Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Особенности определения состава твердого тела с помощью масс-спектрометрии ионных сгустков на ранней стадии их разлета

Диссертация: Особенности определения состава твердого тела с помощью масс-спектрометрии ионных сгустков на ранней стадии их разлета
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Предложен и разработан метод определения состава конденсированной фазы по однозарядным и двухзарядным ионам с учетом коэффициентов относительной чувствительности (КОЧ). Впервые предложено рассчитывать концентрацию определяемого элемента как сумму произведений аналитических сигналов ионов с зарядом +1 и +2 на коэффициенты относительной чувствительности, рассчитанные для ионизации до состояния +1 и… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ЛАЗЕРНАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА
    • 1. 1. Успехи в развитии методов и аппаратуры для лазерного массспектрометрического анализа вещества в конденсировашом состоянии
    • 1. 2. факторы, влияющие на лазерную масс-спектрометрию конденсированной фазы
    • 1. 3. корреляция между масс-спектрами и исходным составом твердых веществ
    • 1. 4. применение лазерной ионизации для анализа твердых тел и порошкообразных материалов
    • 1. 5. постановка задачи
  • 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
    • 2. 1. описание масс-спектрометра ЭМАЛ-2 и методики измерений
    • 2. 2. описание масс-спектрометра ЛАМАС-ЮМ и методики измерений
  • 3. СПЕКТРЫ ИОНОВ ИЗВЛЕКАЕМЫХ ИЗ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ НА РАННИХ СТАДИЯХ ЕЁ РАЗЛЕТА
    • 3. 1. Энергетические спектры лазерной плазмы в условиях ограниченного разлета
    • 3. 2. Ионный и зарядовый состав лазерной плазмы
    • 3. 4. воспроизводимость масс-спектров лазерной плазмы
    • 3. 5. Корреляция между составом исходного вещества и масс-спектрами
  • 4. УСКОРЕНИЕ И ИОНИЗАЦИЯ ЧАСТИЦ НА РАННЕЙ СТАДИИ РАЗЛЕТА ПРИ ВЗАИМОДЕЙТСИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С
  • КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗОЙ
    • 4. 1. взаимодействие лазерного излучения с конденсированной фазой и образование лазерной плазмы
    • 4. 2. разлет лазерной плазмы
    • 4. 3. Селективность образования ионов в зависимости от массы и потенциала ионизации элементов
  • 5. КОРРЕЛЯЦИЯ МАСС-СПЕКТРОВ ИОННЫХ СГУСТКОВ С ИСХОДНЫМ СОСТАВОМ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ВРЕМЯПРОЛЕТНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
    • 5. 1. Выбор и обоснование модели расчета коэффициентов корреляции
    • 5. 2. Разработка методики расчета КОЧ при анализе твердых веществ
  • 6. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЧ ПРИ АНАЛИЗЕ ОБРАЗЦОВ В КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗЕ
    • 6. 1. Элементный анализ стандартного образца состава «бронза 663»
    • 6. 2. Анализ порошкообразных образцов
  • ВЫВОДЫ

Особенности определения состава твердого тела с помощью масс-спектрометрии ионных сгустков на ранней стадии их разлета (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Лазерная масс-спектрометрия (ЛМС) является одним из наиболее перспективных методов количественного анализа вещества в конденсированном состоянии. ЛМС обеспечивает получение чувствительности порядка Ю^-ИО" 7%, позволяет исследовать диэлектрики, проводники, геологические объекты и не требует специальной подготовки исследуемого образца. Универсальность данного метода состоит в возможности анализировать одновременно практически все элементы Периодической таблицы. Однако развитие и совершенствование методов количественного анализа выдвигает все более высокие требования к аналитическим возможностям ЛМС. По сравнению с другими методами, анализ с помощью лазерной ионизации имеет много преимуществ, но низкая воспроизводимость и правильность результатов анализа значительно снижает эффективность метода. Большое количество работ, посвященных этому вопросу, показывает, что основные причины кроются в сложности и многообразии процессов, протекающих при взаимодействии лазерного излучения с твердым телом, ионизации вещества и, наконец, при окончательном формировании ионных сгустков из лазерной плазмы.

