RU2444730C1 - Method of identifying atoms and molecules - Google Patents
Method of identifying atoms and molecules Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444730C1 RU2444730C1 RU2010152424/28A RU2010152424A RU2444730C1 RU 2444730 C1 RU2444730 C1 RU 2444730C1 RU 2010152424/28 A RU2010152424/28 A RU 2010152424/28A RU 2010152424 A RU2010152424 A RU 2010152424A RU 2444730 C1 RU2444730 C1 RU 2444730C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- peaks
- ion
- voltage
- drift
- values
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для детектирования и распознавания атомов и молекул, которые эффективно ионизируются на нагретой поверхности активного элемента поверхностно-ионизационных термоэмиттеров ионов, например паров органических молекул в воздухе, в том числе смесей паров наркотических, взрывчатых и отравляющих веществ.The invention relates to the field of gas analysis and can be used to detect and recognize atoms and molecules that are effectively ionized on the heated surface of the active element of surface ionizing ion emitter, for example, vapors of organic molecules in air, including mixtures of narcotic, explosive and poisonous vapors .
Известен способ распознавания органических молекул [1], присутствующих в виде паров в воздухе, путем измерения нелинейной части дрейфовой подвижности ионов.A known method for the recognition of organic molecules [1] present in the form of vapors in air by measuring the nonlinear part of the drift mobility of ions.
Данный способ реализован в устройстве - дрейф-спектрометре поперечной дрейфовой подвижности, в котором органические молекулы, подаваемые в дрейф-спектрометр в составе потока воздуха через входной штуцер устройства, ионизируются с помощью радиоизотопного ионизатора, а затем определяется величина нелинейной части дрейфовой подвижности ионов при большом значении напряженности электрического поля, по величине которой и распознаются органические молекулы [1].This method is implemented in a device — a transverse drift mobility drift spectrometer, in which organic molecules supplied to the drift spectrometer as part of an air stream through the device’s inlet are ionized using a radioisotope ionizer, and then the non-linear part of the ion drift mobility is determined at a large value electric field strength, by the value of which organic molecules are recognized [1].
В основе способа лежит известное соотношение [1], определяющее величину скорости дрейфового движения ионов vД в электрическом поле напряженностью Е:The method is based on the well-known relation [1], which determines the magnitude of the drift velocity of ions v D in an electric field of intensity E:
при этом эффективная подвижность ионов µэф будет равна:in this case, the effective ion mobility µeff will be equal to:
где µ0 - подвижность ионов в пределе малой напряженности электрического поля, α - один из параметров нелинейной части дрейфовой подвижности ионов, величина которого и определяется в данном способе. По величине α, имея базу данных, проводят идентификацию органических молекул.where μ 0 is the ion mobility in the limit of low electric field strength, α is one of the parameters of the nonlinear part of the ion drift mobility, the value of which is determined in this method. By the value of α, having a database, the identification of organic molecules is carried out.
Известный способ нашел достаточно широкое использование в технике газового анализа, например, при определении наркотических, взрывчатых и отравляющих веществ, однако он имеет и серьезные недостатки.The known method has found wide enough use in the technique of gas analysis, for example, in the determination of narcotic, explosive and toxic substances, but it also has serious disadvantages.
Как правило, для надежного распознавания типа органических молекул определение только одного физико-химического параметра органических молекул бывает недостаточно. Кроме того, результаты анализа могут быть неоднозначными по следующим причинам. Во-первых, при изотопной, лазерной, коронной и других традиционных методах ионизации органических молекул образуется несколько типов ионов, имеющих близкие значения параметра α [2]. Во-вторых, образовавшиеся ионы в процессе их движения в дрейф-камере могут захватывать одну или несколько молекул воды, при этом дополнительно образовавшиеся ионы также имеют близкие к исходным ионам значения параметра α. Это приводит к тому, что пик в дрейф-спектре имеет вид широкого пика, разрешение всего устройства не превышает 4-15, при этом достоверность идентификации органических молекул невелика.As a rule, for reliable recognition of the type of organic molecules, the determination of only one physicochemical parameter of organic molecules is not enough. In addition, the results of the analysis may be mixed for the following reasons. First, with isotopic, laser, corona, and other traditional methods of ionizing organic molecules, several types of ions are formed that have close values of the parameter α [2]. Secondly, the formed ions during their movement in the drift chamber can capture one or several water molecules, while the additionally formed ions also have values of the parameter α close to the initial ions. This leads to the fact that the peak in the drift spectrum has the form of a wide peak, the resolution of the entire device does not exceed 4-15, while the identification of organic molecules is not reliable.
