RU197959U1 - DEVICE FOR RESEARCH OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA BY OPTICAL AND NMR SPECTROSCOPY METHODS - Google Patents
DEVICE FOR RESEARCH OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA BY OPTICAL AND NMR SPECTROSCOPY METHODS Download PDFInfo
- Publication number
- RU197959U1 RU197959U1 RU2020103578U RU2020103578U RU197959U1 RU 197959 U1 RU197959 U1 RU 197959U1 RU 2020103578 U RU2020103578 U RU 2020103578U RU 2020103578 U RU2020103578 U RU 2020103578U RU 197959 U1 RU197959 U1 RU 197959U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- spectrometer
- nmr
- microwave plasma
- aes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
- G01N23/09—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being neutrons
Abstract
Полезная модель относится к области исследования и анализа материалов. Предложено устройство для исследования компонент вещества, включающее последовательно соединенные блоки: первый блок распылителя и распылительной камеры, второй блок плазменной горелки с магнетроном и третий блок системы пробоотборных конусов, электростатических линз и зеркала. При этом в указанном третьем блоке происходит разделение микроволновой плазмы на поток света и поток ионов. Свет с помощью зеркала направляется в атомно-эмиссионный спектрометр (АЭС-спектрометр), а поток ионов проходит через отверстия в системе пробоотборных конусов и затем с помощью электростатических линз направляется в ЯМР-спектрометр. Все указанные блоки соединены с компьютером, который управляет их работой, а также запоминает и обрабатывает по общей компьютерной программе результаты работы ЯМР-спектрометра и АЭС-спектрометра. Достигаемый технический результат заключается в возможности получения спектров ЯМР и атомно-эмиссионного спектра исследуемого вещества одновременно, что позволяет более надежно и точно исследовать образец, исключая неоднозначности и затруднения в расшифровке ЯМР спектра. 1 ил.The utility model relates to the field of research and analysis of materials. A device for studying the components of a substance is proposed, which includes series-connected blocks: the first block of the atomizer and the spray chamber, the second block of a plasma torch with a magnetron, and the third block of the system of sampling cones, electrostatic lenses, and mirrors. In this third block, microwave plasma is divided into a stream of light and a stream of ions. The light is directed through a mirror to an atomic emission spectrometer (AES spectrometer), and the ion flux passes through holes in the sampling cone system and then is sent to an NMR spectrometer using electrostatic lenses. All of these blocks are connected to a computer that controls their work, and also stores and processes the results of the NMR spectrometer and AES spectrometer using a common computer program. The technical result achieved consists in the possibility of obtaining NMR and atomic emission spectra of the test substance at the same time, which allows a more reliable and accurate study of the sample, eliminating ambiguities and difficulties in decoding the NMR spectrum. 1 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Предлагаемая полезная модель относится к области исследования и анализа материалов, а именно к устройству для исследования веществ с помощью методов спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) (элементного, изотопного, структурного) и атомно-эмиссионной спектроскопии (АЭС) (элементного, структурного) с помощью микроволновой плазмы (МП). Это устройство объединяет два самостоятельных метода: спектроскопию ядерного магнитного резонанса с микроволновой плазмой (ЯМРС-МП) и атомно-эмиссионную спектроскопию с микроволновой плазмой (АЭС-МП).The proposed utility model relates to the field of research and analysis of materials, and in particular to a device for the study of substances using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy (elemental, isotopic, structural) and atomic emission spectroscopy (nuclear) (elemental, structural) methods using microwave plasma (MP). This device combines two independent methods: nuclear magnetic resonance spectroscopy with microwave plasma (NMR-MP) and atomic emission spectroscopy with microwave plasma (AES-MP).
