Д.В. Капустин, А.П. Коржавый, В.И. Капустин ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ИОННОГО ТОКА ПРИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ИОНИЗАЦИИ ПАРОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТРОТИЛА Развитие методов селективного анализа органических веществ представляет большой научный интерес и практически значим для создания эффективных методов детектирования наркотических, отравляющих и взрывчатых веществ, например, с использованием дрейф-спектрометрических газоанализаторов [1-4]. В литературе была показана эффективность применения метода масс-спектрометрии для исследования продуктов ионизации в различных типах источников ионов [5-7], в том числе в поверхностноионизационных источниках ионов, в которых в качестве активного элемента для ионизации аминов был использован материал на основе микролегированного сплава молибдена [8]. Ранее в литературе была сформулирована научная гипотеза о физико-химической природе активных центров ионизации нитросоединений на поверхности оксидной бронзы и физико-химическом механизме поверхностной ионизации нитросоединений [5]. Однако экспериментальное подтверждение указанной гипотезы в литературе отсутствовало. Целью данной работы было экспериментальное исследование продуктов поверхностной ионизации тротила с использованием метода массспектрометрии высокого разрешения. Нами были проведены масс-спектрометрические исследования состава фонового тока с поверхности термоэмиттера, изготовленного на основе активного элемента из бронзы состава Na0,33V2O5. Методика экспериментальных исследований была аналогична методике работы [8]. В качестве масс-спектрометра был использован прибор высокого разрешения фирмы Thermo Finnigan LCQ Deca XP. Температура термоэмиттера при исследовании состава фонового тока и исследовании продуктов ионизации паров технического тротила составляла 450 °С. На рис. 1 приведен масс-спектр фонового тока термоэмиттера, а в таблице 1 - его расшифровка. Рис. 1. Таблица 1 Масса иона 57 Интенсив ность, отн. ед. 95 Расшифровка масс-спектра рис. 1 Тип иона Масса Интенсив иона ность, отн. ед. + 115 50 K H2O Тип иона Ni60OK+ Ni58OK+ Ni60O2Na+ Ni60O*Na+H2O V2O3*Na+5H2O 117 35 Na+3H2O 151 13 K+4H2O + Na 5H2O Ni58OK+ Ni58O2Na+ Основным типом ионов в составе фонового тока термоэмиттера являются ионы натрия, захватившие молекулы воды, и кластеры на основе оксидов никеля, ионов натрия и молекул воды. Ионы калия содержаться в оксидной бронзе в качестве примеси и, вследствие низкого потенциала ионизации калия, дают определенный вклад в состав ионного тока. Таким образом, впервые экспериментально подтверждено, что центрами ионизации органических нитросоединений на поверхности оксидной бронзы являются поверхностные ионы натрия из состава натрий – ванадиевой оксидной бронзы и, частично, ионы калия, входящие в состав оксидной бронзы в качестве примеси. Основой потенциальной областью практического применения натрий ванадиевой оксидной бронзы является использование ее в качестве материала для селективных источников ионов взрывчатых веществ, применяемых в различных типах газоанализаторов. Поэтому для дальнейших исследований в качестве тестового органического вещества из класса нитросоединений нами был выбран технический тротил. Результаты качественных исследований методом ИК-спектрометрии показали, что технический тротил содержит изомеры тринитротолуола, динитротолуола, мононитротолуола и органическую связку. Количественные исследования нами не проводились ввиду отсутствия соответствующих эталонов компонентов технического тротила. Был исследован масс-спектр технического тротила при подаче на вход прибора паров указанного вещества при температуре термоэмиттера 450 °С. На рис. 2 показан спектр масс тротила в диапазоне масс 200 – 500 а.е.