Масс-спектрометры для разделения изотопов

Масс-спектрометр — это устройство, которое используют для разделения потока ионов в газовой фазе в соответствии с отношением массы к заряду mjz. Для получения ионов необходим ионный источник. Первый масс-спектрометр был создан Астоном в 1920-е гг. Масс-спектрометрия получила признание в органической аналитической химии в начале 1940-х гг. и в настояш,ее время широко используется для анализа органических продуктов (см. разд. 9.4). Однако масс-спектрометрию к тому времени уже использовали для изотопного анализа, например таких элементов, как Pt и Pd. Были предприняты усовершенствования в изотопном методе в отношении чувствительности, воспроизводимости и правильности, чтобы улучшить как определение редких изотопов, так и надежность определения атомных масс элементов. [c.132]

Кун [59], проводя ректификацию в многотрубчатой колонне, обладающей эффективностью около 250 теоретических ступеней разделения, добился увеличения концентрации на 7%. Концентрацию определяли с помощью масс-спектрометра. При этом был установлен интересный непредсказуемый факт, что тяжелый изотоп углерода накапливается в низкокипящей фракции, а изотоп С1 — в высококипящей фракции. Подобный эффект [c.233]

При расчетах производительности принимали, что молекулярная масса компонентов составляет 100, а температура кипения — около 90 °С. Другая колонна Куна, содержащая 61 трубу диаметром 0,2 см с рабочей высотой 1,5 м, была использована для разделения изотопов и с разностью температур кипения всего 0,03 °С. В этом случае число теоретических ступеней разделения определяли по данным анализа продуктов перегонки на масс-спектрометре. Удерживающая способность одной трубы диаметром 0,2 см и высотой 2 м составила около 0,5 г [22 [c.339]

Куна С сотрудниками [17]. При расчетах молекулярный вес компонентов принимали равным 100, а температуру кипения—около 90°. Другая колонна, имевшая 61 трубку диаметром 0,2 см и полезной высотой 1,5 м, была использована для разделения изотопов и С при этом разность температур кипения составила всего 0,03°. Число теоретических тарелок в этом слзгчае определяют путем анализа продуктов на масс-спектрометре (см. главу 5.14). В трубке диаметром 0,2 см и длиной 2 м удерживается около 0,5 г жидкости [17]. Метод, предложенный Куном, дает хорошие результаты также при разделении таких близкокипящих изомеров, как ксилолы (рис. 253) или изомерные амиловые спирты. Колонну Куна можно с успехом применять при всех процессах разделения, которые требуют более 100 теоретических тарелок, так как эта колонна обладает исключительно малым значением ВЭТТ. [c.372]

Началом масс-спектрометрии как научного направления и как инструментального метода изучения органических веществ являются работы В. Вина (1898), который установил, что положительно заряженные частицы, перемещающиеся в электрическом и магнитном полях, отклоняются от прямолинейного направления, причем величина отклонения зависит от массы и заряда частицы. Этот принцип разделения ионов использовал Дж. Томсон (1912) для доказательства существования двух изотопов неона. Метод масс-спектрометрии основан на ионизации молекул, разделении ионов в газовой фазе, которое происходит в зависимости от соотношения их массы и заряда, и регистрации разделенных ионов. По физическому принципу метод масс-спектрометрии отличается от оптических методов спектрометрии (ИК-, УФ-, КР-) и ЯМР. При изучении вещества этими методами их молекулы сохраняются. Поглощая энергию электромагнитного излучения того или иного рода, молекулы переходят на более высокий энергетический уровень, в колеба-тельно-возбужденное, электронно-возбужденное или спиновое [c.3]

Масс-спектрометрический метод анализа основан на ионизации атомов и молекул изучаемого вещества и последующем разделении образующихся ионов в пространстве или во времени. Первые масс-спектры были получены в Великобритании Дж. Томсоном (1910), а затем Ф. У. Астоном (1919). Они привели к открытию стабильных изотопов, и вначале масс-спектрометрия применялась преимущественно для определения изотопного состава элементов и измерения их атомных масс. [c.364]

Электромагнитный метод. В основе электромагнитных методов разделения изотопов лежит тот же принцип, что и в основе работы упоминавшихся в начале этой главы магнитного анализатора или масс-спектрометр а. [c.44]

Во время второй мировой войны для количественного разделения изотопов урана при разработке атомных бомб в США использовали масс-спектрометры. После войны для этих целей стали применять более эффективные методы, и большую часть из 1100 огромных масс-спектрометров пришлось демонтировать, но некоторые из них сохранили, и с их помощью было получено по нескольку килограммов чрезвычайно чистых изотопов примерно сорока различных элементов. Теория, описывающая действие этих огромных масс-спектрометров, заключается в следующем. Частица с массой т и зарядом е в магнитном поле напряженностью Н движется со скоростью и по круговой траектории радиусом г, причем центробежная сила уравновешивается отклоняющей силой действия магнитного поля [c.60]

Рис. 4.6. Устройство масс-спектрометра и разделение с его помощью масс трех изотопов неона.