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники [Robert S. Houk et. al. Inductively coupled argon plasma as an ion source for mass spectrometric determination of trace elements / Analytical Chemistry, 1980, V. 52, N. 14, pp. 2283-2289] известно устройство масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой, которое, по существу, есть ЯМР спектрометр с индуктивно связанной плазмой [Беккер Ю. Спектроскопия / Пер. с нем. - М.: Техносфера, 2017, 528 с., с. 225]. В отечественной литературе такое устройство известно как масс-спектрометр с ионно-циклотронным резонансом, который обладает наивысшей в масс-спектрометрии разрешающей способностью.From the prior art [Robert S. Houk et. al. Inductively coupled argon plasma as an ion source for mass spectrometric determination of trace elements / Analytical Chemistry, 1980, V. 52, N. 14, pp. 2283-2289] known device mass spectrometer with inductively coupled plasma, which, in essence, is an NMR spectrometer with inductively coupled plasma [Becker J. Spectroscopy / TRANS. with him. - M .: Technosphere, 2017, 528 p., P. 225]. In the domestic literature, such a device is known as a mass spectrometer with ion cyclotron resonance, which has the highest resolution in mass spectrometry.
В качестве недостатка этого устройства следует отметить невозможность получения атомно-эмиссионного спектра исследуемого образца.The disadvantage of this device is the impossibility of obtaining the atomic emission spectrum of the test sample.
Микроволновая плазма отличается от индуктивно связанной плазмы более низкой предельной температурой (примерно до 6000°К), но может также быть использована для работы ЯМР спектрометра.A microwave plasma differs from an inductively coupled plasma in a lower limit temperature (up to about 6000 ° K), but can also be used to operate an NMR spectrometer.
При этом из уровня техники также известно устройство оптического спектрометра с микроволновой плазмой [Ng K.С., Garner T.J. Microwave-Induced Plasma Atomic Absorption Spectrometry with Solution Nebulization and Desolvation-Condensation / Applied Spectroscopy, 1993, V. 47, №2, pp. 241-243].Moreover, the device of an optical spectrometer with a microwave plasma [Ng K.C., Garner T.J. Microwave Induced Plasma Atomic Absorption Spectrometry with Solution Nebulization and Desolvation-Condensation / Applied Spectroscopy, 1993, V. 47, No. 2, pp. 241-243].
В качестве недостатка этого устройства следует отметить невозможность получения ЯМР спектра исследуемого образца.As a disadvantage of this device, it is necessary to note the impossibility of obtaining the NMR spectrum of the test sample.
Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в возможности получения спектров ЯМР и атомно-эмиссионного спектра исследуемого вещества одновременно, что позволяет более надежно и точно исследовать образец, исключая неоднозначности и затруднения в расшифровке ЯМР спектра. Эти неоднозначности и затруднения в ЯМР-спектрометре с МП могут быть исключены или уменьшены с помощью информации, полученной из расшифровки АЭС-МП и обработки этой информации по компьютерной программе, учитывающей одновременно результаты работы ЯМРС-МП и АЭС-МП.The technical result of the proposed utility model is the possibility of obtaining NMR spectra and the atomic emission spectrum of the test substance at the same time, which allows more reliable and accurate study of the sample, eliminating ambiguities and difficulties in decoding the NMR spectrum. These ambiguities and difficulties in the NMR spectrometer with MP can be eliminated or reduced with the help of information obtained from decoding the AES-MP and processing this information using a computer program that takes into account the results of the operation of the NMR-MP and AES-MP.
