Термическая ионизация

Не путать с термионным излучением .

Термическая ионизация , также известная как поверхностная ионизация или контактная ионизация , представляет собой физический процесс, при котором атомы десорбируются с горячей поверхности, а в процессе ионизируются.

Термическая ионизация используется для изготовления простых ионных источников , для масс -спектрометрии и для генерации ионных пучков . Термическая ионизация наблюдается широкое использование при определении атомных весов, в дополнение к использованию во многих геологических/ядерных применениях.

Физика

Эффект поверхностной ионизации в испаренном атоме цезия при 1500 К, рассчитанного с использованием грандиозного канонического ансамбля . Ось Y: среднее количество электронов на атом; Атом нейтральный, когда он имеет 55 электронов. Ось X: энергетическая переменная (равная функции работы поверхности ), зависящая от электронного химического потенциала μ и электростатического потенциала ϕ .

ионизации является функцией температуры нити, рабочей функции субстрата филамента и энергии ионизации элемента Вероятность .

Это обобщено в уравнении Саха -Лангмура :

${\frac {n_{+}}{n_{0}}}={\frac {g_{+}}{g_{0}}}\exp {\Bigg (}{\frac {W-\Delta E_{\text{I}}}{kT}}{\Bigg )}$

где

${\frac {n_{+}}{n_{0}}}$ = соотношение плотности ионов к плотности нейтрального числа

${\frac {g_{+}}{g_{0}}}$ = отношение статистических весов (вырождение) ионных ( G ₊ ) и нейтральных ( G ₀ )

$W$ = рабочая функция поверхности

$\Delta E_{\text{I}}$ = энергия ионизации десорбированного элемента

$k$ = Постоянная Больцманн

$T$ = температура поверхности

Негативная ионизация также может возникнуть для элементов с большим сродством электронов $\Delta E_{\text{A}}$ против поверхности низкой функции работы.

Массовая спектрометрия термической ионизации

Основная статья: Теплодизация масс -спектрометрия

Одним из применений термической ионизации является масс -спектрометрия термической ионизации (TIMS). В масс -спектрометрии термической ионизации химически очищенный материал помещается на филацию некоторых материалов, , которая затем нагревается до высоких температур, чтобы вызвать ионизирование поскольку он термически десорбирован (вареный) горячая нить. Филаменты, как правило, имеют плоские кусочки металла около 1–2 мм (0,039–0,079 дюйма) шириной, толщиной 0,1 мм (0,0039 дюйма), согнутой в перевернутую форму U и прикрепленные к двум контактам, которые поставляют ток.

Этот метод широко используется в радиометрическом датировании , где образец ионизируется в вакууме. Ионы, полученные в нити, сосредоточены на ионном луче, а затем проходят через магнитное поле, чтобы разделить их по массе. Затем можно измерить относительное содержание различных изотопов, получая коэффициенты изотопов.

Когда эти изотопные соотношения измеряются TIM, масс-зависимое фракционирование происходит, когда виды испускаются горячим филаментом. Фракционирование происходит из -за возбуждения образца и, следовательно, должно быть скорректировано для точного измерения соотношения изотопа.

Есть несколько преимуществ метода TIMS. Он имеет простой дизайн, дешевле, чем другие масс -спектрометры, и производит стабильные выбросы ионов. Это требует стабильного источника питания и подходит для видов с низкой энергией ионизации, такой как стронций и свинец .

Недостатки этого метода связаны с максимальной температурой, достигнутой при термической ионизации. Горячая нить достигает температуры менее 2500 ° C (2770 К; 4,530 ° F), что приводит к невозможности создания атомных ионов видов с высокой энергией ионизации, такими как осмия и вольфрама . Хотя в этом случае метод TIMS может создавать молекулярные ионы, виды с высокой энергией ионизации могут быть более эффективно проанализированы с помощью MC-ICP-MS .

Смотрите также

• Langmuir - Taylor Detector
• Ирвинг Ленгмюр
• МеГНАД Саха