Известен способ идентификации органических молекул, включающий регистрацию пиков ионного тока на дрейф-спектрах ионов органических молекул, то есть на зависимостях тока второго коллектора ионов Iк2 от напряжения компенсации Uсм, при различных значениях амплитуды выходного напряжения высоковольтного генератора Uд и определение положения Uсм.max максимумов пиков ионного тока Iк2.max на шкале напряжения компенсации с использованием дрейф-спектрометра ионной подвижности, содержащего последовательно расположенные по направлению прокачки воздуха через спектрометр устройство для ионизации проб органических молекул в воздухе, устройство для разделения образовавшихся ионов по параметрам нелинейной части дрейфовой подвижности ионов и устройство для регистрации ионного тока, включающее по крайней мере коллектор ионов, причем один из электродов устройства для разделения ионов соединен с высоковольтным генератором переменного периодического несимметричного по полярности напряжения и низковольтным источником напряжения компенсации [3].A known method for the identification of organic molecules, including the registration of ion current peaks on the drift spectra of ions of organic molecules, that is, on the dependences of the current of the second ion collector I k2 on the compensation voltage U cm , at various values of the amplitude of the output voltage of the high-voltage generator U d and determining the position U cm .max of the maximums of the peaks of the ion current I k2.max on the compensation voltage scale using an ion mobility drift spectrometer containing sequentially arranged in the direction of pumping air through a spectrometer, a device for ionizing samples of organic molecules in air, a device for separating the formed ions according to the parameters of the nonlinear part of the ion drift mobility, and a device for detecting the ion current, including at least an ion collector, one of the electrodes of the ion separation device being connected to a high-voltage generator variable periodic asymmetric polarity voltage and low voltage voltage compensation source [3].
Сущность известного способа состоит в том, что на основании смещения положения пиков на дрейф-спектрах при изменении амплитуды выходного напряжения высоковольтного генератора он в принципе позволяет определить значения параметров α, β, γ и т.д. на основании соотношения (1), то есть провести идентификацию органических молекул сразу по нескольким физико-химическим параметрам. Однако для реализации указанного способа необходимо точно определять положения Uсм.max максимумов пиков ионного тока Iк2.max на дрейф-спектрах на шкале напряжения компенсации Uсм.The essence of the known method is that based on the shift of the position of the peaks in the drift spectra when the amplitude of the output voltage of the high-voltage generator changes, it basically allows us to determine the values of the parameters α, β, γ, etc. based on relationship (1), that is, to identify organic molecules at once by several physicochemical parameters. However, for the implementation of this method, it is necessary to accurately determine the positions U cm.max of the maximum peaks of the ion current I k2.max on the drift spectra on the compensation voltage scale U cm .
Вместе с тем у известного способа распознавания органических соединений имеются существенные недостатки. Во-первых, значения коэффициентов α, β, γ и т.д. малы, в то время как точность измерения напряжения компенсации составляет порядка 3-5% [3]. Поэтому при анализе смесей органических молекул, имеющих близкие значения параметров α, β, γ и т.д., возможно наложение пиков от различных типов ионов, что приводит к неопределенности в измерении параметров Uсм.max пиков в дрейф-спектрах. Кроме того, данному способу присущи и все недостатки способа [1], связанные с образованием нескольких типов ионов при ионизации органических молекул и захвате ими молекул воды. То есть достоверность распознавания органических молекул в данном известном способе также невелика.However, the known method for the recognition of organic compounds has significant disadvantages. First, the values of the coefficients α, β, γ, etc. are small, while the accuracy of measuring the compensation voltage is about 3-5% [3]. Therefore, when analyzing mixtures of organic molecules having close values of the parameters α, β, γ, etc., overlapping peaks from various types of ions is possible, which leads to uncertainties in the measurement of the parameters U cm.max peaks in the drift spectra. In addition, this method is inherent and all the disadvantages of the method [1] associated with the formation of several types of ions during the ionization of organic molecules and their capture of water molecules. That is, the recognition accuracy of organic molecules in this known method is also small.
