Разработка масс-спектрометра с временной компрессией для определения массового и зарядового состояния плазмы
Данная работа посвящена обоснованию временной компрессии, как метода направленного на улучшения энергетического разрешения времяпролётного масс-спектрометра. В данной работе предлагается использовать растущие профилированные импульсы напряжения, с последующим сравнением свойства движения ионов и их использования, как мощных ионных пучков малой длительности.
Введение ………………………………………………………………………………………………. 14
1. Основные характеристики масс – спектрометров ……………………………….. 18
2. Времяпролётный масс-спектрометр для анализа z/m ионов плазмы …….. 20
2.1. Немного истории ………………………………………………………………………… 23
2.1.1. Пространственно-временная фокусировка………………………………. 23
2.1.2. Ионные зеркала (рефлектрон) ………………………………………………… 24
3. Экспериментальное оборудование и обоснование предложенного нами
метода. Времяпролётный масс-спектрометр на основе временной компрессии
для анализа z/m ионов плазмы ………………………………………………………………… 26
3.1. Условие «разрыва» плазмы в ускоряющем зазоре анализирующего
диода спектрометра …………………………………………………………………………….. 27
1 7
3.2. Определение масс-зарядовых состояний ионов азота ( … ) и угле-
14 14
1 6
рода ( … ) при постоянной энергии ионов. ……………………………………….. 30
12 12
1 7
3.3. Определение масс-зарядовых состояний ионов азота ( … ) и угле-
14 14
1 6
рода ( … ) при растущей энергии ионов, закон идеального банчирования
12 12
(временная компрессия ионных пучков) ………………………………………………. 39
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.
4.1. Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 49
4.2. Анализ конкурентных технических решений ……………………………….. 50
4.3. SWOT-анализ …………………………………………………………………………….. 52
4.4. Цели и результат проекта ……………………………………………………………. 55
4.5. Организационная структура проекта. …………………………………………… 56
4.6. Планирование управления научно-техническим проектом …………….. 57
4.7. План проекта ……………………………………………………………………………… 58
4.8. Бюджет научного исследования …………………………………………………… 60
4.8.1. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………. 60
4.8.2. Расчет материальных затрат НТИ …………………………………………… 60
4.8.3. Основная заработная плата исполнителей темы ………………………. 62
4.8.4. Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……………. 65
4.8.5. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) … 65
4.8.7. Формирование бюджета затрат НИП ……………………………………… 67
5. Социальная ответственность …………………………………………………………….. 71
5.3. Экологическая безопасность ………………………………………………………….. 78
5.4. Электробезопасность …………………………………………………………………….. 80
5.5. Пожарная и взрывная безопасность ………………………………………………… 82
Заключение …………………………………………………………………………………………… 85
Список использованных источников ………………………………………………………. 86
Список публикаций ……………………………………………………………………………….. 89
Участие в грантах ………………………………………………………………………………….. 89
Приложение А ………………………………………………………………………………………. 90
Масс-спектрометрия – инструментальный метод регистраций различных молекул посредством перевода вещества в ионизированное состояние,
разделения образующихся ионов по величинам отношения массы к заряду
(m/z) и регистрации ионов каждого вида. Масс-спектрометрия является мощным инструментом исследования органических и элементорганических соединений. Как и в любом другом методе анализа, аппаратура играет ключевую роль [1].
Масс – анализаторы разделяются на статические и динамические [2].
Динамические масс-спектрометры, как правило, уступают статическим по
разрешающей способности [3]. Их преимущества, однако, связаны с малыми
габаритами и массой, экономичностью, быстродействием. В статических
масс – анализаторах ионы делятся, за время их движения, по массам, в постоянных или практически не изменяющимся магнитных и электрических полях. Например, магнитный/электростатический секторный масс – анализатор
(ионы разделяются в магнитном поле за счёт их массы) [5].
В динамических анализаторах разделение ионов происходит под воздействием импульсных или радиочастотных электрических полей. Существуют следующие динамические масс – анализаторы [2]:
− Времяпролётные масс – анализаторы (ионы разделяются в бесполевом пространстве трубы дрейфа, так же за счёт своей массы);
− квадрупольные (фильтры, ионные ловушки) масс – анализаторы
(ионы разделяются по частоте колебаний).
Основные узлы масс-спектрометра представлены на блок – схеме рисунка 1 [7].
В ходе проделанной работы было определенно условие «разрыва»
плазмы в ускоряющем зазоре анализирующего диода спектрометра. Были
сравнены методики определения масс-зарядовых состояний для близких по
массе ионов N+ и C+ при постоянном импульсе напряжения, нарастающем
импульсе напряжения и при законе идеального банчирования (временная
компрессия ионных пучков). Так же были построены зависимости времени
прихода ионов N+ и C+ на коллектор (датчик) от времени старта с катода при
постоянном и при законе идеального банчирования (временная компрессия
ионных пучков) и зависимость ионного тока, приходящего на датчик от вре-
мени пролёта ионов N+ и C+ в трубе дрейфа.
Из выше полученных результатов можно сделать вывод:
1. при использовании постоянного ускоряющего напряжения, мож-
но различить только ионы азота и углерода с … и … , так как другие
имеют большую скорость и не успевают разделиться на нашей длине трубе
дрейфа и приходят почти в один и тот же момент времени, остальные невоз-
можно определить их-за их инерционности.
2. при использовании закона идеального банчирования, возможно
различить близкие z/m ионов, из-за того, что первый ион летит, а другие до-
гоняют, это приводит к укорочению импульса на датчике и росту амплитуды
по току.
1.Лебедев, А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. – М.:
Бином. Лаборатория знаний, 2003. – 494 с.
