Пеннинг-ионизация

Пеннинговская ионизация — это форма хемиионизации , процесса ионизации, включающего реакции между нейтральными атомами или молекулами. Эффект Пеннинга находит практическое применение в таких устройствах, как газоразрядные неоновые лампы и люминесцентные лампы , где лампа заполняется смесью Пеннинга для улучшения электрических характеристик ламп.

История

Процесс назван в честь голландского физика Франса Мишеля Пеннинга, который впервые сообщил о нем в 1927 году. Пеннинг начал работать в лаборатории Philips Natuurkundig в Эйндховене, чтобы продолжить исследование электрического разряда в инертных газах. Позднее он начал измерения по высвобождению электронов с металлических поверхностей положительными ионами и метастабильными атомами и особенно по эффектам, связанным с ионизацией метастабильными атомами.

Реакция

Пеннинговская ионизация относится к взаимодействию между электронно-возбужденным атомом газовой фазы G ^* и молекула-мишень M. Столкновение приводит к ионизации молекулы с образованием катиона M ^+. , электрон e ⁻ и молекула нейтрального газа G в основном состоянии. Пеннинговская ионизация происходит за счет образования высокоэнергетического столкновительного комплекса, развивающегося в сторону образования катионных частиц за счет выброса электрона высокой энергии.

${\ce {{G^{\ast }}+M->{M^{+\bullet }}+{e^{-}}+G}}$

Процесс ионизационного взаимодействия между возбужденной молекулой и молекулой-мишенью.

Пеннинговская ионизация происходит, когда молекула-мишень имеет потенциал ионизации ниже, чем энергия возбуждения атома или молекулы в возбужденном состоянии.

Варианты

Когда суммарная энергия электронного возбуждения сталкивающихся частиц достаточна, то в ассоциативный пеннинговский акт ионизации может внести свой вклад и энергия связи двух частиц, скрепившихся вместе. Ассоциативная пеннинговская ионизация также может возникать:

${\ce {{G^{\ast }}+M->{MG^{+\bullet }}+e^{-}}}$

Поверхностная пеннинговская ионизация (оже-девозбуждение) относится к взаимодействию газа в возбужденном состоянии с поверхностью S, приводящему к высвобождению электрона:

${\ce {{G^{\ast }}+S->{G}+{S}+e^{-}}}$

Символ положительного заряда ${\ce {S+}}$ то, что, по-видимому, необходимо для сохранения заряда, опущено, поскольку S представляет собой макроскопическую поверхность, и потеря одного электрона имеет незначительный эффект.

Приложения

Электронная спектроскопия

Пеннинговская ионизация была применена в ионизационной электронной спектроскопии Пеннинга ( PIES ) для детектора газовой хроматографии в тлеющем разряде с использованием реакции для He. ^* или Не ^* . Кинетическая энергия выброшенного электрона анализируется путем столкновений мишени (газа или твердого тела) с метастабильными атомами путем сканирования тормозящего поля в пролетной трубке анализатора в присутствии слабого магнитного поля. Электрон, образующийся в результате реакции, имеет кинетическую энергию E, определяемую:

$E=E_{\text{m}}+IE$

Энергия электронов пеннинговской ионизации не зависит от условий экспериментов или каких-либо других видов, поскольку и Em _, и IE являются атомными или молекулярными константами энергии He. ^* и энергия ионизации данного вида. Пеннинговская ионизационная электронная спектроскопия применительно к органическим твердым веществам. Это позволяет изучать локальное распределение электронов на отдельных молекулярных орбиталях, которое выходит наружу из самых внешних поверхностных слоев.

Масс-спектрометрия

Несколько масс-спектрометрических методов, включая масс-спектрометрию тлеющего разряда и прямой анализ в режиме реального времени, масс-спектрометрия основана на ионизации Пеннинга.

Масс-спектрометрия тлеющего разряда – это прямое определение микроэлементов в твердых образцах. Это происходит по двум механизмам ионизации: ионизация прямым электронным ударом и ионизация Пеннинга. Процессы, присущие тлеющему разряду, а именно катодное распыление в сочетании с пеннинговской ионизацией, приводят к образованию иона популяция, на основе которой можно напрямую получить полуколичественные результаты.

См. также

• Химическая ионизация