Наиболее близким к заявленному способу является способ идентификации атомов и молекул, образовавшихся при ионизации атомов и молекул в источнике ионов, включающий регистрацию пиков ионного тока на дрейф-спектрах ионов атомов и молекул, то есть на зависимостях тока коллектора ионов Iк2 от напряжения компенсации Uсм, при различных значениях амплитуды выходного напряжения высоковольтного генератора Uд и определение положения максимумов Uсм.max пиков ионного тока Iк2.max на шкале напряжения компенсации с использованием дрейф-спектрометра ионной подвижности, содержащего последовательно расположенные по направлению прокачки воздуха через спектрометр поверхностно-ионизационный источник ионов атомов и молекул, устройство для разделения образовавшихся ионов по параметрам нелинейной части дрейфовой подвижности ионов и устройство для регистрации ионного тока, включающее по крайней мере коллектор ионов, причем один из электродов устройства для разделения ионов соединен с высоковольтным генератором переменного периодического несимметричного по полярности напряжения с амплитудой импульсов Uд и низковольтным источником напряжения компенсации с выходным напряжением Uсм, включающий выделение пиков на дрейф-спектрах ионов атомов и молекул, например с использованием метода двойного дифференцирования дрейф-спектров, с учетом зависимости полуширины выделенных пиков ΔUi на половине высоты от величины максимума пика ионного тока Iк2.max.i и от величины положения пика Uсм.max.i на дрейф-спектре, где i=1, 2, … N - номер выделенного пика, N - число выделенных пиков при амплитуде напряжения высоковольтного генератора Uд [4].Closest to the claimed method is a method for identifying atoms and molecules formed during the ionization of atoms and molecules in an ion source, including recording peak ion currents on the drift spectra of ion atoms and molecules, that is, on the dependences of the ion collector current I k2 on compensation voltage U cm for different values of U d high voltage generator output voltage amplitude, and determining the position of the maxima U sm.max ion current peaks I k2.max on scale voltage drift compensation using a spectrometer and mobility, containing sequentially located in the direction of pumping air through the spectrometer, a surface-ionization source of ions of atoms and molecules, a device for separating the formed ions according to the parameters of the nonlinear part of the ion drift mobility, and a device for detecting the ion current, including at least an ion collector, one of the electrodes of the ion separation device is connected to a high-voltage generator of alternating periodic asymmetric polarity voltage with amp pulse mass U d and a low-voltage source of compensation voltage with an output voltage of U cm , including the selection of peaks on the drift spectra of ions of atoms and molecules, for example, using the method of double differentiation of drift spectra, taking into account the dependence of the half-width of the selected peaks ΔU i at half height on the value the peak of the ion current peak I k2.max.i and the peak position U cm.max.i on the drift spectrum, where i = 1, 2, ... N is the number of the selected peak, N is the number of selected peaks at the voltage amplitude of the high-voltage generator U d [4].
Достоинством данного метода является, во-первых, более высокая разрешающая способность метода и, во-вторых, меньшее число типов ионов, образовавшихся при поверхностной ионизации [5] атомов и молекул по сравнению с традиционными методами ионизации [2]. В частности, пик в дрейф-спектре при поверхностной ионизации содержит только пики, относящиеся к иону атома или молекулы, захвативших протон или ион щелочного металла (в зависимости от материала активного элемента термоэмиттера ионов [7-8]), а также пики данных ионов, захватившие одну или несколько молекул воды [5].The advantage of this method is, firstly, a higher resolution of the method and, secondly, a smaller number of types of ions formed during surface ionization [5] of atoms and molecules in comparison with traditional ionization methods [2]. In particular, the peak in the drift spectrum during surface ionization contains only peaks related to the ion of the atom or molecule that trapped the proton or alkali metal ion (depending on the material of the active element of the ion thermal emitter [7-8]), as well as the peaks of these ions, capturing one or more water molecules [5].
Однако известный метод имеет существенный недостаток.However, the known method has a significant drawback.
