Высокоселективный метод детектирования нитросоединений при атмосферном давлении на основе лазерной ионизации

Высокоселективный метод детектирования нитросоединений при атмосферном давлении на основе лазерной ионизации

Автор: Кукаев Е.Н., Попов И.А., Кононихин А.С., Стародубцева Н.Л., Шиеа дЖ., Николаев Е.Н.

Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt

Рубрика: Физика

Статья в выпуске: 4 (36) т.9, 2017 года.

Бесплатный доступ

Предложен способ масс-спектрометрического детектирования паров нитросоедине- ний с ионизацией импульсно-периодическим лазерным излучением с импульсами нано- секундой длительности в условиях атмосферного давления. Сконструирован комбини- рованный атмосферный ионный источник с двумя способами ионизации: импульсно- периодическим лазерным излучением с импульсами наносекундой длительности и ко- ронным разрядом. Показано, что в режиме ионизации коронным разрядом при до- статочно большом значении тока разряда возможна последующая фрагментация по механизмам, схожим с ионизацией классическим электронным ударом в условиях сред- него вакуума. Ионизация лазером с диодной накачкой (частота следования импульсов 300 Гц) по сравнению с лазером с ламповой накачкой (частота следования импульсов 10 Гц) производит большее количество, но меньшее разнообразие ионов в отрицатель- ной моде. Порог обнаружения ТНТ не превышает 10-13 г/см3, что позволяет исполь- зовать данный подход для создания быстрого портативного устройства, позволяющего с высокой чувствительностью и достоверностью обнаруживать следовые количества взрывчатых веществ в атмосферном воздухе. Продемонстрировано, что использование лазерного излучения с более короткими импульсами и более высокой частотой сле- дования импульсов повышает эффективность ионизации, чувствительность и предел детектирования нитросоединений.

Еще

Масс-спектрометрия, ионизация при атмосферном давлении, ионизация коронным разрядом, ионизация лазерным излучением, детектирование нит- росоединений

Короткий адрес: https://sciup.org/142215002

IDR: 142215002

Список литературы Высокоселективный метод детектирования нитросоединений при атмосферном давлении на основе лазерной ионизации

