Евгений Ищенко: О криминалистике и не только: избранные труды

Информацию о поверхности в этих спектрометрах получают, облучив ее сфокусированным пучком ионов, электронов или фотонов. В результате с поверхности выбиваются атомы и их частицы, которые содержат всю нужную информацию о ее состоянии. Для декодирования информации используются анализаторы масс, энергий или монохроматоры.

Спектрометры характеризуются ничтожностью анализируемого участка (площадь до 1 мкм), способны уловить толщину анализируемого слоя до 1 атома с выявлением всех видов атомов в объекте с неизвестным составом. Чувствительность – 1 атом (искомый) на 100 млн. атомов матрицы при определении химической связанности атома с другими.

Анализ объема материала производится последовательным удалением с поверхности атомных слоев с обнажением следующих (наподобие перелистыванию книги). Такое послойное считывание производится на глубину от единиц атомных слоев до нескольких десятков микрон, причем по результатам измерений можно получить трехмерное изображение объемного распределения атомов нужного типа.

От физического принципа получения информации зависят тип спектрометра и его технические характеристики. Наиболее пригодны для криминалистических целей вторично-ионные масс-спектрометры, электронные оже-спектрометры, спектрометры обратно рассеянных ионов низких энергий и рентгеноэлектронные спектрометры.

Вторично-ионный масс-спектрометр (ВИМС) основан на распылении частиц поверхности ионным пучком и сортировке выбитых ионов и атомов для их идентификации по таблице Менделеева. Он имеет ионную пушку и анализатор выбитых с поверхности атомов и их соединений (кластеров). Информация получается в виде спектра, отражающего зависимость количества выбитых атомов от их масс. По ней определяется тип атома или соединения, а по величине сигнала массы – концентрация этого типа атомов. Разрешающая способность ВИМС по массам позволяет разделять в спектре изотопы всех элементов, а также разные соединения с одной атомной массой по весу их электронов.

Размеры анализируемого участка определяются диаметром зондирующего ионного пучка, который может быть сфокусирован до 0,5 микрона (большинство микрочастиц имеют размеры более 1 микрона). Последовательное удаление поверхностных атомных слоев с регистрацией изображений позволяет формировать трехмерную картину распределения атомов. Метод имеет особо высокую чувствительность (до 0,000001 %) по большинству веществ, позволяя обнаружить все элементы таблицы Менделеева. (Для сравнения заметим, что лазерный микроспектральный анализ имеет чувствительность на 3–4 порядка ниже.) Важное достоинство метода ВИМС по анализу следов контактного взаимодействия – простота подготовки анализируемого объекта.

Высокая чувствительность спектрометра позволяет обнаруживать и исследовать фоновые примеси даже в сверхчистых материалах. Практические исследования металлов, сплавов, диэлектриков, грунтов, растений, наркотических веществ, биологических тканей, жидкостей, ГСМ и др. показали, что фоновые микропримеси большинства этих объектов индивидуальны. У них разный состав и различная концентрация, что обеспечивает индивидуализацию исследуемого объекта.

Электронный оже-спектрометр (ЭОС) основан на принципе удаления сильно связанных электронов в атомах, на место которых переходят электроны меньших энергий. При переходе свою освобождающуюся энергию электрон отдает следующему электрону, который при избытке последней вылетает из атома и даже вообще из материала. Атомы устроены так, что все электроны в них связаны по-разному, одинаковых комбинаций энергий переходов нет. Поэтому если измерить энергию оже-электронов, то можно однозначно узнать, из какого атома они вылетели. Вследствие сложного электронного строения каждый атом испускает оже-электроны с несколькими разными энергиями, что обеспечивает однозначную идентификацию химического элемента.

Для возбуждения поверхностных оже-электронов служит электронная пушка, а для измерения их энергии – специальный анализатор. Регистрируется зависимость интенсивности выхода оже-электронов при разных энергиях. Составлен атлас таких зависимостей (спектров) для всех элементов. По энергиям и формам пиков в спектре определяется тип атомов, по величине пика – их концентрация в материале.

Оже-спектрометр позволяет производить элементный анализ всей таблицы Менделеева (кроме водорода и гелия). Толщина поверхностного слоя составляет 3–5 атомных слоев, чувствительность – до 0,1 %, площадь возбуждения – до 0,1 микрона. Следует подчеркнуть методическую отработанность и высокую достоверность оже-анализа, простоту и экспрессность определения концентрации элементов независимо от того, в каком химическом соединении они находятся.