Известно, что соотношение (1) более корректно можно представить в виде [6]It is known that relation (1) can be more correctly represented in the form [6]
причем данное соотношение отражает физическую сущность взаимодействия иона с молекулами воздуха: взаимодействие заряда иона с наведенным дипольным моментом молекул воздуха, а также взаимодействие их дипольных, квадрупольных и октупольных моментов. Моменты более высоких порядков в данных взаимодействиях не присутствуют, так как наше пространство - трехмерное. Выражение же (2) представляет формальное разложение физического взаимодействия в бесконечный ряд, что математически допустимо, но физически бессмысленно. Тогда с учетом соотношения (3) условие для положения максимума пика конкретного типа ионов в дрейф-спектре будет [6]moreover, this ratio reflects the physical essence of the interaction of the ion with air molecules: the interaction of the ion charge with the induced dipole moment of the air molecules, as well as the interaction of their dipole, quadrupole and octupole moments. Higher-order moments are not present in these interactions, since our space is three-dimensional. Expression (2) represents a formal decomposition of physical interaction in an infinite series, which is mathematically acceptable, but physically meaningless. Then, taking into account relation (3), the condition for the peak position of a specific type of ion in the drift spectrum will be [6]
где d - расстояние между электродами дрейф-камеры, F3, F5, F7 - моменты периодического несимметричного по полярности напряжения с амплитудой импульсов Uд, отражающие формы импульсов поля [6]. Теоретически данное соотношение позволяет определить относительные значения трех параметров нелинейной дрейфовой подвижности как для основного иона, так и для ионов, образовавшихся в результате захвата молекул воды. Однако практически это сделать невозможно по следующей причине. Действительно, при каждом значении амплитуды напряжения Uд методом двойного дифференцирования [9] в дрейф-спектре определяется несколько пиков, при этом остается неопределенным алгоритм «соединения» положений пиков вдоль оси Uд кривыми седьмого порядка в соответствии с соотношением (4). Поэтому расшифровка тонкой структуры пиков в дрейф-спектре оказывается невозможной. Особенно это относится к анализу смесей атомов и молекул.where d is the distance between the electrodes of the drift chamber, F 3 , F 5 , F 7 are the moments of the periodic voltage asymmetric in polarity with the pulse amplitude U d , reflecting the shape of the field pulses [6]. Theoretically, this relationship allows us to determine the relative values of the three parameters of nonlinear drift mobility for both the main ion and ions formed as a result of capture of water molecules. However, it is practically impossible to do this for the following reason. Indeed, for each value of the voltage amplitude U d by the method of double differentiation [9], several peaks are determined in the drift spectrum, while the algorithm for “connecting” the positions of the peaks along the U d axis by seventh-order curves in accordance with relation (4) remains unclear. Therefore, the interpretation of the fine structure of the peaks in the drift spectrum is impossible. This is especially true for the analysis of mixtures of atoms and molecules.
Целью предлагаемого способа является повышение достоверности распознавания атомов и молекул за счет идентификации пиков тонкой структуры дрейф-спектров и определения дополнительного идентификационного параметра ионов атомов и молекул - их относительной молекулярной массы.The aim of the proposed method is to increase the reliability of recognition of atoms and molecules by identifying the peaks of the fine structure of the drift spectra and determining an additional identification parameter of the ions of atoms and molecules - their relative molecular weight.
Поставленная цель достигается тем, что регистрацию пиков ионного тока на дрейф-спектрах проводят по крайней мере при трех значениях амплитуды выходного напряжения высоковольтного генератора Uд, из всех выделенных на дрейф-спектре пиков выделяют К групп пиков, где К - целое число больше нуля, причем в каждой группе пиков величины положений пиков на шкале напряжения компенсации Uсм при каждом значении напряжения генератора Uд соответствуют соотношениямThis goal is achieved in that the peak ion current in the drift spectra is recorded at least three values of the amplitude of the output voltage of the high-voltage generator U d , of all the peaks selected on the drift spectrum, K groups of peaks are distinguished, where K is an integer greater than zero, moreover, in each group of peaks, the values of the positions of the peaks on the scale of the compensation voltage U cm for each value of the generator voltage U d correspond to the relations
где M=29 - средняя молекулярная масса молекул воздуха, mo=18 - молекулярная масса молекул воды, Mo,K - молекулярная масса иона, n и m принимают значения 0, 1, 2, …, а изменение положения пиков Uсм.max.n в каждой выделенной группе пиков К при различных значениях высоковольтного генератора Uд соответствует соотношениюwhere M = 29 is the average molecular mass of air molecules, m o = 18 is the molecular mass of water molecules, M o, K is the molecular mass of the ion, n and m take
где an, bn, cn - константы, равные или нулю, или положительному или отрицательному числу, при этом с использованием первого соотношения для каждой группы пиков К определяют величину молекулярной массы иона Мо,K, а с использованием второго соотношения определяют константы an, bn, cn для каждого типа ионов, входящих в группу К, по значениям которых, с учетом геометрических параметров дрейф-спектрометра и формы импульсов высоковольтного генератора, определяют относительные значения параметров нелинейной дрейфовой подвижности ионов.where a n , b n , c n are constants equal to either zero or a positive or negative number, while using the first relation for each group of peaks K, determine the molecular weight of the ion M o, K , and using the second relation determine the constants a n , b n , c n for each type of ion included in group K, the values of which, taking into account the geometric parameters of the drift spectrometer and the pulse shape of the high-voltage generator, determine the relative values of the parameters of the nonlinear drift mobility of ions.