В 80е-90е годы прошлого столетия при развитии методов количественного анализа вещества в конденсированном состоянии, основанных на лазерной ионизации, проводились многочисленные исследования, на основании которых сформировалась определенная физическая картина взаимодействия мощного лазерного излучения с конденсированной фазой [1,311]. С ее помощью можно было удовлетворительно описывать состав и свойства ионных сгустков извлекаемых из лазерной плазмы образованной при воздействии лазерного импульса на мишень. Однако, все эти исследования относятся к поздним стадиях разлета, когда наряду с процессами ионизации, определяющую роль при формировании состава ионного сгустка начинают играть процессы рекомбинации. Вместе с тем, нестабильность мощности лазерного импульса, от выстрела к выстрелу, приводит к существенному изменению температуры сгустка, что, в свою очередь, также влияет на процессы, протекающие при разлете сгустка, и, в первую очередь, на процессы рекомбинации. Снизить роль процессов рекомбинации технически достаточно сложно, из-за сильной проводимости сгустка. Эта проблема была решена сравнительно недавно в ионном источнике, используемом во времяпролетном лазерном масс-спектрометре ЛАМАС-10М [2] с помощью применения магнитного поля. В данном случае ионные сгустки формируются из плазмы разрушаемой на ранних стадиях разлета. Это, с одной стороны, делает возможным получения более адекватной информации об исходном составе твердого тела, а с другой стороны дает новый и практический не изученный объект для исследований — ионный сгусток, извлекаемый из плазмы на ранних стадиях её разлета. И переход к разработке методик рутинного количественного анализа вещества в конденсированном состоянии невозможен без исследования этого «физического объекта». В свою очередь понимание процессов, протекающих при новообразовании и дальнейшем разлете ионизированных частиц, должно стать ключом к улучшению метрологических характеристик анализа вещества в конденсированном состоянии методом лазерной масс-спектрометрии. Поэтому, задачи анализа взаимодействия лазерного излучения с конденсированной фазой, в указанных выше условиях, и исследования корреляции между составом исходного твердого тела и составом формируемых ионных сгустков, являются первоочередными, при использовании лазерной масс-спектрометрии для количественного анализа твердого тела.

1. ЛАЗЕРНАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА.

ВЫВОДЫ.

1. Впервые проведено исследование энергетических и массовых спектров частиц конденсированной фазы, образующихся при взаимодействии лазерного излучения с твердым телом, в условиях ограниченного разлета лазерной плазмы на расстоянии г ~ 40do (где do — начальный размер лазерной плазмы -50−70 мкм).

2. Экспериментально показано, что при указанных выше условиях и при плотности мощности лазерного излучения q=(l-2)xl09 Вт/см2, основной вклад в состав ионных сгустков дают процессы ионизации до состояний +1 и +2.

3. Экспериментально показано, что на ранних стадиях разлета лазерной плазмы, процессы рекомбинации практически не влияют на формирование массовых и энергетических спектров ионного сгустка.

4. Предложен и обоснован механизм аномально повышенного образования двухзарядных ионов тяжелых элементов, по сравнению с легкими элементами, обусловленный уменьшением относительной концентрации легких элементов, вследствие более высокой скорости их разлета в поле нескомпенсированного заряда сгустка.

5. Предложен и разработан метод определения состава конденсированной фазы по однозарядным и двухзарядным ионам с учетом коэффициентов относительной чувствительности (КОЧ). Впервые предложено рассчитывать концентрацию определяемого элемента как сумму произведений аналитических сигналов ионов с зарядом +1 и +2 на коэффициенты относительной чувствительности, рассчитанные для ионизации до состояния +1 и +2.

