Д. С. ДОВЖЕНКО, Ю. А. КУЗИЩИН,
И. Л. МАРТЫНОВ, А. А. ЧИСТЯКОВ
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ЛАЗЕРНО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДЕСОРБЦИЯ/ИОНИЗАЦИЯ МОЛЕКУЛ НИТРОАРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, СОРБИРОВАННЫХ В НАНОПОРИСТОМ КРЕМНИИ
Работа посвящена изучению явления поверхностной лазерно-стимулированной десорбции/ионизации нитроароматических соединений, предварительно нанесенных на поверхность нанопористого кремния из газовой фазы. Обнаружена сорбция тринитротолуола на поверхности пористого кремния, был обнаружен ионный сигнал соответствующий ионам тринитротолуола в ионном спектре в спектрометре ионной подвижности, идентифицированный как (TNT-H)-. При сравнении спектров ионной подвижности в различных газовых средах показано, что образование ионов тринитротолуола происходит в порах пористого кремния, либо на поверхности.
В настоящее время в связи с широким развитием приборов для обнаружения следов взрывчатых веществ, работающих на принципах спектрометрии ионной подвижности, представляет интерес исследование лазерной десорбции/ионизации органических (в частности ароматических и нитроароматических) молекул с твердотельных подложек. Сочетание метода лазерной десорбции и спектрометрии ионной подвижности [1] позволяет создавать портативные высокочувствительные газоанализаторы. Особый интерес представляет лазерная десорбция/ионизация молекул с использованием наноструктурированных твердотельных подложек, в том числе, нанопористого кремния (ПК) [2].
В работе проводилось исследование ионного сигнала с образца пористого кремния в спектрометре ионной подвижности в разных средах (воздух, азот) при лазерной десорбции/ионизации после сорбции на него ТНТ. На рис. 1 представлены спектры ионной подвижности с поверхности ПК в различных газовых средах (воздух, азот), при температуре сорбции 55ºС. На графике, соответствующем атмосфере воздуха (рис. 1, линия а) наблюдается 3 четко выраженных пика. Самый крупный пик с временами дрейфа 40-55 мс – фоновый сигнал, представляет собой совокупность отрицательных ионов кислорода, их комплексов с молекулами воды и ионов молекул различных соединений, сорбированных в порах пористого кремния вместе с молекулами ТНТ.
Рис. 1. Спектры ионной подвижности в различных газовых средах при лазерной десорбции/ионизации с поверхности пористого кремния после сорбции молекул ТНТ (плотность энергии возбуждающего излучения 15 мДж/см2):
линия а – спектр в воздушной атмосфере (светло-серый),
линия б – спектр в атмосфере азота (тёмно-серый)
Два пика с подвижностями 1.55 см2/В∙с (62 мс) и 2.48 см2/В∙с (38 мс) появляются поле сорбции молекул ТНТ в порах пористого кремния. Пик с подвижностью 1.55 см2/В∙с соответствует молекулам ТНТ и интерпретируется как (ТНТ-Н)-. Вертикальная линия, соответствующая подвижности 1.49 см2/В∙с, определяет положение ионов (ТНТ)- которые наблюдаются только в атмосфере азота [3]. Пик с подвижностью 2.48 см2/В∙с предположительно соответствует ионам (NO3). При переходе в атмосферу азота (рис. 1, линия б) амплитуда пика, соответствующего ионам (ТНТ-Н)- практически не меняется. Совокупность экспериментальных результатов, с учетом более ранних работ [3] позволяет утверждать, что ионы (ТНТ-Н)- образуются на поверхности ПК, либо в его порах.
Список литературы
1. Oberhüttinger C., Langmeier A., Oberpriller H., et. al. Hydrocarbon detection using laser ion mobility spectrometry. Int. J. Ion Mobil. Spec. 2009. V.P.23-32.
2. Kotkovskiy G. E., Kuzishchin Y. A., Martynov I. L., Chistyakov A. A., Nabiev I. R. The Photophysics of Porous Silicon: Technological and Biomedical Implications. Phys. Chem. Chem. Phys. 20P..
3. Мартынов образования ионов нитроароматических молекул в газовой фазе и на поверхности пористого кремния при УФ-лазерном воздействии. Диссертация на соискание учёной степени к. ф.-м. н. М.: НИЯУ МИФИ, 2011.