Заявленный способ иллюстрируется следующими чертежами.The claimed method is illustrated by the following drawings.
На Фиг.1 приведен типичный дрейф-спектр, то есть зависимость тока коллектора Iк2 от величины напряжения смещения Uсм.Figure 1 shows a typical drift spectrum, that is, the dependence of the collector current I k2 on the magnitude of the bias voltage U see
На Фиг.2 приведена вторая производная данного пика, то есть зависимость второй производной тока коллектора 
На Фиг.3 положения пиков тонкой структуры Uсм.max, выделенных в дрейф-спектрах методом двойного дифференцирования, при различных значениях амплитуды напряжения импульсов высоковольтного генератора представлены в координатах 
Сущность предложенного способа состоит в следующем.The essence of the proposed method is as follows.
В первом приближении подвижность иона на воздухе при малой величине напряженности электрического поля µ0 определяется известным соотношением [10]In a first approximation, the ion mobility in air at a small electric field strength µ 0 is determined by the known relation [10]
где M=29 - средняя молекулярная масса молекул воздуха, Mi - масса иона, α - средняя поляризуемость молекул воздуха, N - число молекул воздуха в единице объема. Если исходный ион захватывает n молекул воды, то изменяется его относительное массовое число - оно становится равным Mi '=Mi+n*m0, где m0=18 - молекулярная масса молекул воды. При этом, так как величина заряда иона не изменяется, в первом приближении не изменяется наведенное этим зарядом дипольное, квадрупольное и октупольное взаимодействие иона с молекулами воздуха. А это означает, что зависимости (4) для ионов, захвативших молекулы воды, будут подобными зависимостям для исходного иона, но смещенными по оси ординат пропорционально изменению подвижности ионов в соответствии с выражением (5). При этом для повышения достоверности анализа экспериментальных результатов зависимости (4) удобно представлять в координатах 
Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
При фиксированных значениях напряжения генератора регистрируются дрейф-спектры, как показано на Фиг.1, из них выделяется тонкая структура дрейф-спектров, например, методом двойного дифференцирования, как показано на Фиг.2, а затем для каждого напряжения генератора выделяются группы пиков, относительные смещения которых в каждой группе соответствует соотношениюAt fixed values of the generator voltage, drift spectra are recorded, as shown in Fig. 1, a fine structure of the drift spectra is distinguished from them, for example, by the double differentiation method, as shown in Fig. 2, and then for each generator voltage groups of peaks relative the displacements of which in each group correspond to the ratio
Однако использование только соотношения (6) может привести к неоднозначной интерпретации, особенно при наличии нескольких групп пиков. Для устранения данной неоднозначности используют следующее условие, вытекающее из уравнения (4):However, using only relation (6) can lead to an ambiguous interpretation, especially in the presence of several groups of peaks. To eliminate this ambiguity, the following condition is used, which follows from equation (4):
которое, фактически, означает, что, во-первых, смещение правильно выделенного пика при изменении напряжения генератора должно изменяться по параболической зависимости и, во-вторых, параболы для ионов на основе единого первичного иона, но захватившие различное количество молекул воды, должны быть подобны. То есть правильная расшифровка тонкой структуры дрейф-спектров возможна только при совместном использовании соотношений (6) и (7). При этом соотношение (6) позволяет определить относительную молекулярную массу ионов Mo,K, а соотношение (7) - определить параметры an, bn, cn. Зная данные параметры и с использованием соотношения (4) можно определить относительные значения α, β, γ, то есть отношения α/µ0, β/µ0, γ/µ0. Если же при этом измерять зависимости интенсивностей пиков тонкой структуры от напряжения высоковольтного генератора, то используя способ [11], можно найти и абсолютные значения α, β и γ.which, in fact, means that, firstly, the shift of the correctly selected peak when the generator voltage is changed should vary in a parabolic manner and, secondly, the parabolas for ions based on a single primary ion, but having captured a different number of water molecules, should be similar . That is, the correct interpretation of the fine structure of the drift spectra is possible only with the combined use of relations (6) and (7). Moreover, relation (6) allows us to determine the relative molecular mass of ions M o, K , and relation (7) allows us to determine the parameters a n , b n , c n . Knowing these parameters and using relation (4), one can determine the relative values of α, β, γ, that is, the ratios α / μ 0 , β / μ 0 , γ / μ 0 . If, however, the dependences of the intensities of the peaks of the fine structure on the voltage of the high-voltage generator are measured, then using the method [11], one can also find the absolute values of α, β, and γ.
