Химия - Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии - Источники ионизации

01 марта 2011


Оглавление:
1. Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии
2. Сущность «мягкой» десорбции
3. Источники ионизации
4. Механизмы образования ионов

Десорбционные ионизационные методы можно разделить на две группы по методам энергетического воздействия на анализируемое вещество: десорбция, индуцированная либо бомбардировкой высокоэнергетическими частицами, либо воздействием лазерным излучением и модификации на её основе — МАЛДИ и др.).

В случае ББА и ВИМС бомбардирующими частицами являются либо нейтральные атомы, либо ионы_mCs). Кинетическая энергия таких частиц составляет несколько кэВ. Например, ион Cs, разогнанный при ускоряющем напряжении от 5 до 35 кВ, приобретает скорость от 2,2×10 до 8,4×10 м/с. Предполагая, что время взаимодействия ионизирующей частицы с мишенью составляет 0,1 нс, мощность излучения будет составлять от 0,8•10-5 до 5,6•10-5 Дж/с. Эта величина зависит, соответственно, от скорости и массы бомбардирующей частицы. При увеличении мощности ток образующихся ионов возрастает, однако вместе с тем увеличивается вероятность фрагментации молекул. Пороговая величина, при которой возможны процессы десорбции и ионизации, приблизительно равна ~10 Дж/с. Вместе с тем, величина площади соударения чрезвычайно мала и плотность потока энергии будет составлять более чем 10 Дж/см²·с.

В методе ББА пучок быстрых атомов формируется в устройстве, называемом «атомной пушкой», за счет перезарядки предварительно образованных в газоразрядном устройстве ионов. При этом вся кинетическая энергия определяется ускоряющим напряжением, прикладываемым к промежуточным образованным ионам. Ионный пучок в ВИМС формируется в основном за счет термической эмиссии ионов. Например, пучок ионов Cs получают разложением алюмосиликата щелочных металлов при высоких температурах. Одно из преимуществ источника ВИМС перед ББА заключается в том, что данный пучок легко фокусируется, и это позволяет также проводить исследования структуры поверхности материала с помощью атомной ВИМС.

В плазменной десорбции ионизирующие частицы образуются за счет радиоактивного распада нуклида Cf. Основной его особенностью является то, что наряду с доминирующим α-распадом, происходит также спонтанное деление нуклида. Последнее явление и нашло свое применение в ПД масс спектрометрии. Сf распадается на два высокоэнергетических ионных осколка, эмитируемых в противоположные направления на 180° друг от друга. Распад сопровождается большим выделением энергии, которая в значительной степени переходит в кинетическую энергию осколочных частиц и составляет 90-130 МэВ. Набор образуемых фрагментов достаточно широк, для них характерен разброс по кинетической энергии и высокие заряды ионов. Наиболее распространенным среди них является ион технеция с кинетической энергией 100 МэВ и зарядом +20. Пучок частиц распада проходит через тонкую металлическую фольгу, на поверхности которой расположен анализируемый образец, вызывая быстрый нагрев на несколько тысяч Кельвинов и десорбцию образца.

Наконец, последний из обсуждаемых десорбционных методов ― лазерная десорбция. Этот метод больше известен благодаря его модификации МАЛДИ. Источником ионизации служат различные типы импульсных лазеров. Используемые длины волн для получения ионов лежат в диапазонах либо ближнего УФ, либо в ИК-области. Необходимо отметить, что абсолютное большинство коммерческих масс спектрометров МАЛДИ работают только на азотном лазере, с длиной волны излучения 337 нм, то есть в области ближнего ультрафиолета, и длительностью импульса в несколько наносекунд.

Метод	Бомбардирующая частица	Энергия частицы	Плотность потока частиц
	Десорбция индуцированная массовыми частицами
Статическая масс спектрометрия вторичных ионов	Ионы Ar, Xe, Cs, O2, O, металлические ионы	100 эв-10 000 эВ, возможно до 100 кэВ	< 10 А / см²·с
Бомбардировка быстрыми атомами	Атомы инертных газов	3-10 кэВ	10 А / см²·с
Плазменная десорбция	Продукты радиоактивного распада Cf	90 — 130 МэВ	10³ частиц / см²·с
	Десорбция индуцированная излучением
УФ Лазерная десорбция/ионизация	УФ лазерное излучение	2,9 эВ 6,5 эВ	3,10 — 10 Вт / см²·с

Просмотров: 4625

<<<