6. Разработан метод расчета коэффициентов относительной чувствительности при определении состава конденсированной фазы. В частности, предложено при расчете коэффициента относительной чувствительности учитывать зависимость эффективности ионизации от массы элемента, потенциала ионизации и сечения ионизации определяемого элемента.

7. Показано, что для компактных проводящих образцов метод обеспечивает получение удовлетворительной правильности анализа. В частности, на примере компактного стандартного образца состава «бронза 663» продемонстрирована возможность достижения систематической погрешности при определении основы (Сси~92%) на уровне 8=0,02. Сходимость результатов измерений характеризуется относительным стандартным отклонением 8Г=0,0006−0,002 для основы.

8. Метод расчета КОЧ успешно использован при анализе порошкообразных образцов. Показано, что применение предложенного метода позволяет получить удовлетворительную точность результатов определения концентраций. Для большинства определяемых примесных элементов е<0,33.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Энергомасс-анализатор лазерный ЭМАЛ-2. Рекламный проспект ПО Электрон. Сумы: Облполиграфиздат. 1988.
  2. A.A., Потешин С. С., Дряннов А. И., Щекина И. В., Пятахин В. И., Меньшиков P.A. Лазерный времяпролетный масс-спектрометр. Приборы и техника эксперимента. 1997.№ 4. стр. 78−83.
  3. Ю.А., Неволин В. Н. Лазерная масс-спектрометрия. М.: Энер-гоатомиздат, 1985.
  4. Г. И. Элементный масс-спектрометрический анализ. Москва: Химия, 1993.
  5. И.Д., Шмонин П. А. Влияние процессов рекомбинации на правильность лазерного масс-спектрометрического метода анализа. Высокочистые вещества. 1989. № 1. стр. 152−158.
  6. Ю. А., Сильнов С. М. Ускорение частиц в лазерной плазме. Москва: МИФИ. Препринт № 001−88.1988.
  7. Ю.А., Романюк В. И., Сильнов С. М. Отрицательные ионы лазерной плазмы. Письма в ЖТФ. 1987. Т. 14. вып. 10. стр. 927−931.
  8. Ю. А., Сильнов С. М. Рекомбинация ионов лазерной плазмы. Москва: МИФИ. Препринт № 008−87. 1987.
  9. Ю.А., Оксенойд К. Г., Рамендик Г. И., Сильнов С. М., Сотни-ченко Е.А. Роль процессов ионизации примесных атомов, ускорения и рекомбинации ионов в лазерно-плазменной масс-спектрометрии. Москва: МИФИ. Препринт № 003−89. 1987.
  10. И.А., Быковский Ю. А., Оксенойд К. Г., Рамендик Г. И., Сильнов С. М., Сотниченко Е. А. Влияние матрицы образца на процессы образования примесных ионов в лазерной плазме. Москва: МИФИ. Препринт № 048−91. 1991.
  11. Ю.А., Сильнов С. М., Сотниченко Е. А., Шестаков Б. А. Масс-спектрометрические исследования нейтральных частиц лазернойплазмы. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1987. Т.93. вып. 2. стр.500−501.
  12. ELAN DRC plus. Рекламный проспект фирмы PerkinElmer. Printed in USA © 2001 PerkinElmer, Inc.
  13. Plazmax-2 ICP-Mass Spectrometr. Рекламный проспект фирмы JEOL. Printed in Japan © 1999. Jeol Ltd.
  14. Element-2 Рекламный проспект фирмы TermoQuest. Printed in England © 2000. TermoQuest.
  15. Vanhaecke F et. al. An evaluation of the isotopic ratio performance of an axial TOF-ICP-MS. Diss. LECO Corporation 1998. (submitted to Analytical Chemistry)