Таким образом, предложенный способ позволяет определять, по крайней мере, относительные значения параметров нелинейной дрейфовой подвижности ионов, формирующих тонкую структуру пиков в дрейф-спектрах, а также относительную молекулярную массу ионов, что ранее было возможно только с использованием масс-спектрометров.Thus, the proposed method allows to determine at least the relative values of the parameters of the nonlinear drift mobility of the ions forming the fine structure of the peaks in the drift spectra, as well as the relative molecular mass of the ions, which was previously possible only using mass spectrometers.
Изложенное показывает, что в научно-технической и патентной литературе отсутствуют технические решения, позволяющие достичь указанных технических результатов с помощью вышеуказанных приемов и средств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень». Заявленный способ может быть реализован в промышленности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость».The foregoing shows that in the scientific, technical and patent literature there are no technical solutions to achieve the indicated technical results using the above methods and means, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability conditions of “novelty” and “inventive step”. The claimed method can be implemented in industry, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability condition “industrial applicability”.
ЛитератураLiterature
1. Патент США №5420424 от 30.05.1995 г. (аналог).1. US patent No. 5420424 from 05/30/1995, (analog).
2. Филиппенко А.А., Малкин Е.К., «Исследование влияния условий ионизации на масс-селективные распределения подвижности ионов тротила и гексогена методом спектрометрии ионной подвижности/тандемной масс-спектрометрии», Журнал «Масс-спектрометрия», 2010, №7(3), с.205-212.2. Filippenko A.A., Malkin E.K., “Investigation of the effect of ionization conditions on the mass-selective distribution of the mobility of TNT and RDX ions by ion mobility spectrometry / tandem mass spectrometry”, Journal of Mass Spectrometry, 2010, No. 7 (3), p.205-212.
3. Буряков И.А., Экспериментальное определение зависимости коэффициентов подвижности ионов в газе от напряженности электрического поля. ЖТФ, 2002, том 72, вып. 11, с.109-113 (аналог).3. Buryakov IA, Experimental determination of the dependence of the mobility coefficients of ions in a gas on the electric field strength. ZhTF, 2002, Volume 72, no. 11, pp. 109-113 (analogue).
4. Патент РФ №2354963, Способ идентификации органических молекул. Приоритет от 08.11.2007 г. (прототип).4. RF patent No. 2354963, Method for the identification of organic molecules. Priority of November 08, 2007 (prototype).
5. Капустин В.И., Нагорнов К.О., «Масс-спектрометрические исследования механизма поверхностной ионизации аминов на сплавах молибдена», В сборнике «Вакуумная наука и техника: Материалы XV Научно-технической конференции». Москва, 2008, с.196-201.5. Kapustin VI, Nagornov K.O., “Mass spectrometric studies of the mechanism of surface ionization of amines on molybdenum alloys”, in the collection “Vacuum Science and Technology: Materials of the XV Scientific and Technical Conference”. Moscow, 2008, p.196-201.
