Новости

6 Февраля, 2019 15:53

Сибирские ученые разрабатывают высокоточный способ обнаружения взрывчатых и наркотических соединений

Поиск этих веществ по минимальным концентрациям может применяться для противодействия терроризму, распространению и хранению наркотиков. Чтобы определить состав соединений, часто используется масс-спектрометрический метод. С его помощью можно выяснить, что человек прикасался к определенному веществу, просто протерев его пальцы: снятых остатков материала будет достаточно для анализа. Для подобных исследований требуется дорогое наукоемкое оборудование. Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разработали насадку на масс-спектрометр, позволяющую увеличить чувствительность метода.
Фото: насадка на масс-спектрометр, созданная специалистами Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН. Источник: Надежда Дмитриева // Наука в Сибири

«Суть масс-спектрометрии — в определении массы атомов или молекул по характеру перемещения ионов в электрическом и магнитном полях. Для того чтобы получить ион, регистрируемый детектором, нужно отнять или добавить электрон к нейтральному атому или молекуле исследуемого соединения. Этот процесс называется ионизацией и проводится по-разному. В случае анализа органических веществ (а исследуемые соединения относятся к этому классу. — Прим. ред.), которые нельзя перевести в газовую фазу без риска разложения, их подвергают электрораспылению или химической ионизации при атмосферном давлении», — объясняет научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Григорьевич Шевень.

Первый способ подразумевает, что вещество поступает на ионизацию в составе полярного растворителя, в котором присутствуют заряженные частицы (это может быть вода, спирт, ацетонитрил). Анализируемое соединение приобретает положительный либо отрицательный заряд благодаря прикрепившемуся к нему иону из растворителя, и далее, в зависимости от полярности источника электрораспыления, заряженная частица вещества может быть зарегистрирована детектором. Во втором случае полярный растворитель используется не всегда, вещество добавляется в жидкость, затем смесь испаряется при помощи нагретого газа, а ионизируется уже летучая фаза. 

Однако для этих методов характерна высокая потеря заряженных частиц при входе в масс-спектрометр. Разработка сотрудников ИНХ СО РАН позволяет повысить количество ионов, попадающих в прибор, и избежать применения высоких напряжений для ионизации. Исследователи создали специальную насадку на масс-спектрометр, в которой происходит распыление капель, их зарядка и последующая очистка от растворителя до «голых» ионов за счет нагрева в капилляре насадки, через который происходит всасывание вещества в масс-спектрометр. Увеличить количество ионов ученым удалось благодаря использованию аэродинамического распада капель с помощью механизма «пузырь» в тот момент, когда заряженные частицы поступают в зону высокого вакуума. Для его создания нейтральные молекулы откачиваются из масс-спектрометра, вследствие этого возникает высокоскоростной поток газа, который и провоцирует распад капель. 

«Механизм “пузырь” заключается в том, что у любой заряженной капли ионы одного знака собираются преимущественно на границе раздела жидкость — газ, поскольку диполи (молекулы, у которых положительный и отрицательный заряды разнесены. — Прим. ред.) в капле ориентируются определенным образом. Когда она подвергается воздействию потока газа, то сначала становится плоской, затем в ней появляется углубление, а после капля превращается в пузырь, который лопается. Разрывается оболочка, и более мелкие фрагменты, образовавшиеся при распаде приповерхностной части пузыря, будут иметь положительный заряд, а более крупные, внутренние, — отрицательный», — объясняет Дмитрий Шевень.

Работа ведется в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» и рассчитана на два года. За первые шесть месяцев специалисты ИНХ СО РАН апробировали метод, юстировали систему ионизации при аэродинамическом распаде капель, смогли детектировать гексоген (взрывчатое вещество) и алкалоиды опия из раствора в концентрации 10-6 грамм на грамм.

«Во время дальнейшей работы мы хотим получить капли меньшей размерности, определить предел обнаружения исследуемых веществ как из чистых растворов, так и из грязных матриц (а именно такими и будут собираемые в реальных условиях образцы. — Прим. ред.). Сейчас для того, чтобы установить, есть ли взрывчатое или наркотическое вещество на поверхности, мы протираем ее салфеткой, помещаем в раствор и уже полученную жидкость отправляем на анализ в масс-спектрометр. В планах следующего года — сразу воздействовать на исследуемый объект ионизирующим спреем и вводить в капилляр прибора», — рассказывает Дмитрий Шевень.


18 Сентября, 2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях тве...
18 Сентября, 2020
Исследование алмазного потенциала Архангельской области позволит продолжить добычу алмазов в регионе
Российский научный фонд в рамках президентской программы исследовательских проектов выделил 15 млн р...