5. Масс-спектрометрический метод

В магнитном поле газообразные ионы обладают способностью к разделе-нию в зависимости от отношения m/e,

где m – масса иона;

e – заряд иона.

Ионы образуются в результате бомбардировки молекулы анализируемого продукта потоком электронов согласно схеме:

M + ē = M⁺ + 2 ē. (5.1)

Математическая вероятность образования однозарядного иона близка к 95–97%, возможность захвата электрона и образования двух- и более высоко-заряженного иона – не более 3–5%.

Масс-спектральный анализ заключается в установлении зависимости меж-ду интенсивностью сигнала (I_c) на приборе масс-спектрометре и концентра-цией анализируемых ионов (с), разделенных в магнитном поле:

I_c = f (c). (5.2)

На рис. 5.1. приведена схема прибора масс-спектрометра.

В камеру вводят пробу 1, которую при необходимости переводят в газо-образное состояние при давлении p = 1–10 МПа. Затем осуществляют иониза-цию газообразной пробы методом электронной бомбардировки либо воздейст-вием искрового разряда.

При этом пучок электронов с энергией 10–100 эВ направляют перпендику-лярно потоку пробы.

Образовавшиеся вследствие ионизации положительно заряженные ионы проходят через пластины-ускорители 4 и пересекают магнитное поле 5 с напряженностью H. Под действием силы, направленной перпендикулярно

Рис. 5.1. Схема масс-спектрометра:

1 – газообразная проба; 2, 3 – катод и анод соответственно; 4 – пластины-ускорители; 5 – магнитное поле; 6 – детектор

движению ионов, последние описывают дугу радиусом r и попадают в детектор 6.

При этом справедливо математическое выражение:

m/е = r²H²/ 2Е, (5.3)

где r – радиус движения ионов (величина постоянная), Е – напряжение.

Таким образом, изменяя напряженность магнитного поля при Е = const либо напряжение Е при H = const, на детектор направляются ионы с различной величиной m/е.

Непосредственно же масс-спектр есть зависимость между m/е и интен-сивностью сигнала.

Качественный масс-спектрометрический анализ

Идентификацию проводят:

– по положению темной линии на фотопластинке, образованной пучком падающих электронов анализируемого вещества на определенном расстоянии (l) от линии, образованной пучком падающих электронов с известной массой.

– по специальным атласам, в которых приведены масс-спектры различных веществ в определенных условиях (температура ионного источника, энергия электронов и т.д.)

Количественный анализ проводят:

– по току, фиксируемому детектором, причем пик ионного тока (I) пропор-ционален содержанию компонента (c) или его парциальному давлению (p):

I = κ c = χ p, (5.4)

где κ, χ – коэффициенты пропорциональности.

– по почернению фотопластинки (I^*), пропорциональному числу ионов (n):

I^* = A n, (5.5)

где A – коэффициент пропорциональности [3].