  • Kostyukevich Y., Efremov D., Ionov V., Kukaev E., Nikolaev E. Remote detection of explosives using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometer installed on multicopter//Journal of Mass Spectrometry. 2017. V. 52, N 11. P. 777-782.
  • Akmalov A.E., Bogdanov A.S., Kotkovskii G.E., Spitsyn E.M., Sychev A.V., Perederii A.N., Chistyakov A.A. A laser desorption ion-mobility increment spectrometer for detection of ultralow concentrations of nitro compounds//Instruments and experimental techniques. 2013. V. 56, N 3. P. 309-316.
  • Ewing R.G., Atkinson D.A., Clowers B.H. Method for selective detection of explosives in mass spectrometer or ion mobility spectrometer at parts-per-quadrillion level//пат. 9123520 США. 2015.
  • Chistyakov A.A., Kotkovskii G.E., Sychev A.V., Tugaenko A.V., Bogdanov A.S., Perederiy A.N., Spitsyn E.M. Intracavity laser field asymmetric ion mobility spectrometer for highly efficient detection of organics//Laser Physics Letters. 2014. V. 11, N 6. 065605.
  • Chistyakov A.A., Kotkovskii G.E., Odulo I.P., Sychev A.V., Bogdanov A.S., Perederiy A.N., Spitsyn E.M. Shestakov A.V. A method for detecting ultra-low quantities of explosives with use a picosecond laser FAIMS analyzer//SPIE Defense + Security. International Society for Optics and Photonics. 2015. P. 94540S-94540S.
  • Takats Z., Cotte-Rodriguez I., Talaty N., Chen H., Cooks R.G. Direct, trace level detection of explosives on ambient surfaces by desorption electrospray ionization mass spectrometry//Chemical Communications. 2005. N 15. P. 1950-1952.
  • Abakumov G.A., Podol’Skaya L.S., Polyakov B.I., Simonov A.P., Fadeev V.V., Fadeeva N.A. Effectiveness of two-stage photoionization of aromatic and heteroaromatic molecules in solutions under the action of UV laser radiation Journal of Applied Spectroscopy//Journal of Applied Spectroscopy. 1977. V. 27, N 4. P. 1330-1333.
  • Abakumov G.A., Polyakov B.I., Simonov A.P., Chuiko L.S., Yaroslavtsev V.T. Stepwise photoionization of anthracene in the gas phase by ultraviolet laser pulses. Optics and Spectroscopy//Optics and Spectroscopy. 1982. V. 53. P. 151-153.
  • Ledingham K.W.D., Singhal R.P. High intensity laser mass spectrometry -а review//International journal of mass spectrometry and ion processes. 1997. V. 163, N 3. P. 149-168.
  • Marshall A., Clark A., Ledingham K.W.D., Sander J., Singhal R.P. Laser ionisation studies of nitroaromatic and NO� (� = 1 or 2) molecules in the region 224-238 nm//International journal of mass spectrometry and ion processes. 1993. V. 125, N 2-3. P. R21-R26.
  • T¨onnies K., Schmid R.P., Weickhardt C., Reif J., Grotemeyer J. Multiphoton ionization of nitrotoluenes by means of ultrashort laser pulses//International Journal of Mass Spectrometry. 2001. V. 206, N 3. P. 245-250.
  • Вебер А.А., Котковский Г.Е., Мартынов И.Л., Чистяков А.А. Образование отрицательных ионов нитроароматических соединений в газах при лазерном уф-облучении//Химическая физика. 2010. Т. 29, № 8. С. 20-28.
  • Котковский Г.Е., Мартынов И.Л., Новикова В.В., Чистяков А.А. Лазерный спектрометр ионной подвижности//Приборы и техника эксперимента. 2009. № 2. С. 110-116.
  • Akmalov A.E., Chistyakov A.A., Kotkovskii G.E., Martynov I.L., Spitsin E.M. Laser ion mobility spectrometry in the detection of ultra-low quantities of explosives//European Journal of Mass Spectrometry. 2017. V. 23, N 4. P. 140-145.
  • Ewing R.G., Atkinson D.A., Eiceman G.A., Ewing G.J. A critical review of ion mobility spectrometry for the detection of explosives and explosive related compounds//Talanta. 2001. V. 54, N 3. P. 515-529.
  • Kojima K., Sakairi M., Takada Y., Nakamura J. Vapor detection of TNT and RDX using atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry with counter-flow introduction (CFI)//Journal of the Mass Spectrometry Society of Japan. 2000. V. 48, N 5. P. 360-362.
  • Spangler G.E., Lawless P.A. Ionization of nitrotoluene compounds in negative ion plasma chromatography//Analytical Chemistry. 1978. V. 50, N 7. P. 884-892.
  • Huang S.D., Kolaitis L., Lubman D.M. Detection of explosives using laser desorption in ion mobility spectrometry/mass spectrometry//Applied spectroscopy. 1987. V. 41, N 8. P. 1371-1376.
  • Karasek F.W. Detection of TNT in air//RESEARCH-DEVELOPMENT. 1974. V. 25, N 5. P. 32-36.
  • Karasek F.W., Denney D.W. Detection of 2, 4, 6-trinitrotoluene vapours in air by plasma chromatography//Journal of Chromatography A. 1974. V. 93, N 1. P. 141-147.
  • Popov I.A., Chen H., Kharybin O.N., Nikolaev E.N., Cooks R.G. Detection of explosives on solid surfaces by thermal desorption and ambient ion/molecule reactions//Chemical Communications. 2005. N 15. P. 1953-1955.
  • Carper W.R., Dorey R.C., Tomer K.B., Crow F.W. Mass spectral fragmentation pathways in 2-, 4-, 6-trinitrotoluene derived from a MS/MS unimolecular and collisionally activated dissociation study//Journal of Mass Spectrometry. 1984. V. 19, N 12. P. 623-626.
  • Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. С. 486-530.
  • Starikovskaia S.M., Kukaev E.N., Kuksin A.Y., Nudnova M.M., Starikovskii A.Y. Analysis of the spatial uniformity of the combustion of a gaseous mixture initiated by a nanosecond discharge//Combustion and flame. 2004. V. 139, N 3. P. 177-187.
  • Александров Н.Л., Киндышева С.В., Кукаев Е.Н., Стариковская С.М., Стариковский А.Ю. Моделирование динамики воспламенения метано-воздушной смеси высоковольтным наносекундным разрядом//Физика плазмы. 2009. Т. 35, № 10. С. 941-956.
  • Lenchitz C., Velicky R.W. Vapor pressure and heat of sublimation of three nitrotoluenes//Journal of Chemical and Engineering Data. 1970. V. 15, N 3. P. 401-403.
  • Leggett D.C., Jenkins T.F., Murrmann R.P. Composition of vapors evolved from military TNT as influenced by temperature, solid composition, age, and source//Cold Regions Research and Engineering Lab Hanover NH. 1977. N CRREL-SR-77-16.
  • Alnemrat S., Hooper J.P. Predicting Temperature-Dependent Solid Vapor Pressures of Explosives and Related Compounds Using a Quantum Mechanical Continuum Solvation Model//Physical Chemistry A. 2013. V. 117, N 9. P. 2035-2043.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp