Российские физики научились точно определять состав материала за минуту

Специалисты из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" создали новую схему работы лазерного масс-спектрометра, который позволяет напрямую определять элементный состав материалов, не используя так называемые стандартные образцы (эталоны). Новый метод значительно ускоряет и удешевляет процесс анализа, позволяя проводить его на компактном приборе. Результаты исследования были опубликованы в "European Journal of Mass Spectrometry".

"Наиболее явное практическое значение нашей работы - в потенциале создания на базе предложенной схемы очень компактного, но при этом чувствительного, высокопроизводительного и, соответственно, более конкурентоспособного по цене прибора для безэталонного анализа", - отметил профессор НИЯУ МИФИ Алексей Сысоев.

Процесс анализа состава любой материи можно разложить на три составляющие: определение элементного состава - то есть, понимание того, в каких пропорциях в образце содержатся химические элементы таблицы Менделеева, молекулярный анализ и изотопный анализ вещества. В данном случае мы говорим только об элементном анализе.

Традиционные методы элементного анализа требуют изнурительной пробоподготовки. Если исследуемый образец твердый, как это бывает, например, в случае анализа минералов, его требуется растворить, что занимает время, а также увеличивает возможность загрязнения.

Кроме длительной пробоподготовки требуется сравнение со стандартным образцом вещества, так называемым эталоном, чтобы не ошибиться в составе целого. Ведь исследуемый фрагмент может содержать вкрапления других минералов. Поэтому для масс-спектрометрии специально приобретаются эталоны, которые в результате увеличивают стоимость анализа. Это дорогие пробы, состав которых достоверно известен. Например, существуют стандартные сплавы бронзы с определенным набором примесей.

Ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" предложили новую технологию создания лазерного масс-спектрометра с клиновидными ионными зеркалами-рефлекторами. Особенностью метода в данном случае стала универсальность анализа твердых материалов, не требующая использования эталонов. Так называемый "безэталонный элементный анализ" - прямое определение элементного состава образцов, которое при определении концентраций элементов в пробе не обязывает проводить параллельный анализ эталонных проб уже известного состава.

Создание метода предполагает и усовершенствование лазерного масс-спектрометра. Сильными сторонами нового прибора-анализатора ученые НИЯУ МИФИ называют допустимость широкого энергетического разброса, компактность и минимизированные требования к источникам питания. Среди других достоинств прибора они отмечают способность анализировать все классы веществ, чистоту метода, возможность локального и послойного анализа, а также отсутствие интерференции кластерных ионов. Благодаря импульсному режиму работы такой анализатор хорошо сочетается с лазерным источником ионов.

Создание данного метода предполагает значительное снижение стоимости как одного прибора, так и одного анализа. Это даст возможность расширить возможности масс-спектрометрии в криминалистике, где особенно важна быстрота экспертиз; это открывает новые перспективы в медицине, а именно в областях, связанных с анализом микроэлементов в составе волос и ногтей человека; этот метод может повысить точность определения состава объектов, перемещаемых через границу на вокзалах и в аэропортах, а также ускорить анализ образцов почвы для получения правильной картины экологической обстановки в определенной местности.