47. Физические методы в мониторинге (масспектрометрия, рентгеноспектральный анализ).

Физич.методы анализа основаны на измер-и эффекта, вызванного взаимод. с вещ-вом излучения - потока квантов или частиц. Излуч-е играет примерно ту же роль, что играет реактив в химических методах анализа. Измеряемый физ. эффект представляет собой сигнал. В результате неск. или мн. измерений величины сигнала и их статистич. обработки получают аналит. сигнал. Он связан с конц-цией или массой определяемых компонентов.

1) Масс-спектрометрия — метод исслед-я вещ-ва путём опред-я отнош-я массы к заряду (кач-ва) и кол-ва заряж. ч-ц, образ-хся при том или ином процессе возд-я на вещ-во. История масс-спектрометрии ведётся с основополагающих опытов Джона Томсона в начале XX века. Окончание «-метрия» термин получил после повсеместного перехода от детектирования заряженных частиц при помощи фотопластинок к электрическим измерениям ионных токов.

Существ. отличие масс-спектрометрии от др. аналитич. физ.-химич. методов состоит в том, что оптические, рентгеновские и некотор. др. методы детектируют излуч-е или поглощ-е энергии молек-ми или атомами, а масс-спектрометрия непосредст-но детектирует сами ч-цы в-ва.

Масс-спектрометрия в шир. смысле — это наука получ-я и интерпретации масс-спектров, которые получаются при помощи масс-спектрометров (вакуумных приборов, использ-щих физ. законы движз-я заряж. ч-ц в магнитн. и электр. полях, и необх-мых д/получ-я масс-спектра).

Масс-спектр, как и любой спектр, в узком смысле — это завис-ть интенсивности ионного тока (кол-ва) от отношения массы к заряду (кач-ва).

Принцип работы и устройство масс-спектрометра:

Источники ионов. Первое, что надо сделать для того, чтобы получить масс-спектр, — превратить нейтр. молекулы и атомы, составляющие любое орган. или неорган. в-во, в заряж. ч-цы — ионы. Этот пр-с наз-ся ионизацие. Вторым необх-мым усл-ем явл-ся перевод ионов в газ. фазу в вакуумн. части масс спектрометра. Глуб. вакуум обеспеч-ет беспрепятст. движ-е ионов внутри масс-спектрометра, а при его отсутств-и ионы рассеются и рекомбинируют (превратятся обратно в незаряж. ч-цы).

Масс-анализаторы. Полученные при ионизации ионы с пом-ю электр. поля переносятся в масс-анализатор. Там начинается второй этап масс- спектрометрич. анализа — сортировка ионов по массам (точнее по отношению массы к заряду, или m/z). Существуют след. типы масс-анализ-в: 1.непрерывн. масс-анализаторы; 2. импульсн. масс-анализаторы. Разница м/ними -в первые ионы поступают непрерывн. потоком, а во вторые — порциями, через определённые интервалы времени.

Детекторы. Последн. элем-том упрощён. масс-спектрометра явл-ся детектор заряж. ч-ц. Первые масс-спектрометры использ. в кач-ве детектора фотопластинку. Сейчас исп-ются динодные вторично-электрон. умножители, в кот ион, попадая на первый динод, выбивает из него пучок электронов, кот попадая на след. динод, выбивают из него ещё большее кол-во электронов и т. д. Др. вариант — фотоумножители, регистр-щие свечение, возникающ. при бомбардировке ионами люминофора.

Применения масс-спектрометрии. Масс-спектроскопия применяется в: аналит., клинич., общ. и органич. химии, фармацевтики, биохимии,  косметики, парфюмерии, хим. синтезе, нефтехимии и нефтепереработке, контроле ОС, произв-ве полимеров и пластиков, медицине и токсикологии, криминалистике, допинг. контроле, контроле наркот. средств, контроле алког. напитков, геохимии, геологии, гидрология, ядерной, полупроводниковая, пищ. промышл-ти и энергетике, металлургии.

2) Рентгеноспектральный анализ- инструментальн. метод элементного анализа, основан на изуч-и спектра рентген. лучей прошедших сквозь образец или испущенных им (рентгенофлуоресцентный анализ).

Классификация. В основн. применяется рентгенофлуоресцентный анализ. Он основан на том, что при возбужд-и у атома удаляются электроны из внутр. оболочек. Электроны из внешн. оболочек перескакивают на вакантные места, высвобождая избыт. энергию в виде кванта рентген. диапазона или передавая ее др. электрону из внешн. оболочек (оже-электрон). По энергиям и кол-ву испущ. квантов судят о колич. и качеств. составе анализируем. вещ-ва. В кач-ве ист-ков возбужд-я применяют рентген. излуч-е (первичн. излуч-е) или электронный удар.

Для анализа спектра вторичн. излуч-я прим-ют либо дифракцию рентген. лучей на кристалле (волнов. дисперсия), либо исп-ют детекторы, чувствит. к энергии поглощенного кванта (энергетическая дисперсия).

Приборы для проведения рентгеноспектр. микроанализа бывают самостоятельными либо сопутствующими в виде приставок в др. приборах.

Рентгенофлуоресцентные спектрометры используют для определения элементного состава вещества.