Для методов внутрифазного разделения в целом характерны сложные аппаратурные решения, и целесообразность их применения в аналитической химии оправдана пропорционально возможностям, которых не имеют другие методы. Самым простым по техническому оформлению является метод электрофоретического (электромиграционного) разделения ионов в растворе, имеющий широкие области применения в аналитической химии. Масс-сепарация как метод разделения интересна прежде всего тем, что является основой одного из вариантов широко распространенных методов химического анализа — масс-спектрометрии. Здесь произошло еще более тесное слияние метода разделения и метода конечного определения, чем в случае хроматографических методов анализа. При описании масс-спектрометрического метода обычно даже не упоминается, что он является одним из гибридных методов анализа. Сложность аппаратурного оформления и высокие энергозатраты в масс-сепарационном методе компенсируются универсальностью и практически неограниченной разделительной способностью. Этим объясняется тот факт, что масс-сепарация является одним из основных препаративных технологических методов разделения изотопов. [c.242]

Разделительные характеристики плазменной центрифуги определяли измерением концентрации изотопов в питающем, обогащенном и обедненном потоках в зависимости от экспериментальных пара.метров. В качестве рабочего газа использовался криптон. Относительная концентрация изотопов Kг/ Kг была определена в этих трех потоках с помощью квадрупольного масс-спектрометра. Изменяли коэффициент деления потока (9), параметры дуги (/, В, Ро, I) и положение точек питания н отбора. Как было установлено, эффект разделения изотопов — продольный, что, наиболее вероятно, обусловлено наличием противотока в центрифуге. На рнс. 7.7 приведены коэффициенты разделения для обогащенного и обедненного потоков при так называемых стандартных параметрах дуги. В этих условиях полный разделительный эффект д не зависит от массового потока f и коэффициента егс деления 0 вплоть до F = 6 см /с (при нормальных значениях тем [c.285]

Методы масс-спектрометрии основаны на получении ионов определяемого элемента, их последующем разделении в магнитном поле (или другими средствами) по величине отношения т е (где т — масса иона, е — величина его заряда) и регистрации спектра полученных групп частиц. Они применяются в аналитической химии брома для количественного определения изотопов и для структурного анализа смесей гомологов по их молекулярной массе. Наиболее универсальные варианты — метод вакуумной искры и метод ионной бомбардировки, как и оптический спектральный анализ, позволяют одновременное определение большого числа элементов. Однако масс-спектры отличаются от оптических спектров отсутствием мертвых зон и в меньшей мере обременены помехами со стороны элементов-спутников, что обеспечивает более высокую чувствительность анализа, достаточную для решения ряда специальных задач химии материалов очень высокой степени чистоты. [c.158]

Другие ошибки в определениях относительной распространенности могут возникать при повышенных давлениях в области источника. Например, для водорода, свободного от дейтерия, при высоких давлениях наблюдается пик, соответствующий Н3. Подобные ионы могут быть легко распознаны, так как они образуются в процессе столкновения с нейтральными молекулами газа, и поэтому интенсивность их пиков изменяется с изменением давления более быстро, чем интенсивность Н [223]. При очень низких давлениях интенсивность пика иона Щ пропорциональна квадрату величины давления. ТаКим. образом, при измерении относительного содержания НО /Н в масс-спектрометре с разрешающей способностью, недостаточной для разделения Нз и НО, необходимо измерить отношение масс 3 и 2 в широком диапазоне давлений и экстраполировать величину отношения к нулевому давлению. Сходные взаимодействия между протонами и нейтральными молекулами наблюдаются для многих органических молекул, особенно сложных эфиров и нитрилов, что может привести к ошибкам измерения относительной распространенности изотопов-по пикам молекулярных ионов. Эти и другие ионы, образованные в процессе столкновений, будут рассмотрены ниже. [c.79]

Са115. Ko h J., Масс-споктрографическое разделение изотопов газообразных элементов. (Ионы Ne собирались на серебряных дисках в масс-спектрометре и освобождались в виде газа при нагревании в вакууме.) Там же, р. 566. [c.619]

В настоящее время для получения стабильных изотопов иопользуют методы дистилляции, химического (изотопного) обмена, тёрмодиффузии, центрифугирования, массндиффузии, газовой хроматографии, ионного обмена и др. При помощи электромагнитного. разделения (масс-спектрометрии) можно получить в небольших количествах все стабильные изотопы, в том числе изотопы водорода, гелия, неола, ксенона. [c.76]

И. э. II рода обусловлены различиями ядерных спинов, энергией 7-квантов, испускаемых после захвата ядром нейтрона, наличием у нек-рых ядер изомеров и т. п. Проявляются, напр., в неодинаковом распределении изотопов и ядерных изомеров между разл. формами в-ва, в к-рых содержатся ядра, образовавшиеся в результате захвата исходными ядрами нейтронов. с, С. Беодонжов. ИЗОТОПНЫЙ АНАЛИЗ, определение относит, содержания изотопов данного элемента в исследуемом в-ве. Примен. при изучении природы и механизма изотопных эффектов, при анализе проб с использ. изотопных индикаторов, для контроля за разделением изотопов, а также в геохимии и биохимии для исследования закономерностей естеств. вариации изотопного состава элементов. Наиб, точный и достаточно чувствит. метод И. а.— масс-спектрометрия. [c.214]

К. X. применяют в осн. для разделения многокомпонепт-иых смесей или смесей соед. с близкими св-вами, в т. ч. геом. и оптич. изомеров, изотопов, молекул с разным изотопным составом (напр., СоНб и СаВ В — дейтерий). Часто К. X. использ. в сочетании с масс-спектрометрией (см. Хромато-масс-спектрометрия). [c.241]

Изотопный анализ орг. в-в имеет целью определение в них содержания отдельных изотопов, а также определение соотношения одних и тех же орг. соед., содержащих разные изотопы или их сочетания. Для этого чаще всего применяют масс-спектрометрию или многократную газо-жидкостную хроматографию (напр., при разделении обычных и дейтерир. форм метана или бензола). Наиб, эффективна хромато-масс-спектрометрия. [c.402]

Поведение акцепторных примесей может быть изучено на примере стабильного изотопа бора при осуществлении аналитического контроля с помощью масс-спектрометра . Значения коэффициентов разделения, полученные для некоторых хлорпро-изводЕ1ых крем ИИ я и германия с помощью радиоактивных изотопов, приведены в табл. 11 (на стр. 251). [c.241]

Проведенные Томсоном исследования [99] положительно заряженных пучков ионов, приведшие к разделению изотопов химических элементов, были продолжены Астоном [б], который создал первый масс-спектрограф и определил изотопный состав различных соединений фотографическим методом. Примерно в тот же период были разработаны методы определения относительной распространенности изотопов Демпстером [23] и другими исследователями, особенно Ниром [76], которому удалось значительно повысить точность и надежность масс-спектрометра. [c.5]

Радиальное и аксиальное распределения давления илазмы в целом и ее компонентов влияют на разделенне изотопов, процессы диффузии и внутренний массовый поток. Локальные измере ния, выполняемые с помощью зондов, иапример датчиков давления или масс-спектрометра, должны проводиться без возмущения плазмы. На рпс, 7.6 показаны радиальные профили давления N6, измеренные зонда.ми в плоскости анода. Центробежная долина в распределении давления в некоторой степени заполнена хол-ловским гребнем . С увеличением В эта долина становится глуб-л<е, а гребень выше и уже. Такое поведение хорошо соответствует [c.284]

Масс-спектрометрия — способ исследования вещества путем ноннзацни атомов и разделения ионов ио величине отношения массы (т) к заряду (е). Массы ионов измеряют в атомных единицах массы, за которую принимают 7(2 часть массы изотопа углерода С. Масс-сиектромет-рию применяют для определения содержания всех элементов и соединений, которые можно перевести в парообразное состояние. При использовании искровой масс-спектрометрии нижний предел определяемых концентраций составляет 10 —10- %. Метод используют в основном для анализа вещества высокой чистоты. [c.45]

