Н. В. Новоселова физико-химические методы анализа курс лекций

Контрольные вопросы 
1. На чем основаны методы обнаружения радиоактивного излу-
чения? 
2. Каковы устройство и принцип работы основных счетчиков ра-
диоактивного излучения? 
3. Как используется естественная радиоактивность в аналитиче-
ских целях? 
4. В чем сущность активационного анализа? 
5. Чем отличаются радиохимические методы анализа от радио-
метрических? 
6. В чем сущность эффекта Мессбауэра? 
7. На каких механизмах взаимодействия излучений с веществом 
основаны важнейшие методы регистрации излучений? 
Лекция № 19 
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ И ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 
План 
19.1. Масс-спектрометрия.
19.1.1. Теоретические основы. 
19.1.2. Качественный анализ. 
19.1.3. Количественный анализ. 
19.1.4. Практическое применение. 
19.1.5. Общая характеристика метода. 
19.2. Термический анализ. 
19.2.1. Теоретические основы. 
19.2.2. Схема установки для термического анализа. 
19.2.3. Практическое применение. 
19.2.4. Общая характеристика метода. 
19.1. Масс-спектрометрия
19.1.1. Теоретические основы. Масс-спектральный анализ ос-
нован на способности газообразных ионов разделяться под действием 
электрических и магнитных полей в зависимости от отношения m/e, 
где m – масса, e – заряд иона. Ионизация атомов и молекул анализи-
руемого вещества осуществляют чаще всего либо бомбардировкой 
паров образца электронами средней энергии, либо вакуумной искрой. 
Для электронной бомбардировки применяют пучки электронов с 

---

150 
энергией 10…100 эВ. Для получения потока электронов нагревают 
металлическую ленту. Образовавшиеся термоэлектроны ускоряют и 
пропускают через пары пробы по направлению к аноду, к которому 
приложено некоторое напряжение. При встрече электронов высокой 
энергии с молекулами вещества (М) возможны реакции нескольких 
типов: 
I.М + е
−
→ М
+
+ 2е
−
; 
II.М + е
−
→ М
2+
+ 3е
−
; 
III.М + е
−
→ М
−
. 
В результате первой реакции происходит образование одноза-
рядных положительных ионов. Образование двух и более высокоза-
ряженных ионов, а также захват электрона с образованием отрица-
тельных ионов являются менее вероятными процессами (II и III). По 
величине m/e определяют массовое число иона, а по интенсивности 
соответствующего сигнала судят о концентрации ионов. 
Принципиальная схема масс-спектрометра приведена на рисун-
ке 19.1. 
В камере анализируемое вещество переводится в газообразное 
состояние при давлении 10
-2
− 10
-3
Па. Режим работы камеры уста-
навливается в зависимости от того, трудно- или легколетучие соеди-
нения входят в состав анализируемого образца. При анализе газооб-
разных проб стадия испарения отпадает. Далее молекулярный пучок 
ионизируется. Нередко для анализа твердых проб применяются ис-
точники с поверхностной ионизацией, в которых процессы испарения 
и ионизации не разделены. 
Рис. 1. Принципиальная схема масс-спектрометра: 
1 – газообразная проба; 2 – катод; 3 – анод; 4 – ускоряющие 
пластинки; 5 – магнитное поле; 6 – детектор 

---

151 
Ионизация молекулярного пучка газообразной пробы может 
быть вызвана фотонами, ионами, электрическим полем, электронным 
ударом и другими способами. 
Образовавшиеся положительно заряженные ионы проходят че-
рез ускоряющие пластины, разность потенциалов между которыми 
достаточно высока (несколько тысяч вольт). Здесь они приобретают 
энергию еV, а их скорость возрастает до υ. 
После ускорения в электрическом поле ионы под прямым углом 
пересекают магнитное поле напряженностью Н, подвергаясь дейст-
вию силы, направленной перпендикулярно движению иона.
Масс-спектр представляют зависимостью в виде спектрограммы 
или таблицы, содержащей величины m/e и соответствующие им ин-
тенсивности. Пропорциональность между экспериментально изме-
ренным V и отношением m/e можно найти путем градуировки по ве-
ществу с известным масс-спектром.