6. Капустин В.И., Нагорнов К.О., Чекулаев А.Л., Новые физические методы идентификации органических соединений с использованием поверхностно-ионизационого дрейф-спектрометра. ЖТФ, 2009, том 79, вып.5, с.109-115.6. Kapustin VI, Nagornov KO, Chekulaev AL, New physical methods for identifying organic compounds using a surface-ionization drift spectrometer. ZhTF, 2009, Volume 79,
7. Патент РФ №2260869, Материал термоэмиттера для поверхностной ионизации органических соединений на воздухе и способ активации термоэмиттера. Приоритет от 12.04.2004 г.7. RF patent No. 2260869, Thermal emitter material for surface ionization of organic compounds in air and a method for activating a thermal emitter. Priority dated April 12, 2004
8. Патент РФ №2265835, Способ анализа органических соединений в составе атмосферы воздуха. Приоритет от 19.04.2004 г.8. RF patent No. 2265835, Method for the analysis of organic compounds in the atmosphere. Priority 04/19/2004
9. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Пер. с англ. / Под ред. Д.Бриггса и М.П.Сиха. М.: «Мир», 1987, 600 с.9. Surface analysis by Auger and X-ray photoelectron spectroscopy. Per. from English / Ed. D. Briggs and M.P.Sikh. M .: "World", 1987, 600 p.
10. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987, 592 с.10. Riser Yu.P. Physics of gas discharge. M .: Nauka, 1987, 592 p.
11. Патент РФ №2357239, Способ идентификации органических молекул. Приоритет от 08.11.2007 г.11. RF patent No. 2357239, Method for the identification of organic molecules. Priority November 8, 2007
Claims (1)
где М=29 - средняя молекулярная масса молекул воздуха, mo=18 - молекулярная масса молекул воды, Мо,К - молекулярная масса иона, n и m принимают значения 0, 1, 2, …, а изменение положения пиков Uсм.max.n в каждой выделенной группе пиков К при различных значениях высоковольтного генератора Uд соответствует соотношению
где an, bn, сn - константы, равные или нулю или положительному или отрицательному числу, при этом с использованием первого соотношения для каждой группы пиков К определяют величину молекулярной массы иона Мо,К, а с использованием второго соотношения определяют константы an, bn, cn для каждого типа ионов, входящих в группу К, по значениям которых, с учетом геометрических параметров дрейф-спектрометра и формы импульсов высоковольтного генератора, определяют относительные значения параметров нелинейной дрейфовой подвижности ионов. A method for identifying atoms and molecules formed during the ionization of atoms and molecules in an ion source, including recording peak ion currents on the drift spectra of ions of atoms and molecules, that is, on the dependences of the ion collector current I k2 on the compensation voltage U cm , for various values of the output amplitude the voltage of the high-voltage generator U d and determining the position of the maxima U cm.max of the peaks of the ion current I k2.max on the compensation voltage scale using an ion mobility drift spectrometer containing a surface-ionizing source of atomic and molecular ions located in the direction of air flow through the spectrometer, a device for separating the formed ions according to the parameters of the nonlinear part of the ion drift mobility, and a device for detecting the ion current, including at least an ion collector, one of the electrodes of the ion separation device connected to a high voltage generator of alternating periodic asymmetric polarity voltage with a pulse amplitude of U d and a low voltage source compensation voltage with an output voltage of U cm , including the selection of peaks on the drift spectra of atomic and molecular ions, for example, using the method of double differentiation of drift spectra, taking into account the dependence of the half-width of the selected peaks ΔU i at half height on the peak value of the ion current peak I k2. max.i and the peak position value U cm.max.i on the drift spectrum, where i = 1, 2, ... N is the number of the selected peak, N is the number of selected peaks at the voltage amplitude of the high-voltage generator U d , characterized in that ion current peak detection on the drift spectra, at least three values of the amplitude of the output voltage of the high-voltage generator U d are carried out, of all the peaks selected on the drift spectrum, K groups of peaks are distinguished, where K is an integer greater than zero, and in each group of peaks the values of the positions of the peaks on the scale compensation voltage U cm for each value of the generator voltage U d correspond to the relations
where M = 29 is the average molecular mass of air molecules, m o = 18 is the molecular mass of water molecules, M o, K is the molecular mass of the ion, n and m take values 0, 1, 2, ..., and the change in the position of the peaks is U cm. max.n in each selected group of peaks K for different values of the high-voltage generator U d corresponds to the relation