  16. A.A., В.Б. Артаев, B.B. Кащеев. Изотопная масс-спектрометрия. М.: Энергоатомиздат, 1993.
  17. Voellkopf U., Paul М., Denoyer E.R. Analysis of solids samples by ICP-mass-spectrometiy. Fresenius J. Anal. Chem 1992, v.342, p. 917−923.
  18. Bandura R. D, Baranov V.I., Tanner S. D. Effect of collisional damping and reactions in a dynamic reaction cell on the precision of isotope ratio measurement. Journal of Anal. At. Spectrom. 2000.15. p. 921−928.
  19. В.Т., Васильев М. А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Киев.: Наукова Думка. 1982.
  20. Kouzumin A., Gall L., Muradimov М., Fres. Journ. Anal. Chem. 1996, № 355, p. 866−867
  21. Guillhause M., Selby D. and Mlynski V. Orthogonal accleration timi-of-flight mass spectrometry. Mass spectrometry review, 2000. 19. p. 65−107. John Wiley&Sons, Inc.
  22. King F. L., Teng J., Steiner R. E. Glow Discharge Mass Spectrometry: Trace Element Determinations in Solid Samples, Jour, of Mass Spectrom. 1995, 30, p. 1061−1075.
  23. Joger R., Saprykin A. I., Becher J. S., Dietse H. J. Mikcochimica acta. 1997.125. p. 47
  24. Marcus R.K. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 1994. 9. p. 1029.
  25. Hall D. J., Sanderson N.E. Surface Interface Analytical. 1988. 11.40.
  26. Ф.Д., Рамендик Г. И., Блокин А. Г. и др. Исследование аналитических характеристик масс-спектрометра ЭМАЛ-2 с лазерным источником ионов. Журнал аналитической химии. 1987. Т. 42. вып. 10. стр. 1783−1786.
  27. Н.Г. Разработка методик и устройств количественного анализа твердых веществ с помощью лазерного масс-рефлектрона. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук. Москва 2000.
  28. Ковалев И. Д и др. Линейный лазерный масс-рефлектрон. Приборы и техника эксперимента. 1985. № 6. стр. 139.
  29. Ю.А., Тимошин В. Т., Лаптев И. Д. Исследование изотопного состава графита, обогащенного изотопом 13С, методом лазерной масс-спектрометрии. Высокочистые вещества. 1987. № 4. стр. 210−217.
  30. Ю.А., Гладков В. П., Кузнецов Г. Б. Учет многозарядных ионов при количественном анализе вещества на анализаторе ЭМАЛ-2. Приборы и техника эксперимента. 2000. № 4. стр. 139−140.
  31. Масс-спектрометрический метод определения следов. Пер. с англ. Л.Ф.
  32. Грушко и Г. И. Рамендика, М.: Мир, 1975, стр. 90−91, 136, 362−367, 440 442.
  33. К. Г., Рамендик Г. И., Универсальный подход к исследованию механизмов образования ионов в плазменных источниках масс-спектрометров. Журнал аналитической химии. 1996. Т. 51. вып. 1. стр. 92 101.
  34. C.B., Борисенков В. И. и др. Автоматизированный микрофотометр для обработки масс-спектров. Высокочистые вещества. 1989. № 5. стр. 182−187.
  35. Г. И., Крючкова О. Я., Тюрин Д. Л., и Тройская С.Я. Методика масс-спектрометрического анализа пород и минералов с использованием внутреннего стандарта. Журнал аналитической химии. 1988. Т. 43. вып. 1. стр. 1177−1182.
  36. Wiley W.C. and McLaren I.H. //Rev. Sci. Instrum. 1955. v. 26. p. 1150
  37. Poshenrieder W.P.// Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1972. v. 9. p. 357−373