Указанный технический результат достигается предлагаемым в данной заявке устройством для исследования компонент вещества, которое включает последовательно соединенные блоки: первый блок распылителя и распылительной камеры, второй блок плазменной горелки с магнетроном и третий блок системы пробоотборных конусов, электростатических линз и зеркала, при этом в указанном третьем блоке происходит разделение микроволновой плазмы на поток света, который с помощью зеркала направляется в атомно-эмиссионный спектрометр (АЭС-спектрометр), и на поток ионов, который проходит через отверстия в системе пробоотборных конусов и затем с помощью электростатических линз направляется в ЯМР-спектрометр. Все указанные блоки соединены с компьютером, который управляет их работой, а также запоминает и обрабатывает по общей компьютерной программе результаты работы ЯМР-спектрометра и АЭС-спектрометра.The specified technical result is achieved by the device for studying the component of the substance proposed in this application, which includes series-connected blocks: the first block of the sprayer and the spray chamber, the second block of the plasma torch with a magnetron and the third block of the sampling cone system, electrostatic lenses and mirrors, while in the third In the unit, the microwave plasma is divided into a stream of light, which is sent through a mirror to an atomic emission spectrometer (AES spectrometer), and to an ion stream, which passes through holes in the system of sampling cones and then is sent to an NMR spectrometer using electrostatic lenses. All of these blocks are connected to a computer that controls their work, and also stores and processes the results of the NMR spectrometer and AES spectrometer using a common computer program.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство включает: распылитель и распылительную камеру (блок 1); плазменную горелку с магнетроном (блок 2); систему пробоотборных конусов, электростатических линз и зеркала (блок 3); ЯМР-спектрометр (блок 4); АЭС-спектрометр (блок 5); компьютер (блок 6).In FIG. 1 presents a structural diagram of the proposed device. The device includes: a sprayer and a spray chamber (block 1); plasma torch with magnetron (block 2); a system of sampling cones, electrostatic lenses and mirrors (block 3); NMR spectrometer (block 4); AES spectrometer (block 5); computer (block 6).
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Блоки 1, 2, 3 и 4 соединены между собой вакуумно-плотно, подключены к системе форвакуумной и высоковакуумной откачки, снабжены системой вентилей, позволяющей регулировать в каждом из них давление, а также измерять его с помощью соответствующих устройств. АЭС-спектрометр (блок 5) работает при атмосферном давлении. Все блоки соединены с компьютером 6, который управляет работой каждого блока, запоминает результаты работы ЯМР-спектрометра и АЭС-спектрометра, а затем расшифровывает и обрабатывает их совместно по единой программе.
Исследуемый образец поступает в распылитель, а затем в распылительную камеру (блок 1). Из распылительной камеры аэрозоль потоком газа-носителя переносится в плазменную горелку кассетного типа (блок 2). В качестве газа-носителя можно использовать азот из воздуха, который можно получить с помощью генератора азота, что значительно дешевле, чем использование Аг или Не. В плазменной горелке (блок 2) с помощью магнетрона возбуждается плазма. Магнетрон аналогичен тому, который используется в бытовых микроволновых печах и выпускается промышленностью для них в огромных количествах, а потому во много раз дешевле высоко частотных генераторов для индуктивно связанной плазмы. Магнитное поле магнетрона частотой ~2450 МГц создает линии магнитной индукции, совпадающие с осью плазменной горелки, а силовые линии электрического поля направлены перпендикулярно магнитным. Это приводит к получению стабильной микроволновой плазмы с температурой до 6000°К, что позволяет получать атомно-эмиссионный спектр элементов проще, чем при работе с индуктивно связанной плазмой. Далее в блоке 3 световое излучение МП зеркалом (закрепленным в пространстве до системы пробоотборных конусов) направляется в АЭС-спектрометр (блок 5). Вариант расположения зеркала до пробоотборных конусов дает значительно больший поток света в АЭС-спектрометр, по сравнению с тем вариантом, когда зеркало расположено после системы пробоотборных конусов, так как диаметр отверстия в конусах порядка долей миллиметра.The test sample