Warning: Invalid argument supplied for foreach() in /home/sermyagi/public_html/sermyagins.com/wp-content/plugins/wp-views/application/controllers/filters/post/relationship/query.php on line 755
Menu

Семейный сайт — все что нам интересно в прошлом, настоящем и будущем

Библиотека юного масс-спектрометриста

У вас есть курица?
Достаньте её из холодильника, разморозьте и обработайте, как того требует кулинария, а потом пожарьте. Можно в гриле, на сковороде, можно как угодно, это все равно. Вот когда она достигнет полной кондиции, пропитается соком, покроется тонкой корочкой, понюхайте, почувствуйте великолепный её запах. Знающие люди утверждают, что жареная курица источает запах, имеющий до четырех сотен разных оттенков и нюансов. Это означает, что в жареной курице содержатся те же четыре сотни различных веществ — индивидуальных органических соединений, которые и дают эти оттенки и нюансы.

А каких, интересно было бы знать? Что мы поглощаем, когда тщательно прожевав кусочки жареного мяса, проглатываем их, закусывая только что выкушанную рюмку «Martell 1715 г.»?

Ответить на этот вопрос нам поможет некая, относительно молодая, и потому (а также по ряду иных причин, о которых мы не будем упоминать здесь во избежание…) ещё мало знакомая широким народным массам, фундаментальная и прикладная физико-химическая наука, которая называется масс — спектрометрия. Ряд больших энтузиастов этой науки, обладающих широтой научных знаний и взглядов, предлагают рассматривать масс — спектрометрию даже как «широкую сферу деятельности, обеспечивающую получение информации о составе вещества, о молекулярной структуре вещества и структуре материалов, о физико-химических свойствах, о природных и технологических процессах» (1).

Так или иначе, но главное содержание и занятие масс — спектрометрии: она занимается тем, что своими специфическими методами получает и накапливает знания о веществах, их составе, структуре, физико — химических свойствах, о происходящих с этими веществами процессах. То есть в случае нашей курицы масс — спектрометрия дает возможность определить, сколько компонентов (индивидуальных органических и неорганических соединений) в ней находится, идентифицировать их (определить, что это за соединения), узнать количество каждого соединения и даже узнать, когда они попали в курицу.

Кому и для чего это надо? Чтобы ответить на этот вопрос достаточно подробно и ясно, надо провести внимательного слушателя по огромному полю деятельности масс — спектрометрии со всеми её широкими дорогами, узкими тропами, резкими и неожиданными поворотами, подъемами по серпантину на крутых горных склонах и столь же крутыми спусками. Однако, путешествие это займет чрезвычайно много времени и слишком утомит слушателя, поэтому ограничимся лишь кратким описанием некоторых наиболее доступных неспециалисту простых задач науки масс — спектрометрии.

Вернемся к курице, как простому и легкодоступному объекту исследования. Рассмотрим его с точки зрения задач контроля окружающей среды. Методы масс — спектрометрии дают возможность определить содержание токсичных элементов как в данном конкретном объекте, так и в воздухе, почве, растениях, в воде той местности, где эта курица бегала, росла и клевала зернышки. Возможно также получение информации об источнике загрязнения и времени попадания токсичных элементов в окружающую среду. Известно, что британские ученые проводят измерения содержания Стронция-90 в годовых кольцах деревьев своего острова, что позволяет им проводить оценку рассеяния окружающей средой выброса радионуклидов в момент Чернобыльской катастрофы.

С контролем окружающей среды тесно переплетается контроль воздействия расщепляющихся материалов и других техногенных элементов на организм человека и животных, а также контроль количества следов химических удобрений в продукции сельского хозяйства.

Таможенники на границе могут в случае сомнений провести анализ методами масс — спектрометрии и определить страну происхождения товара и его соответствие заявленному виду и качеству.