where a n , b n , with n are constants equal to either zero or a positive or negative number, while using the first ratio for each group of peaks K, the molecular weight of the ion M o, K is determined, and using the second ratio the constants a n , b n , c n for each type of ion included in group K, the values of which, taking into account the geometric parameters of the drift spectrometer and the pulse shape of the high-voltage generator, determine the relative values of the parameters of the nonlinear drift mobility of the ions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152424/28A RU2444730C1 (en) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Method of identifying atoms and molecules |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152424/28A RU2444730C1 (en) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Method of identifying atoms and molecules |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2444730C1 true RU2444730C1 (en) | 2012-03-10 |
Family
ID=46029141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010152424/28A RU2444730C1 (en) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Method of identifying atoms and molecules |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2444730C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4855595A (en) * | 1986-07-03 | 1989-08-08 | Allied-Signal Inc. | Electric field control in ion mobility spectrometry |
| US5420424A (en) * | 1994-04-29 | 1995-05-30 | Mine Safety Appliances Company | Ion mobility spectrometer |
| RU2186384C2 (en) * | 1999-12-21 | 2002-07-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН | Method of revealing and analyzing trace quantities of organic molecules in air atmosphere |
| RU2315292C1 (en) * | 2006-07-10 | 2008-01-20 | Московский государственный институт электроники и математики (технический университет) | Method of detecting and identifying organic molecules in atmospheric air |
| RU2354963C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-10 | Владимир Иванович Капустин | Method of detecting organic molecules |
| RU2357239C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-27 | Капустин Владимир Иванович | Method of detecting organic molecules |
-
2010
- 2010-12-22 RU RU2010152424/28A patent/RU2444730C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4855595A (en) * | 1986-07-03 | 1989-08-08 | Allied-Signal Inc. | Electric field control in ion mobility spectrometry |
| US5420424A (en) * | 1994-04-29 | 1995-05-30 | Mine Safety Appliances Company | Ion mobility spectrometer |
| RU2186384C2 (en) * | 1999-12-21 | 2002-07-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН | Method of revealing and analyzing trace quantities of organic molecules in air atmosphere |
| RU2315292C1 (en) * | 2006-07-10 | 2008-01-20 | Московский государственный институт электроники и математики (технический университет) | Method of detecting and identifying organic molecules in atmospheric air |
| RU2354963C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-10 | Владимир Иванович Капустин | Method of detecting organic molecules |
| RU2357239C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-27 | Капустин Владимир Иванович | Method of detecting organic molecules |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dugourd et al. | High-resolution ion mobility measurements | |
| US7772546B2 (en) | Portable loeb-eiber mass spectrometer | |
| US5340983A (en) | Method and apparatus for mass analysis using slow monochromatic electrons | |
| TWI484172B (en) | Process and device for the identification of gases | |
| US20030052263A1 (en) | System for collection of data and identification of unknown ion species in an electric field | |
| AU2002320210A1 (en) | A method and system for identification of a species in an excitation field | |
| EP2642508A2 (en) | A method of processing image charge/current signals | |
| US9299546B2 (en) | Methods for acquiring and evaluating mass spectra in fourier transform mass spectrometers | |
| Griffiths et al. | The energies of triplet states of CO2+ 2 and OCS2+ ions. An experimental investigation by double-charge-transfer spectroscopy | |
| Manard et al. | Differential mobility spectrometry/mass spectrometry: The design of a new mass spectrometer for real-time chemical analysis in the field | |
| Baumbach et al. | Ion mobility sensor in environmental analytical chemistry—Concept and first results | |
| Illenberger | A method to determine excess energies in dissociative electron attachment processes | |
| EP3614417B1 (en) | Methods for operating electrostatic trap mass analyzers | |
| RU2444730C1 (en) | Method of identifying atoms and molecules | |
| Rastigeev et al. | Accelerator mass spectrometer with ion selection in high-voltage terminal | |
| US10458946B2 (en) | Ion selecting device for identification of ions in gaseous media | |
| RU2354963C1 (en) | Method of detecting organic molecules | |
| Tabrizchi et al. | Design, construction and calibration of a laser ionization time-of-flight mass spectrometer | |
| US6365893B1 (en) | Internal calibration of time to mass conversion in time-of-flight mass spectrometry | |
| WO2000049640A1 (en) | Isotopomer mass spectrometer | |
| WO2022136882A1 (en) | Mass and/or ion mobility spectrometry | |
| Sujithra et al. | Development of control algorithm for quadrupole mass spectrometer using LabVIEW | |
| Chakravarty et al. | RELATIVE IONIZATION EFFICIENCIES FOR ELEMENTS IN A SPARK SOURCE | |
| RU2706420C1 (en) | Combined device for gravimetric and chemical analysis of aerosols | |
| RU2357239C1 (en) | Method of detecting organic molecules |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121223 |