Penning ionisering - Penning ionization

Penningionisering er en form for kjemiionisering , en ioniseringsprosess som involverer reaksjoner mellom nøytrale atomer eller molekyler. Den Penning-effekten blir satt i praktisk bruk i anvendelser slik som gass-utladningsneonlamper og lysstoffrør , hvor lampen er fylt med en Penning blanding for å forbedre de elektriske egenskapene til lampene.

Historie

Prosessen er oppkalt etter den nederlandske fysikeren Frans Michel Penning som først rapporterte om den i 1927. Penning begynte å jobbe ved Philips Natuurkundig Laboratorium i Eindhoven for å fortsette etterforskningen av elektrisk utslipp på sjeldne gasser. Senere startet han målinger på frigjøring av elektroner fra metalloverflater med positive ioner og metastabile atomer, og spesielt på effektene relatert til ionisering av metastabile atomer.

Reaksjon

Penningionisering refererer til samspillet mellom et elektronisk eksitert gassfase-atom G ^* og et målmolekyl M. Kollisjonen resulterer i at ioniseringen av molekylet gir en kation M ^+. , et elektron e ^- , og et nøytralt gassmolekyl, G, i jordtilstand. Penningionisering skjer via dannelse av et høyenergikollisjonskompleks, og utvikler seg mot dannelsen av en kationisk art ved å kaste ut et elektron med høy energi.

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

Prosessen med ioniseringsinteraksjon mellom eksitert molekyl og målmolekyl.

Penningionisering skjer når målmolekylet har et ioniseringspotensial som er lavere enn den eksiterte energien til det eksiterte tilstandsatomet eller molekylet.

Varianter

Når den totale elektroneksiteringsenergien til kolliderende partikler er tilstrekkelig, kan bindingsenergien til to partikler som er bundet sammen, også bidra til den assosiative penningioniseringshandlingen. Associativ penningionisering kan også forekomme:

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

Surface Penning ionization (Auger Deexcitation) refererer til samspillet mellom den eksiterte tilstandsgassen og en overflate S, noe som resulterer i frigjøring av et elektron:

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

Det positive ladningssymbolet som ser ut til å være nødvendig for ladningskonservering er utelatt, fordi S er en makroskopisk overflate og tapet av ett elektron har en ubetydelig effekt. ${\ displaystyle {\ ce {S +}}}$

applikasjoner

Elektron spektroskopi

Penningionisering er blitt brukt på Penning-ioniseringselektron-spektroskopi ( PIES ) for gasskromatografidetektor i glødeaflading ved å bruke reaksjonen for He ^* eller Ne ^* . Den kinetiske energien til elektron som kastes ut analyseres ved kollisjonene mellom mål (gass eller faststoff) og metastabile atomer ved å skanne det forsinkende feltet i et analyserør i nærvær av et svakt magnetfelt. Elektronet produsert ved reaksjon har en kinetisk energi E bestemt av:

${\ displaystyle E = E _ {\ text {m}} + IE}$

Penning-ioniseringselektronenergien er ikke avhengig av forholdene til eksperimentene eller andre arter, siden både E _m og IE er atom- eller molekylære konstanter av energien til He ^* og ioniseringsenergien for arten. Penning ionisering elektron spektroskopi påført organiske faste stoffer. Det muliggjør studiet av lokal elektronfordeling av individuelle molekylære orbitaler, som utsettes for utsiden av de ytterste overflatelagene.

Massespektrometri

Flere massespektrometriske teknikker, inkludert massespektrometri med glødeavladning og direkte analyse i sanntids massespektrometri, er avhengige av Penning-ionisering.

Massespektrometri for glødeavladning er direkte bestemmelse av sporstoff i faste prøver. Det forekommer med to ioniseringsmekanismer: direkte elektronpåvirkning og penningionisering. Prosesser som ligger i glødutladningen, nemlig katodisk sputtering kombinert med Penning-ionisering, gir en ionepopulasjon som semi-kvantitative resultater kan oppnås direkte fra.

Se også

• Kjemisk ionisering

Referanser