Предоставим разыгравшейся фантазии внимательного слушателя указать на примеры использования методов масс — спектрометрии в археологии, криминалистике, в контроле за незаконным распространением наркотиков, в борьбе с терроризмом при анализе взрывчатых материалов, в геологии при поиске новых месторождений. Нефтяникам эта наука помогает анализировать добываемую нефть и нефтепродукты, определять их качество, фармацевтам — контролировать качество лекарств и создавать новые, спортивным чиновникам — проводить допинговый контроль. А еще есть биохимия, общая и органическая химия, косметика, парфюмерия, производство полимеров и пластиков, геохимия, гидрология, геохронология, полупроводниковая промышленность и металлургия.

А еще — ядерная энергетика и ядерные технологии, существование и развитие которых без масс — спектрометрии просто немыслимы. При производстве ядерного топлива необходимо определять примеси посторонних элементов и изотопный состав расщепляющихся материалов. При переработке вторичного ядерного топлива нужно устанавливать степень регенерации топлива. Хранение отходов ядерных материалов требует регулярного контроля их изотопного состава. Зачастую возникает необходимость установления по ряду признаков источников происхождения расщепляющихся материалов.

Все эти и другие задачи решает масс — спектрометрия своими специфическими методами, главный и основополагающий из которых — физический метод измерения отношения массы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду. Именно масса позволяет отличить один атом от другого, даже если это атомы одного и того же элемента, то есть изотопы, и определить исследуемое вещество.

Внешний вид графического изображения распределения ионов по массовым числам (отношениям массы частиц к их заряду) сильно напоминает электронный спектр, откуда и произошло по аналогии название «масс — спектр», а метод и наука в целом — «масс — спектрометрия».

Прибор же, которым пользуются в этом методе при измерениях, называется аналогично без особых фантазий: «масс — спектрометр». Это такой вакуумный прибор, который использует физические законы движения заряженных частиц в магнитных и электрических полях.

Если упрощенно представить работу прибора, то действует он так:
Пробу (очень малое количество вещества) вводят в источник ионизации, где молекулы ионизируются.
Положительные ионы выводятся из зоны ионизации и ускоряются электрическим полем, одновременно фокусируются в пучок.
Нейтральные молекулы удаляются вакуум-насосом.
Поток ускоренных ионов попадает в масс-анализатор, где ионы разделяются по массе.
Разделенные пучки ионов направляются в детектор. Там ионный ток преобразуется в электрический сигнал, он усиливается и регистрируется.

Процесс происходит в вакууме: в ионизаторе давление около 10-3 — 10-4 Па, а в масс-анализаторе — 10-3 — 10-8 Па. Полученные масс-спектры изучаемого вещества сравнивают с масс-спектрами известных веществ и соединений из специальных библиотек, насчитывающих сотни тысяч различных масс-спектров. Например, библиотека Национального института стандартизации и технологии США содержит данные около 300 000 масс-спектров.

Современная масс — спектрометрия представляет из себя широкое поле деятельности — научной, методической, технической, технологической — , в которую вовлечено множество специалистов: ученых, исследователей, инженеров, конструкторов и т.д. Один из них, скромный труженик науки, именуемой масс — спектрометрией, Борис Анатольевич Сермягин, подготовил для издания на наших страницах некоторое, всего лишь малое, количество трудов из тех, в создании которых он принял участие: переводов, докладов на научных конференциях, обзоров и т.д.

Предлагаем их вашему вниманию:

____________________________________________
Использованная литература.
1. «Что в имени твоем, масс-спектрометрия?» (К вопросу о терминах «масс-спектрометрия» и «масс-спектрометр») Н.А.Понькин Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» пр. Мира 37, 607188 г. Саров, Нижегородская обл., Россия. E-mail: [email protected], [email protected]

06.05.1946 г. Ковров, Ижевск, Свердловск-45 (ныне Лесной), Казань, Москва, Луцк, Москва. Казанский авиационный, двигатели, инженер ракетных войск, КБ им. С.А. Лавочкина (Химки), Луцкая дивизия Ракетных войск стратегического назначения (в/ч 43180, комплекс Р12 (8К63)), ОАО "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (Реутов). Пенсия, пока работаю.

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Site Footer

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *