Способ идентификации пиков химических соединений элементов в масс-спектрометрии вторичной ионной эмиссии

 

СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПИКОВ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ ЭМИССИИ, при котором поверхность образца облучают пучком первичных ионов и регистрируют масс-спекТры вторичных ионов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и упрощения анализа, в несколько одинаковых образцов вводят различные заданные количества исследуемого элемента, после чего проводят дополнительный масс-спектрометрический анализ указаннйх образцов и судят о наличии или отсутствии химического соединения исследуемого элемента в образце по соотношениям (Л „ (d,) эл соответственно, лток вторичных ионов исслегде дуемого элемента, 3v ток вторичных ионов химического соединения, oL концентрация исследуемого Oi элемента. ел о

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„ЯЦ„„1100656 А

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЬЙ (21) 3353172/18-21 (22) 12.11.81 (46) 30.06.84. Бюл. ¹ 24 (72) А.А.Аникии, А.Г. Жуков, Н.Н. Киреев и В.Т. Черепин (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного

Знамени государственном университете им. Н,Г. Чернышевского и Саратовский институт механизации сельского хозяйства им. М.И. Калинина (53) 621.834(088.8) (56) 1. Рафаэльсон А.Э., Шерешевский А.M. Масс-спектрометрические приборы. M., "Атомиздат", 1968, с. 235.

2. Патент США № 3878322, кл. С 01 М 21/26, 1978.

3. Фогель Я.M. Изучение реакции каталитического окисления аммиака на платине методом вторичной ионноионной эмиссии.. — "Кинетика и катализ", 1964, т. 5, № 3, с. 496-504. (54)(») СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПИКОВ

ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В

МАСС-CIIEKTPOMETPHH ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ

ЭМИССИИ, при котором поверхность образца облучают пучком первичных ионов и регистрируют масс-спектры вторичных ионов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и упрощения анализа, в несколько одинаковых образцов вводят различные заданные количества исследуемого элемента, после чего проводят дополнительный масс-спектрометрический анализ указанных образцов и судят о наличии или отсутствии химического соединения исследуемого эле- <о

Ф мента в образце по соотношениям

7з /7 =со

7эл/ х = <(- соответственно, где Э вЂ” ток вторичных ионов исслеЭЛ дуемого элемента, (ваейь

7 — ток вторичных ионов хими- ю ческого соединения, СР о — концентрация исследуемого элемента.

1100656

Изобретение относится к физическим методам анализа состава вещества, а именно к применению вторичноионной масс-спектрометрии для анализа влияния примесей на образование химических соединений элементов на различных стадиях технологических процессов и может быть использовано для выяснения вопросов структурооб,раэования и отработки технологии по- 10 лучения новых высококачественных материалов, например высокопрочных чугунов.

Известен способ определения молекулярного состава многокомпонентных смесей на масс-спектрометре методом определения индивидуального состава смесей, согласно которому производится калибровка масс-снектрометра путем записи масс-спектров каждого 20 индивидуального соединения, которое содержит анализируемая смесь (1 1.

Так как анализируемое вещество является смесью входящих в него индивидуальных соединений, масс-спектр 25 этой смеси представляет собой наложение (или сумму) линий масс-спектров ийдивидуальных соединений. Чтобы определить вклад каждого индивидуального вещества в масс-спектр анализируемой смеси, необходимо составить, а затем решить систему линейных управлений, искомыми величинами которых являются интенсивности линий. индивидуальных соединений, содержащихся в анализируемой смеси.

Однако данный способ применим только в том случае, когда точно известен состав анализируемой газовой смеси и требуется определить коли- 4п чество каждого из входящих в нее соединений. Поэтому калибровка прибора по каждому соединению и последующее решение системы линейных уравнений не дает воэможности идентифи- 45 цировать отдельный пик масс-спектра, особенно в том случае, когда одному пику соответствует несколько химических соединений. Особенно важное значение, а иногда и принципиальное, эта задача имеет при анализе твердых веществ методом вторично-ионной масс-спктрометрии.

Применение масс-спектрометра с высокой разрешающей способностью (например 10000), позволяющего разделить пики масс-спектра, имеющие одинаковое целочисленное значение массового числа, не всегда возможно из-за большой сложности проведения анализа и высокой стоимости прибора.

Известны также способы анализа состава вещества по пикам масс-спектра вторичных ионов 523.

Однако они применяются в случае, когда достаточно надежно известны соответствующий химический элемент или химическое соединение и не дает воэможности идентифицировать пики химических соединений в масс-спектре.

Наиболее близким к изобретению является способ идентификации пиков химических соединений элементов в масс-спектрометре вторичной ионной эмиссии, в котором поверхность образца облучают пучком первичных ионов и регистрируют масс-спектры вторичных ионов, заключающийся в сравнении температурных зависимостей эмиссии вторичных ионов осколочной и исходной молекул, при этом зависимость отношения соответствующих токов вторичных ионов от температуры образца свидетельствует о том, что ионы с меньшей массой образуются из молекул, имеющихся в образце независимо от ионов с большей массой, если же это отношение не зависит от температуры, то ионы с меньшей массой являются осколком молекулы и в образце отсутствуют (3).