2.Клюев, Н.А. Современные методы масс-спектрометрического
анализа органических соединений / Н.А. Клюев, Е.С. Бродский // Рос. хим. ж-
л.- 2002.- Т. XLVI, № 4.- C. 57 – 63.
3.Джонстон, Р. Руководство по масс-спектрометрии для химиков –
органиков. Изд-во Мир: М. – 1975. – 236 с.
4.Гасанов Ильхам Солтан оглы. Плазменная и пучковая техноло-
гия. Изд-во: “Элм”, Баку 2007, 175 стр.
5.Сысоев А. А. Физика и техника масс-спектрометрических прибо-
ров и электромагнитных установок. М.: Энергоиздат, 1983.
6.Полякова А. А. Молекулярный масс-спектральный анализ орга-
нических соединений. М.: Химия, 1983.
7.Физические основы масс-спектрометрии (методы ионизации),
Башкирский филиал АН СССР, Уфа, 1986.
8.Франкевич Е. Л. Физические методы исследований, Курс лекций,
ч.2, МФТИ, 1978, с. 5-56.
9.Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. «Физика плазмы для физиков».
Москва, Атомиздат, 1979, 317 с.
10. Подгорный И.М. Лекции по диагностике плазмы. – М.: Атомиз-
дат, 1962.
11. Грим Г. Спектроскопия плазмы. М.: Атомиздат, 1969.
12. Методы исследования плазмы, под ред. В. Лохте-Хольтгревена,
изд-во «Мир», 1971.
13. В. В. Тахистов, Практическая масс-спектрометрия органических
соединений. —Л.: ЛГУ, 1977, 278 с.
14. Видяев И.Г., Серикова Г.Н., Гаврикова Н.А. Финансовый ме-
неджмент,ресурсоэффективностьиресурсосбережение:учебно-
методическое пособие. − Томск: Изд-во Томского политехнического универ-
ситета, 2014. – С.36.
15. Физические основы масс-спектрометрии: Методы ионизации /
Под ред. Г. А. Толстикова. —Уфа: Башкирский филиал АН СССР, 1985, 120
с.
16. Р. Джонстон, Руководство по масс-спектрометрии для химиков-
органиков. — М.: Мир, 1975, 236 с.
17. Дж. Чепмен, Практическая органическая масс-спектрометрия. —
М.: Мир, 1988, 216 с.
18. В. Г. Заикин, А. В. Варламов, А. И. Микая, H. С. Простаков, Ос-
новымасс-спектрометрииорганическихсоединений,—М.:
Наука/Интерпериодика, 2001, 286 с.
19. B. a Mamyrin, V.I. Karataev, D.V. Shmikk, V.A. Zagulin The mass-
reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolu-
tion Jetp, 37 (2014), pp. 45–48
20. A.A. Sysojev, G.A. Samsonov Calculation of sector-shaped mass
spectrometric analysers with curvilinear boundaries Int. J. Mass Spectrom. Ion
Phys., 5 (2015), pp. 49–62
21. Johnston, RI Manual of mass spectrometry to chemists – organics.
Publishing house of the World: M. – 1975. – 236 p.
22. M. Toyoda, D. Okumura, M. Ishihara, I. Katakuse Multi-turn time-of-
flight mass spectrometers with electrostatic sectors J. Mass Spectrom., 38 (2003),
pp. 1125–1142
23. M. Ishihara, M. Toyoda, T. Matsuo Perfect space and time focusing
ion optics for multiturn time of flight mass spectrometers Int. J. Mass Spectrom.,
197 (2000), pp. 179–189
24. Федеральный закон «Об основах охраны труда» от 17.07.1999 г.
№181-ФЗ (с изменениями от 20 мая 2002 г., 10 января 2003 г., 9 мая, 26 де-
кабря 2005 г.).
25. СанПин 2.2.2/2.4.1340-03. Санитарно-эпидемиологические пра-
вила и нормативы «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации рабо-
ты».
26. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность.
27. ИНСТРУКЦИЯ № 5-13 по охране труда для работников, занятых
пайкой и лужением изделий паяльником, кафедры Прикладная физика (ПФ)
(ТИ Р М-075-2003).
28. «Общие положения обеспечения безопасности радиационных ис-
точников» (НП-038-11), утверждены приказом Федеральной службы по эко-
логическому, технологическому и атомному надзору от 05.03.2011 г № 104.
29. Нормырадиационнойбезопасности(НРБ-99/2009).СП
2.6.1.2523-09.
30. ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Феде-
рации.
31. Пожаро и взрывобезопасность промышленных объектов. ГОСТ
Р12.1.004-85 ССБТ Пожарная безопасность.
32. ГОСТ 12.4.009-83, Система стандартов безопасности труда. По-
жарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслу-
живание.
33. Строительные нормы и правила СНиП 23-05-95 “Естественное и
искусственное освещение” (утв. постановлением Минстроя РФ от 2 августа
1995 г. N 18-78)
34. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ Опасные и вредные факторы. Класси-
фикация. – М.: ИПК: Изд-во стандартов, 1997 г.
35. ГОСТ Р 55891-2013 Водород газообразный и водородные смеси.
Бортовые системы хранения топлива для транспортных средств
36. ГОСТ 9293-74 (ИСО 2435-73) Азот газообразный и жидкий. Тех-
нические условия (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправками N 1, 2)
37. ГОСТ 10157-2016 Аргон газообразный и жидкий. Технические
условия
Список публикаций
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.2 (5 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
4.8 (37 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
5 (1241 отзыв)
4.8 (211 отзывов)