enters the atomizer, and then into the spray chamber (block 1). From the spraying chamber, the aerosol is transferred by a carrier gas stream to a cassette-type plasma torch (block 2). Nitrogen from air can be used as a carrier gas, which can be obtained using a nitrogen generator, which is much cheaper than using Ar or He. In a plasma torch (block 2), plasma is excited using a magnetron. The magnetron is similar to that used in household microwave ovens and is produced by industry in large quantities for them, and therefore is many times cheaper than high-frequency generators for inductively coupled plasma. A magnetron’s magnetic field with a frequency of ~ 2450 MHz creates lines of magnetic induction that coincide with the axis of the plasma torch, and the lines of force of the electric field are directed perpendicular to the magnetic. This leads to the production of a stable microwave plasma with temperatures up to 6000 ° K, which makes it possible to obtain the atomic emission spectrum of elements more easily than when working with inductively coupled plasma. Then, in
АЭС-спектрометр (блок 5) работает при атмосферном давлении, а ЯМР-спектрометр (блок 4) работает при давлении порядка 10-4 Па. По этой причине световой луч выходит из блока 3 через светопроводящий материал (кварц, сапфир), который вакуумно плотно через прокладки разделяет блок 3 и блок 5. Блок 3 герметичен, откачивается форвакуумными и высоковакуумными насосами. При этом в блоке 3 поток ионов плазмы проходит через систему пробоотборных охлаждаемых конусов с отверстиями в вершинах, между которыми производится ступенчатая откачка: вначале на форвакуум (примерно до 0,1 Па), а затем на высокий вакуум (примерно до 10-4 Па). Ионы плазмы проходят через отверстия в вершинах пробоотборных конусов (так называемых, самплеров и скиммеров), а затем с помощью системы электростатических линз (так называемых, омега-линз) направляются в ЯМР-спектрометр (блок 4). Прямолинейный световой луч, проходящий через тонкие отверстия в вершинах пробоотборных конусов (диаметром порядка десятых долей миллиметра), ослабляется и гасится, попадая в заслонку. Результаты работы АЭС-спектрометра (блок 5) и ЯМР-спектрометра (блок 4) запоминаются компьютером (блок 6) и поступают в программу совместной обработки данных, полученных одновременно двумя методами, что значительно повышает надежность и точность анализа образца.AES spectrometer (block 5) operates at atmospheric pressure, and an NMR spectrometer (block 4) operates at a pressure of the order of 10 -4 Pa. For this reason, a light beam exits block 3 through a light guide material (quartz, sapphire), which vacuum separates
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса с микроволновой плазмой (ЯМРС-МП) обладает преимуществом по сравнению с атомно-эмиссионной спектроскопией с микроволновой плазмой (АЭС-МП) за счет более высокой чувствительности и стабильности ЯМР спектра и более широкого диапазона концентраций образцов. При этом в методе ЯМРС-МП также существует много проблем, связанных с изобарными интерференциями, полиатомными наложениями, двух и многозарядными ионами, разрешающей способностью и т.д. По этой причине дополнительная информация из АЭС-МП позволит уменьшить эти проблемы и повысить пределы обнаружения элементов.Microwave plasma nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR-MP) has an advantage over microwave plasma atomic emission spectroscopy (AES-MP) due to the higher sensitivity and stability of the NMR spectrum and a wider range of sample concentrations. Moreover, in the NMR-MP method, there are also many problems associated with isobaric interference, polyatomic overlays, two and multiply charged ions, resolution, etc. For this reason, additional information from NPP-MP will reduce these problems and increase the detection limits of elements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103578U RU197959U1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | DEVICE FOR RESEARCH OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA BY OPTICAL AND NMR SPECTROSCOPY METHODS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103578U RU197959U1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | DEVICE FOR RESEARCH OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA BY OPTICAL AND NMR SPECTROSCOPY METHODS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU197959U1 true RU197959U1 (en) | 2020-06-09 |
Family