Если газ натекает через капиллярную трубку, длина которой достаточно велика по сравнению с диаметром, а последний много больше средней длины свободного пробега молекул газа, то скорость потока зависит от вязкости газа. При так называемом вязкостном натекании количество газа, протекающего через ионизационную камеру, зависит от вязкости газа и разности квадратов давления в резервуаре и ионизационной камере. Кундт и Варбург [П78] нашли, что при более низком давлении газа, когда средняя величина свободного пробега становится сравнимой с диаметром трубки, скорость потока начинает превышать скорость при вязкостном натекании. Это происходит благодаря отражению молекул при ударе о стенку и скольжению их по стенке трубки. Когда размеры трубки, через которую проходит газ, намного меньше средней длины свободного пробега молекул газа, то вязкость газа перестает играть роль в образовании потока, так как молекулы газа сталкиваются только со стенками, а не между собой. Поток в таких условиях известен под названием потока Кнудсепа [П42], или молекулярного потока, и представляет собой фактически процесс диффузии. Каждый компонент газовой смеси диффундирует независимо друг от друга согласно градиенту давления со скоростью, пропорциональной где М — молекулярный вес компонента. Таким образом, газ, выходящий из трубки или пористого натекателя, будет обогащен соединениями более низкого молекулярного веса. Образец в резервуаре будет обедняться этими соединениями, в результате чего состав газа, входящего в ионизационную камеру, со временем в значительной степени изменится, если не работают с резервуаром достаточного объема. Диффузия молекул используется для разделения смесей (включая изотопы) и лежит в основе метода определения молекулярных весов по скорости диффузии. В масс-спектрометрии часто применяется метод молекулярного натекания во всем диапазоне используемых давлений, так как при этих условиях число молекул любого компонента газа, анализируемого в ионизационной камере, прямо пропорционально разности парциальных давлений этого компонента в резервуаре и камере. При этом предполагается, что откачивание газа из ионизационной камеры насосами также происходит в режиме молекулярного потока. В обычных условиях, когда давление в ионизационной камере ничтожно по сравнению с давлением в резервуаре, число молекул любого компонента в ионизационной камере пропорционально его давлению в резервуаре. На основании экспериментальных данных и теоретических положений Кнудсен вывел уравнение для постоянного потока газа через капилляр диаметра d и длины L. Это уравнение применимо для любых давлений. Количество газа Q, определенное как d/dt pv), протекающее через трубку, описывается выражением вида [c.75]

Определение малых отклонений в относительной распространенности изотопов для разных образцов облегчается использованием стандартного образца. Измерение распространенности изотопов в эталонном образце до и после анализа исследуемого образца позволяет оценить случайные ошибки последовательных измерений и величину медленного дрейфа в показаниях прибора. Еще одним методом повышения чувствительности прибора пррс измерении малых изменений относительной распространенности изотопов служит применение двухколлекторной системы, в которой изучаемые изотопные ионы одновременно собираются на отдельных электродах. Этот метод был впервые предложен Астоном [78] и применен Штраусом [1960] для измерения относительных распространенностей изотопов никеля. Измерение распространенности производилось непосредственно нуль-методом. Один из коллекторов ионов находился в фиксированном положении, а другой мог перемещаться при помощи сильфонного микрометрического винта. Такая система может быть использована в широком диапазоне отношений масс изотопов. Разделение при измерении никеля устанавливается в диапазоне двух массовых чисел (измерение изотопов с четным массовым числом) либо трех массовых чисел (измерение отнопкния N1 Применение двойного коллектора позволило Штраусу использовать искровой источник быстрые колебания в интенсивности не оказывали влияния на регистрацию отношения ионных токов. Горман, Джонс и Хиппл [776] распространили этот метод на получение полного масс-спектра в их масс-спектрометре измерялось отношение интенсивности пиков данных ионов к полному ионному току. Суммарная интенсивность ионных токов регистрировалась при помощи электрода, помещенного у входа в магнитный анализатор. Аналогичную [c.96]