м. 77 101 113 100 20 25 Рис. 2. В таблице 2 приведен состав ионов, образующихся при поверхностной ионизации тринитротолуола. В таблице 2 применены следующие обозначения: - МНТ – мононитротолуол; - ДНТ – динитротолуол; - ТНТ – тринитротолуол; - (МНТ-СН2) – мононитротолуол, потерявший в результате частичной диссоциации группу СН2; - (ТНТ-СН2) – тринитротолуол, потерявший в результате частичной диссоциации группу СН2. Таблица 2 Расшифровка масс-спектра технического тротила Масс Интенси Тип иона Масс Интенси Тип иона а вность, а вность, иона отн. ед. иона отн. ед. + 200 24 277 50 (MHT-CH2)Na 3H2O ДHTNa+4H2O 214 40 302 43 MHTNa+3H2O THTK+2H2O 232 40 344 42 (THTMHTNa+4H2O CH2)Na+6H2O 250 33 376 57 THTNa+ THTNa+7H2O 268 40 430 60 THTNa+H2O THTNa+10H2O 270 78 483 100 (THT-CH2)K+H2O THTNa+V3O5 Следует отметить, что мононитротолуол и динитротолуол содержатся в техническом тротиле и обладают по сравнению с последним более высокой летучестью. Кроме того, они могут образовываться в результате частичной диссоциации тринитротолуола на нагретой поверхности термоэмиттера с потерей одной или двух нитрогрупп. Таким образом, поверхностная ионизация нитросоединений на поверхности оксидной бронзы щелочного металла протекает с захватом ионов натрия и возможным захватом некоторого количества молекул воды из воздуха при движении первичных ионов в трубке дрейфа. На основании полученных результатов можно заключить: 1. Основными типами ионов в составе фонового тока термоэмиттера на основе оксидной натрий - ванадиевой бронзы являются ионы натрия из состава бронзы, захватившие молекулы воды, и ионы калия из состава примесей бронзы, захватившие молекулы воды. 2. Ионизация нитросоединений на поверхности оксидной бронзы щелочного металла протекает с захватом ионов натрия и, частично, ионов калия на поверхности оксидной бронзы с возможным захватом некоторого количества молекул воды из воздуха при движении первичных ионов в трубке дрейфа газоанализатора. При этом для молекул тринитротолуола возможна частичная диссоциация молекул на нагретой поверхности термоэмиттера с отщеплением групп –СН2 и, возможно, –NO2. Список литературы 1. IMS spectrometers with radioactive, X-ray, UV and laser ionization / V. Matsaev, M. Gumerov, L. Krasnobaev et al. // Int. Jour. For Ion Mobility Spectr. – 2002. – V. 5. – № 3. – P. 112-114. 2. Buryakov I.A. Ion mobility increment spectrometer with radial symmetry // Int. Jorn. For Ion Mobility Spectr. – 2003. – V.6. – Р. 121-126. 3. Буряков И.А. Явления переноса ионов в газе в электрическом поле. Спектрометрия приращения ионной подвижности: Автореферат дисс. … докт. физ.-мат. наук. – Новосибирск, 2005. – 32 с. 4. Капустин В.И., Нагорнов К.О., Чекулаев А.Л. Новые физические методы идентификации органических соединений с использованием поверхностноионизационного дрейф-спектрометра // ЖТФ. – 2009. – Т. 79. – Вып. 5. – С. 109116. 5. Поверхностно-ионизационные свойства оксидной бронзы щелочного металла / Д.В. Капустин, А.А. Буш, К.О. Нагорнов и др. // Письма в ЖТФ. – 2012. – Т. 38. – Вып. 4. – С. 83-88. 6. Блашенков Н.М., Лаврентьев Г.Я. Исследование неравновесной поверхностной ионизации методом полевой поверхностно-ионизационной масс-спектроскопии // Успехи физических наук. – 2007. – Т. 177. – №1. – С. 5985. 7. Филиппенко В.А., Малкин Е.К. Исследование влияния условий ионизации на масс-селективное распределение подвижности ионов тротила и гексогена методом спектрометрии ионной подвижности/тандемной массспектрометрии // Масс-спектрометрия. – 2010. – №7(3). – С. 205-212. 8. Масс-спектрометрические исследований механизма ионизации органических соединений азота на поверхности микролегированных сплавов молибдена / В.И. Капустин, К.О. Нагорнов, О.Н. Харыбин и др. // Химическая физика. – 2011. – Т. 30. – № 7. – С. 1-14.