Полевое испарение ионов из растворов
с использованием трековых мембран
Применением полимерных трековых мембран позволяет стабилизировать поверхность жидкости и создать сильное электрическое поле, действующее на границе раздела фаз. При этом необходимый для проведения исследований ионный ток из жидкости поддерживается сильным локальным электрическим полем (больше 106 В/см), формирующимся за счет зарядки полимерной основы мембраны. Характер смачивания полимера жидкостью, находящейся в тонких каналах трековой мембраны (диаметр меньше 1000 Å), обеспечивает стабильность границы раздела фаз в электрических полях столь высокой напряженности за счет сил поверхностного натяжения.
Экспериментальное исследование полевого испарения ионов из жидких растворов проводится с помощью масс-спектральной методики на основе время пролетного масс-анализатора с ортогональным вводом ионов. Из раствора, находящегося в каналах мембраны, ионы непосредственно экстрагируются электрическим полем в вакуумную камеру масс-спектрометра. При этом исследуемый раствор может находиться при обычных атмосферных условиях, поскольку поверхностное натяжение позволяет удерживать жидкость в субмикронных каналах даже при значительном перепаде давлений.
В результате проведенных исследований создан ионный источник на принципах прямой многоканальной полевой экстракции ионов из растворов. Показано, что с помощью такого источника можно получать пучки кластерных ионов непосредственно из растворов различных веществ в водно-глицериновых смесях, причем ионный состав пучков отражает ионный состав раствора. Неразрушающий характер генерации ионов таким источником позволяет проводить масс-спектральные исследования сложных биоорганических соединений. Рассмотрены основные процессы, управляющие работой мембранного ионного источника. Показана возможность изучения процесса полевого испарения ионов из жидкостей на основании исследования свойств ионных пучков, образующихся в этом процессе.
Сфера применения результатов: а) прикладная - неразрушающий масс-спектральный анализ ионного состава растворов, особенно нелетучих веществ сложного строения, а также в разработке ионных источников для приборов и устройств, использующих ионные пучки; б) фундаментальная - исследование механизма процесса полевого испарения ионов из жидкости, а также процессов, сопровождающих выход ионных кластеров из жидкости.
Разрабатываемый способ экстракции ионов из жидкости является новым подходом по сравнению с известными способами электрораспыления или электрогидродинамической ионизации жидкости. Основными его достоинствами являются: простота реализации, большой ионный ток, возможность непрерывного анализа ионного пучка, отсутствие большого потока нейтральных молекул в вакуум при том, что жидкость находится в обычных лабораторных условиях.
Лицо для контакта: зав. лабораторией ИНЭПХФ РАН,
к.ф.-м.н. А.А. Балакин, E-mail:balakin@binep.ac.ru
Публикации по теме
А.А.Балакин, Л.И.Новикова, А.В.Толмачев, В.Л.Тальрозе, Б.С.Яковлев и др. А.С. №1542322 (24.02.88). Б.И., 1990, №5, с.273.
Б.С.Яковлев, В.Л.Тальрозе, Патент России №4879085 (1991) Б.И., 1995.№3.
B.S.Yakovlev, V.L.Talrose, C.Fenselau. Membrane Ion Sourcefor Mass Spectrometry. Anal.Chem., 1994, 66, 1704.
A.A.Balakin, A.F.Dodonov, L.I.Novikova, V.L.Tal'rose. Multichannel Extraction of Charged Particles from Liquid by an Electric Field. Rapid Communication in Mass Spectrometry., 1996, 10, 515.
A.A.Balakin, A.F.Dodonov, L.I.Novikova, V.L.Tal'rose. Multichannel Extraction of Charged Species from Liquid with Use of Track Membrane. Jornal of Electrostatics. 1997, 40&41, 615.
A.A.Balakin, A.F.Dodonov, L.I.Novikova, V.L.Talrose. The solvent shells of cluster ions produced by direct electric field extraction from glycerol/water mixtures. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2001, 15, 489. (see abstract or paper)
A.A.Balakin, A.F.Dodonov, M.I.Markin, L.I.Novikova,I.V.Soulimenkov, V.L.Talroze, B.A.Budnik, K.F.Haselmann, R.A.Zubarev. Polymer track membranes for extraction of ions from aqueous solutions at atmospheric pressure. Eur. J. Mass Spectrom. 2002, 8, 79. (see abstract or paper)