Недостатками этого способа являются: узкая область применения, так как он позволяет идентифицировать только пики, соответствующие ионам, образовавшимся в результате диссоциации более сложной молекулы, усложнение установки за счет применения дополнительного устройства для нагревания образцов и регистрации температурной зависимости вторичных ионов;. увеличение времени проведения анализа, что приводит к повышенным требованиям на стабильность экспериментальных условий.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение анализа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу идентификации циклов химических соединений элементов в масс-спектрометрии вторичной ионной эмиссии, при котором поверхность образца облучают пучком первичных ионов и регуистрируют масс110065Ь

Примером конкретного исполнения 4О может служить определение наличия химических соединений водорода с иттрием в чугуне, модифицированном иттрием. Химически возможными соединениями иттрия с водородом являются 45

YH, YH, YH3. Соединение YH имеет массовое число 90, однако такое же массовое число имеет и соединение

Fe(OH)> . Поэтому соответствующий пик в масс-спектре может быть обуслов50 лен как соединением УН, так и соединением Fe(OH), причем непосредственно по масс-спектру невозможно определить, какому именно соединению соответствует этот пик. Предлагемый способ дает возможность решить этот вопрос. Анализ проводился на массспектрометре ИИ-1305, оснащенном универсальной приставкой для исследоваспектры вторичных ионов, в несколько одинаковых образцов вводят различные заданные количества исследуемого элемента, после чего проводят дополнительный масс-спектрометрический 5 анализ указанных образцов и по отношению измеренных ионных токов судят о наличии или отсутствии химического соединения исследуемого элемента в образце по соотношениям зл/3х = союз и 1 д (д1 соответственно, где З л — ток вторичных ионов исследуемого элемента, 3 — ток вторичных ионов химического соединения, о1 — концентрация исследуемого элемента. 20

Предлагаемый способ основывается на одинаковом виде зависимости тока вторичных ионов как исследуемого элемента, так и его химического соединения от количества этого элемента, содержащегося в образце, поэтому отношение соответствующих ионных токов для разных концентраций этого элемента должно оставаться постоянным.

В случае, если регистрируемые вторичные ионы выбиты из молекул, не содержащих исследуемый элемент, зависимость токов этих ионов от концентрации о(исследуемого элемента будет отличаться от зависимости для исследуемого элемента, и, следовательно, отношение этих токов будет являться функцией концентрации а(. ний твердых тел методом вторичной ионной эмиссии.

На держатель образцов устанавливают три образца с вводом иттрия

0,05, 0,20, 0,457 и измеряют токи вторичных ионов для пиков с массовыми числами 89 (Y) и 90. Результаты измерений представлены на фиг. 1, из которых видно, что соотношение токов Y /У является функцией концентрации введенного иттрия. Следовательно, пик с массовым числом 90 соответствует химическому соединению, в которое не входит исследуемый элемент †.иттрий, т.е. соединению

Fe(0H)>. Аналогичный вывод был получен и для соединений УН и УН . Таким образом, в чугуне, модифицированном иттрием, отсутствуют соединения иттрия с водородом, а соответствующие пики в масс-спектре обусловлены соединениями железа с кислородом и водородом.

Эффективность предлагаемого спо-. соба заключается в возможности прямого определения химического соединения, соответствующего исследуемому пику, в случае, когда этот пик может быть обусловлен двумя или более химическими соединениями с одинаковым массовым числом. Предлагаемый способ применим всегда, когда можно подготовить образцы с различной концентрацией исследуемого элемента. Выбор исследуемого элемента производится в результате сравнения формул возможных химических соединений, имеющих одинаковое массовое число, соответствующее исследуемому пику, и не представляет затруднений. Точное знание того, какое из возможных химических соединений действительно образуется в исследуемом образце, позволяет уточнить теорию кристаллизации и тем самым технологию получения новых высококачественных материалов, например высокопрочных чугунов, внедрение которых в промышленности дает значительный экономический эффект.

Кроме того, данный способ дает возможность решить поставленную задачу при использовании наиболее простых масс-спектрометрических установок. Проведение исследований беэ применения дополнительных устройств, позволяющих регистрировать температурную зависимость интенсивности вторичных ионов как в известном

1100656

3, p rr. гЯ.

08 о(%

Составитель Н. Алимова

Редактор С. Тимохина Техред Т. Дубинчак Корректор А. Тяско

Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., p,. 4/5

Заказ 4588/39

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 способе, также снижает rтоимость анализа »е менее чем в пва раза. В обоих случаях предлагаемый способ позволяет снизить время анализа не менее чем в три раза и значительно упростить проведение измерений.