В Рязанском государственном радиотехническом университете работе в инновационном поле уделяется большое внимание. В числе перспективных направлений – создание масс-спектрометра времяпролетного типа на кафедре промышленной электроники.
О приборе, области его применения и проблемах, которые необходимо решить для его создания, корреспондент «РВ» беседует с профессором кафедры, доктором физико-математических наук Евгением МАМОНТОВЫМ, который возглавляет работу по этому направлению.
Р.В. – Евгений Васильевич, масс-спектрометрия – новое явление в приборостроении?
Е.М. – Нет, но очень перспективное. Развитию масс-спектрометрии придается огромное значение во всех развитых странах мира. Десятки фирм в США, Японии, Германии занимаются разработкой и внедрением таких приборов. По официальной статистике, мировой выпуск масс-спектрометров постоянно растет. Они востребованы рынком несмотря на то, что это сложные, наукоемкие и очень дорогостоящие приборы. Стоимость одного может составлять более миллиона долларов.
Р.В. – Финансовые вложения оправданны?
Е.М. – Безусловно. Масс-спектрометры используются чуть ли не во всех сферах деятельности, в том числе биологии, медицине, фармакологии. С использованием масс-спектрометров проводится контроль за состоянием пищевых продуктов, мониторинг окружающей среды. Оборудование, созданное на основе масс-спектрометрического анализа, также используется работниками правоохранительных служб. Здесь и борьба с незаконным оборотом наркотических средств, выявление взрывчатых веществ в местах большого скопления людей. Помимо этого, масс-спектрометры широко используются в нефтехимии и металлургии, астрономии и космонавтике. Это далеко не полный перечень, потому что область применения этих приборов очень широка.
Р.В. – В чем заключается преимущество таких приборов перед другими, традиционными, средствами или способами определения, к примеру, наличия наркотических средств в крови или взрывчатки в багаже пассажиров?
Е.М. – Масс-спектрометрические методы позволяют анализировать состав газообразных и твердых веществ на молекулярном и атомарном уровне. Можно исследовать отдельные молекулы и атомы, то есть получить очень тонкий анализ структуры вещества. Причем оперативно, в реальном масштабе времени за единицы секунд. К сожалению, в России эта отрасль развита слабо. Выпуском единичных приборов занимаются несколько фирм и предприятий. В их числе отделение Российской академии наук – ЗАО «Эксан» физико-технического института им. Иоффе. В среднем в нашей стране производится всего 25 масс-спектрометрических приборов, хотя в ряде отраслей допускается использование только отечественной аппаратуры и оборудования. Например, в военной промышленности, космонавтике или атомной энергетике. Приборы, созданные на основе принципов масс-спектрометрии, там особенно необходимы. Их применение будет говорить не только об определенной «продвинутости», но и о гарантированном качестве работы систем и блоков.
Но пока Россия отстает по внедрению такого оборудования. Для сравнения. По исследованиям независимых экспертов, в 2007 году совокупность выпуска и реализации масс-спектрометрических приборов в мире оценивалась в 8,4 миллиарда долларов, в 2011 – 9,7 миллиарда долларов.
На российском рынке в 2007 году объемы покупки и потребления зарубежной масс-спектрометрической продукции составляли 1 миллиард 128 миллионов рублей, в 2011 – 1,5 миллиарда. В 2007 году в России выпущено и реализовано 110 приборов, в 2011 уже 226.
Р.В. – Области применения у масс-спектрометров разные, получается, что существует множество модификаций?
Е.М. – Существует три вида масс-спектрометрических приборов. Магнитные, квадрупольные, времяпролетные. Все превращают вещество в заряженные частицы. Эти частицы начинают бегать, летать, но в зависимости от того, какая у них масса, тяжелые – медленно, легкие – быстрее. Траектория частиц будет различная в электрических и магнитных полях. В принципе, все эти приборы работают на этом эффекте. Электрические магнитные поля действуют по-разному на заряженные частицы с различной массой. Информация на приборе отражается в виде специального спектра. Наша задача написать диаграмму – масс-спектр, то есть определяем количественный или качественный состав вещества.
Выводы будут делать специалисты, которые проведут идентификацию по полученной информации.
Р.В. – В чем заключается новизна вашего прибора?
Е.М. – Мы придумали и развили новый способ времяпролетного разделения этих заряженных частиц, который позволяет улучшить аналитические и коммерческие характеристики. По этой тематике мы получили 8 патентов в течение последних пяти лет. От общего выпуска времяпролетные масс-спектрометры составляют всего тридцать процентов, но у них есть недостаток – не могут проводить анализ частиц с широким диапазоном энергии. Мы пытаемся разработать усовершенствованный прибор, позволяющий улучшить времяпролетные характеристики, и сейчас находимся на стадии создания опытного образца. Эта работа не одного дня. На нее в общей сложности затрачено порядка 5-7 лет. Разработали, запатентовали, опубликовали, доложили и только потом начали заниматься разработкой экспериментального образца. С недавнего времени работа продвигается на порядок быстрее. При поддержке Правительства Рязанской области, Российского фонда фундаментальных исследований, Фонда поддержки малых предприятий наукоемких технологий мы участвуем в конкурсах, которые проводит наше Министерство образования и науки. Помимо этого, нам оказывает посильную поддержку Российский фонд поддержки малых предприятий в научной сфере. Мы, к слову, такое предприятие создали. Вот так, как говорится, с миру по нитке…
Р.В. – Следующий этап – запуск в производство?
Е.М. – Не так все просто. Если мы увидим, что прибор действительно оправдывает наши надежды и хорошо работает, мы должны отработать технологии изготовления самого анализатора. В этом и кроется по большому счету оригинальность его создания.
Р.В. – Обычно от идеи до создания опытного образца – дистанция огромного размера. Не возникает ли опасность, что найдутся более состоятельные и предприимчивые люди и воспользуются вашими уже опубликованными идеями?
Е.М. – В каждом приборе существует своя изюминка, и чтобы реализовать этот метод, нужно создать электронную систему, которая будет формировать высокоточное квадрупольное поле. В этом и заключается основная трудность. Мы разрабатываем технологичный способ, который можно запустить в серийное производство, и надеемся, что он будет приемлем по цене и по точности. Если мы этот прибор создадим, то он, конечно же, будет конкурентоспособным. Уверенность в том, что он окажется дешевле своих «собратьев» и будет иметь лучшие характеристики, у нас есть.