ID=71067014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103578U RU197959U1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | DEVICE FOR RESEARCH OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA BY OPTICAL AND NMR SPECTROSCOPY METHODS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU197959U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2007703C1 (en) * | 1991-06-14 | 1994-02-15 | Институт общей физики РАН | Method and device for spectral analyzing of material element composition |
DE69605041T2 (en) * | 1995-06-07 | 2000-03-16 | Univ California | DETECTION OF TRANSMEMBRANE POTENTIALS BY OPTICAL PROCESSES |
RU2157988C2 (en) * | 1998-06-15 | 2000-10-20 | Томский политехнический университет | Method for nuclear-absorption spectral analysis of elementary composition of material and device which implements said method |
RU2702854C1 (en) * | 2019-03-27 | 2019-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, (ИАиЭ СО РАН) | Method of determining content of elements and forms of their presence in a dispersed sample and its granulometric composition |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103578U patent/RU197959U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2007703C1 (en) * | 1991-06-14 | 1994-02-15 | Институт общей физики РАН | Method and device for spectral analyzing of material element composition |
DE69605041T2 (en) * | 1995-06-07 | 2000-03-16 | Univ California | DETECTION OF TRANSMEMBRANE POTENTIALS BY OPTICAL PROCESSES |
RU2157988C2 (en) * | 1998-06-15 | 2000-10-20 | Томский политехнический университет | Method for nuclear-absorption spectral analysis of elementary composition of material and device which implements said method |
RU2702854C1 (en) * | 2019-03-27 | 2019-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, (ИАиЭ СО РАН) | Method of determining content of elements and forms of their presence in a dispersed sample and its granulometric composition |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104569234B (en) | It connects four polar form mass spectrographs | |
Li et al. | Hydride generation-point discharge microplasma-optical emission spectrometry for the determination of trace As, Bi, Sb and Sn | |
Galli et al. | Optical detection of radiocarbon dioxide: first results and AMS intercomparison | |
WO2021093278A1 (en) | Light spectrum-mass spectrum combined apparatus and detection method | |
CN104241077B (en) | Normal pressure micro-glow discharge maldi mass spectrometer ion gun of magnetically confined and mass spectrometer | |
CN111477533A (en) | Device for ion generation, transmission and mass spectrum combination of low vacuum system | |
US11705319B2 (en) | Discharge chambers and ionization devices, methods and systems using them | |
RU197959U1 (en) | DEVICE FOR RESEARCH OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA BY OPTICAL AND NMR SPECTROSCOPY METHODS | |
JP4848657B2 (en) | MS / MS mass spectrometer | |
CN106885837B (en) | A kind of method of the highly sensitive detection pesticide sample of fast and stable | |
RU195642U1 (en) | DEVICE FOR MASS-SPECTROMETRIC AND SPECTROSCOPIC STUDY OF SUBSTANCE COMPONENTS USING MICROWAVE PLASMA | |
Li et al. | Ambient ionization and direct identification of volatile organic compounds with microwave‐induced plasma mass spectrometry | |
RU190046U1 (en) | DEVICE FOR MASS SPECTROMETRIC AND SPECTROSCOPIC RESEARCH COMPONENTS OF SUBSTANCE WITH THE HELP OF AN INDUCTIVE ASSOCIATED PLASMA | |
Albert et al. | Chemometric optimization of a low-temperature plasma source design for ambient desorption/ionization mass spectrometry | |
Brkić et al. | An optimised quadrupole mass spectrometer with a dual filter analyser for in-field chemical sniffing of volatile organic compounds | |
CN114430855B (en) | Automatic standardized spectrometer | |
JP2000100374A (en) | Icp-ms analytical equipment | |
US11906449B2 (en) | Mass spectrometer | |
WO2022209076A1 (en) | Mass spectrometry device and mass spectrometry method | |
KR20190068836A (en) | TOF MS gas mass analysis monitoring system for semiconductor process chamber and gas line | |
WO2023074480A1 (en) | Gas analysis device and control method | |
Dünnbier | Plasma jets for life science applications: characterisation and tuning of the reactive species composition | |
US20240038515A1 (en) | Mass Spectrometer and Mass Spectrometry Method | |
JP2012234632A (en) | Mass spectroscopy | |
WO2022201705A1 (en) | Mass spectrometry device and mass spectrometry method |