  38. В.И., Мамырин Б. А., Шмикк Д. В. Новый принцип фокусировки ионных пакетов во времяпролетных масс-спектрометрах. Журнал технической физики. 1971. Т. 41, вып. 7. стр. 1498−1501
  39. И.Д., Ларин Н. В., Сучков А. И. Аналитические характеристики лазерного масс-спектрометрического метода анализа при ультрамалом проботборе. Журнал аналитической химии. 1984. Т. 39. вып. 7. стр. 1189
  40. И.Д., Ларин Н. В., Потапов А. М. и Сучков А.И. Исследование распределения примесей в поликристаллических образцах высокочистых металлов на лазерном масс-спектрометре LAMMA-1000. Журнал аналитической химии. 1985. Т. 45. вып. 11. стр. 1971−1977.
  41. Feigl P., Schueler В., Hillenkamp F. Lamma 1000, a new instrument for bulk microprobe mass analysis by pulsed laser irradiation. International Journal of Mass-Spectrometry and Ion Physics. 1983. № 47. p. 15−18
  42. Guest W.H. Recent development of laser microprobe mass analyser, LAMMA 500 and 1000. International Journal of Mass-Spectrometry and Ion Physics. 1984. № 60. p. 189−199
  43. Дж. Действие лазерного излучения. Пер. с английского под ред. Анисимова С. И. М.:Мир, 1974
  44. С.И., Имас Я. А., Романов Г. С., Ходжко Ю. В. Действие излучения большой мощности на металлы. М.:Наука, 1970.
  45. Взаимодействие когерентного и некогерентного излучения с веществом. Сб.науч. трудов, под редакцией Быковского Ю. А. Москва. 1988.
  46. Н.Г., Бойко В.А, Дементьев В. А., Крохин О. Н., Склизко Г. В. Нагревание и разлет плазмы, образующейся при воздействии сфокусированного гигантского импульса лазера на твердую мишень. ЖЭТФ, 1966, Т 51, вып. 4(10), стр. 989.
  47. Н.Г., Крохин О. Н. Условие разогрева плазмы излучением оптического генератора. ЖЭТФ, 1964, Т 46, вып 1, стр. 171.
  48. А.П., Неволин В. Н. Лазерные технологии. М.: МИФИ. 1992.
  49. Ю.А., Облизин А. Н., Сильнов М. С., Поперечный и обратный разлет лазерной плазмы. Препринт МИФИ М. 1988.
  50. С.М. Лазерная плазма на поздних стадиях разлета. Диссертация на соискание научной степени доктора физ.-мат. наук. Москва 1987.
  51. Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М.: Наука, 1989.
  52. .М. Введение в физику плазмы. Москва: Наука. 1982.
  53. Зельдович Я. Б, Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Москва: Наука. 1966.
  54. Л.П., Гуревич A.B., Парийская Л. В. ЖЭТФ, 63, стр. 516, 1972.
  55. Физические величины. Спр. под. ред. Григорьева И. С. и Мейлихова Е. З. Москва. :Энергоатомиздат. 1991.
  56. Lotz W. Z. Phys. 1967. v 206. р 205−211.
  57. Ю.А., Гусев В. П., Козырев Ю. П., Колесов И. В., Кутнер В. Б., Пасюк A.C., Пекленков В. Д. Разлет лазерной плазмы в поперечном магнитном поле. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1989. Т. 96. вып. 5. стр. 1698−1707.
  58. В.П. Лазерно-плазменный источник многозарядных ионов в поперечном магнитном поле. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. Москва. МИФИ. 1991.
  59. Ю.А., Козырев Ю. П., Суслов А. И., Шарков Б. Ю., Шерозия Г. А. Эмиссия многозарядных ионов из плазмы, образованной излучением С02 лазера. Письма в ЖТФ. 1979. Т.5. вып.1. стр. 46−50.
  60. Sudo S., Sato K.N. Re-teimalisation and flow of laser-produced plasmas in uniform magnetic field. Journal of Physics D: Appl. Phys. 1978. v. 11. p. 389 407.