При собирании пучков положительных ионов имеет место отложение нейтральных частиц на коллекторе. Разделение и получение изотопов различных элементов методом масс-спектрометрии служит для получения чистых образцов изотопов для проведения такого разделения был сконструирован специальный прибор [1143, 1517], названный калутроном . К 1955 г. все элементы, имеющие стабильные изотопы, разделяли на калутроне исключение составили осмий и некоторые редкоземельные элементы с высоким атомным весом и инертные газы. По применению калутрона в специальных областях ядерной физики было опубликовано много работ [1090]. Основная проблема состоит в необходимости использования громоздкого оборудования для получения достаточно высокой дисперсии масс, особого ионного источника для получения интенсивных ионных пучков и специальной техники их отбора. На применяемых коллекторах [1516] имеются пазы их число и расстояния между ними выбираются в соответствии с типами ионных пучков разделяемых элементов каждый паз электрически изолирован от средних, что позволяет контролировать поступающий на данный коллектор ионный ток. При попадании сфокусированного ионного пучка на коллектор может выделяться энергия в несколько киловатт в связи с эффектами эрозии и нагрева могут иметь место значительные потери разделенного материала по сравнению с первоначально образовавшимся пучком. Для некоторых элементов лимитирующим фактором получения изотопов является не интенсивность ионного тока, достигаемая в ионном источнике, а невозможность их задерживания на коллекторе. Легколетучие элементы могут собираться на веществах, с которыми они вступают в химическое соединение. Для кислорода, например, может использоваться медный коллектор. Инертные газы в небольших количествах собираются на алюминиевой или серебряной фольге, в которую они проникают в виде атомов [789, 1883]. Особые трудности возникают в случае тяжелых элементов [1659] из-за относительно малого различия в массах их изотопов, что обусловливает необходимость применения коллекторов с тонкими стенками. [c.211]

Масс-спектрометр с двойной фокусировкой и радиусом 250 см был описан Стивенсом и сотрудниками [465] большой масс-спектрограф с двойной фокусировкой разработан Хинтенбергером и сотрудниками [253]. Бейнбридж и Мореланд [22] сообщают о спектрометре, использующем метод сравнения пиков Гизе и Колинза для определения изотопных отношений. Эвальд [164] описал масс-спектрограф для анализа частиц с высокой кинетической энергией. Описание электромагнитного сепаратора для разделения изотопов дано [c.652]

Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования метода лазерной масс-спектрометрии для безэталонного изотопного анализа многокомцонентных биологических объектов. Обнаружены сущест Венные различия в элементном и изотонном составе наружного и внутреннего слоя речной раковины мидии. Это, ио-ви-димому, указывает на процессы разделения и об мена изотопами в живом организме, при протекании химических радикальных реакций. Рассмотрены основные ядерные характеристики легких элементов и установлена корреляция между аномальным фракционированием изотопов и энергией связи нейтронов в цх ядрах. Наблюдаемые в эксперименте изотопные аномалии качественно объяснены с помощью ядер-но-спинового изотопного эффекта. [c.44]

Метод изотопного разбавления имеет довольно большую историю. Так, напрнмер, он был использован Хевеши еще в 1934 г. Однако, как можно видеть из списка литературы, его основное развитие происходило в течение последних 5—10 лет. Это было обусловлено как возросшей доступностью обогащенных изотопов, получаемых главным образом путем электромагнитного разделения, так и успехами масс-спектрометрического анализа, в особенности анализа твердых веществ. В прошлом ограничивал примерхение метода недостаток нужного оборудования. Однако в настоящее время имеются выпускаемые промышленностью масс-спектрометры для анализа твердых веществ. Поэтому можно ожидать, что метод изотопного разбавления будет применяться все шире и шире. [c.121]

A3. Wal her W., Масс-спектрометр с большим ионным током и разделение изотопов рубидия. (Изотопы собирались в графитовый цилиндр, который затем использовался в качестве полого катода разрядной трубки.) Z. Phys., 108, 376—390 (1938). [c.575]

А38. Wal her W., Влияние нространствениого заряда на фокусирующие свойства магнитных секторных полей. (Теория Герцога расширена путем учета влияния объемного заряда. Исходя из теории обсуждается конструкция масс-спектрометра о большой плотностью тока для разделения изотопов.) Z. Phys., 121, 719-728 (194.3). [c.577]

В51. В г о s L г 6 m J. К., II u п s Т., К о с h J., Гамма-лучи, образующиеся при бомбардировке протонами разделенных изотопов аргона. (Аргоновые мишени приготовляли путем бомбардировки в масс-спектрометре серебряных дисков разделенными пучками изотопов аргона.) Nature, 162, 695 — 696 (1948). [c.606]

Са129. Shaw А. E., Накопление полностью разделенных изотопов самария. (Продолжение работы с вольфрамовым тиглем в псточнике масс-спектрометра.) Там же, р. 980. [c.620]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология