионам ртути 2. Высота пика пропорциональна содержанию данного изотопа 3. Отношение массы иона к ширине пика (в а.е.м. - атомные единицы массы) называется разрешающей способностью 1. Каждый из пиков ионного тока соответствует однозарядным ионам ртути 2. Высота пика пропорциональна содержанию данного изотопа 3. Отношение массы иона к ширине пика (в а.е.м. - атомные единицы массы) называется разрешающей способностью

Параметры прибора 1.Разрешающая способность - отношение массы иона к ширине пика 2. Чувствительность: а)относительная - минимальное содержание вещества в смеси веществ, которое может быть обнаружено с помощью прибора б) абсолютная- минимальное количество вещества, которое надо ввести в прибор для его обнаружения 3. Диапазон масс 4. Быстродействие 1.Разрешающая способность - отношение массы иона к ширине пика 2. Чувствительность: а)относительная - минимальное содержание вещества в смеси веществ, которое может быть обнаружено с помощью прибора б) абсолютная- минимальное количество вещества, которое надо ввести в прибор для его обнаружения 3. Диапазон масс 4. Быстродействие

МАСС-АНАЛИЗАТОРЫ 1. Статичные 2. Динамические 1. Статичные 2. Динамические

Схема масс-анализатора с однородным магнитным полем

Разрешающая способность статичного масс-спектрометра R = r/S 1 + S 2 +d r – радиус траектории ионовионов S 1 и S соответственно ширина входной и выходной щелей d - уширение пучка в плоскости выходной щели

Причины уширения пучка 1. Разброс по кинетической энергии у ионов, вылетающих из источника 2. Рассеяние ионов из-за столкновения с молекулами остаточного газа 3. Электронно-статичное «расталкивание» ионов в пучке 1. Разброс по кинетической энергии у ионов, вылетающих из источника 2. Рассеяние ионов из-за столкновения с молекулами остаточного газа 3. Электронно-статичное «расталкивание» ионов в пучке

Динамичные масс-спектрометры Для разделения ионов используют: 1. разные времена пролета определенных расстояний 2. воздействие на ионы импульсных или радиочастотных электрических полей с периодом, меньшим или равным времени пролета ионов через анализатор