  61. О.Б., Быковский Ю. А., Гусев В. П., Козырев Ю. П., Колесов И. В., Кутнер В. Б., Пасюк A.C., Пекленков В. Д. Получение многозарядныхионов из лазерной плазмы в магнитном поле. Журнал технической физики. 1982. Т.52. № 7. стр. 1472−1474.
  62. Honig R.E.//Adv. in Mass Spectrom. 1966. V. 3. p. 101.
  63. Oblas D.W.//Appl.Spectrosc.l971.V. 25 № 3, p. 325.
  64. Goshgarien B.B., Jensen A.V.//12th Ann. Conf. Mass Spectrom Al. Top. Montreal. 1964. Paper 52.
  65. Ramakumar K.I. Datta B.P., Kavimandan V.D. et. al//Fr.J. Anal.Chem. 1984. V 318, № 1. p. 12
  66. Taylor S.R., McLennan S.M. //Chem.Geol. 1983.V.39, p. 273
  67. E. //Talanta 1970, V. 17, № 7, p. 593.
  68. Datta B.P., Jain H.C.//M. J. Mass Spectrom Ion Proc. 1986. V. 68. № 3, P. 219
  69. К.Г., Рамендик Г. И., Сотниченко E.A., Кинетика образования ионов при лазерном масс-спектрометрическом анализе. Журнал аналитической химии. 1990. Т. 45 вып. 6. стр. 1197.
  70. К. Г., Рамендик Г. И., Универсальный подход к исследованию механизмов образования ионов в плазменных источниках масс-спектрометров. Журнал аналитической химии. 1996. Т. 51. вып. 1. стр. 92 101.
  71. О.А., Стаханов И. П. Физика плазмы. Стационарные процессы в частично ионизованном газе. М.: Высшая школа. 1991.
  72. .А. Кинетическая ионно-электронная эмиссия. Москва: Энергоатомиздат. 1990. стр. 48.
  73. М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. Пер. с англ. Под.ред. академика Арцимовича JI.A. Москва: Мир. 1967.
  74. Low Energy Ion-Surface Interactions ed. J.W. Rabalais (Wiley, 1993) Chapter IV.
  75. В. Взаимодействие ионов, атомов и молекул низких энергий с поверхностями. Взаимодействие заряженных частиц с твердым телом.1. М.: Высшая школа. 1994.
  76. XVII Международное черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов. Тезисы докладов. Москва. 2001.
  77. A.A., Потешин С. С., Кузнецов Г. Б., Ковалев И. А., Юшков Е. С. Анализ компактных и порошкообразных образцов с помощью лазерного времяпролетного масс-спектрометра ЛАМАС-10М. Журнал аналитической химии. 2002. № 9. стр.958−970.
  78. Г. Г., Манагадзе Н. Г., Количественный и безэталонный анализ металлов и сплавов с помощью лазерного времяпролетного масс-спектрометра. Препринт ИКИ РАН Пр-1962, 1997.
  79. Ю.А., Гладков В. П., Кузнецов Г. Б. Расчет концентраций при лазерном масс-спектрометрическом анализе с использованием фоторегистрации. Журнал аналитической химии. 2001. № 2. стр. 177−181.
  80. Н.И., Шумай И. Л. Физика мощного лазерного излучения. М.: Наука. 1991.
  81. Акустические кристаллы.Спр. под ред. Шаскольской М. П. М.: Наука. 1982.
  82. Ю.П. Лазерная искра и распределение зарядов.М.: Наука. 1974.
  83. Ю.А., Гладков В. П., Кузнецов Г. Б. Учет многозарядных ионов при количественном анализе вещества на анализаторе ЭМАЛ-2. Приборы и техника эксперимента. 2000. № 4. стр. 139−140.
  84. Н.В., Бажин А. И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. Москва: Вузовская книга. 1998. стр. 114−115.
  85. Л.А., Собельман, И.И. Юков Е. А. Сечение возбуждения 1томов электронами.М.:Наука. 1973. pc ссгосуд-.i&-J'Í-
Заполнить форму текущей работой

На отлично!