Газовая ионная химия - Gas-phase ion chemistry

Ионная химия в газовой фазе это область науки, охватываемая как химия и физика. Это наука, которая изучает ионы и молекулы в газовой фазе, что чаще всего обеспечивается какой-либо формой масс-спектрометрии. Безусловно, наиболее важные приложения этой науки - это изучение термодинамика и кинетика реакций.^[1][2] Например, одно приложение предназначено для изучения термодинамика из сольватация ионов. Ионы с малым сольватация сферы из 1, 2, 3 ... молекул растворителя можно изучать в газовой фазе, а затем экстраполировать на объемный раствор.

Теория

Теория переходного состояния

Основная статья: Теория переходного состояния

Теория переходного состояния - это теория скоростей элементарных реакций, предполагающая особый тип химическое равновесие (квазиравновесие) между реагентами и активированными комплексами.^[3]

Теория RRKM

Основная статья: Теория RRKM

Теория RRKM используется для вычисления простых оценок мономолекулярный ионный распад скорость реакции из нескольких характеристик поверхность потенциальной энергии.

Образование ионов в газовой фазе

Процесс преобразования атом или же молекула в ион путем добавления или удаления заряженных частиц, таких как электроны или другие ионы могут находиться в газовой фазе. Эти процессы являются важным компонентом химии ионов газовой фазы.

Ассоциативная ионизация

Основная статья: Ассоциативная ионизация

Ассоциативная ионизация - это газофазная реакция, в которой два атомы или же молекулы взаимодействовать, чтобы сформировать единый продукт ион.^[4]

${displaystyle A^{*}+B o AB^{+ullet }+e^{-}}$

где компонент A с избыточной внутренней энергией (обозначен звездочкой) взаимодействует с B с образованием иона AB⁺.

Один или оба взаимодействующих вида могут иметь избыток внутренняя энергия.

Зарядно-обменная ионизация

Основная статья: Зарядно-обменная ионизация

Ионизация с перезарядкой (также называемая ионизация с переносом заряда) представляет собой газофазную реакцию между ион и нейтральный вид

${displaystyle A^{+}+B o A+B^{+}}$

в котором заряд иона переносится на нейтраль.^[5]

Химическая ионизация

Основная статья: химическая ионизация

При химической ионизации ионы образуются в результате реакции ионов газа-реагента с другими частицами.^[6] Некоторые общие газы-реагенты включают: метан, аммиак, и изобутан.

Хемиионизация

Основная статья: Хемиионизация

Хемиионизацию можно представить как

${displaystyle G^{*}+M o M^{+ullet }+e^{-}+G}$

где G - разновидность возбужденного состояния (обозначена звездочкой в ​​верхнем индексе), а M - разновидность, которая ионизируется за счет потери электрон сформировать радикальный катион (обозначается надстрочной точкой "плюс").

Ионизация Пеннинга

Основная статья: Ионизация Пеннинга

Ионизация Пеннинга относится к взаимодействию между атомом в возбужденном состоянии в газовой фазе или молекулой G^* и целевая молекула M, приводящая к образованию молекулярного катиона-радикала M^+., электрон e⁻, и молекула нейтрального газа G:^[7]

${displaystyle G^{*}+M o M^{+ullet }+e^{-}+G}$

Ионизация Пеннинга происходит, когда целевая молекула имеет потенциал ионизации ниже внутренней энергии атома или молекулы в возбужденном состоянии. Ассоциативный Ионизация Пеннинга также может происходить:

${displaystyle G^{*}+M o MG^{+ullet }+e^{-}}$

Фрагментация

Есть много важных диссоциация реакции, протекающие в газовой фазе.

Диссоциация, вызванная столкновением

Основная статья: Диссоциация, вызванная столкновением

CID (также называемая диссоциацией, активируемой столкновениями - CAD) - это метод, используемый для фрагментации молекулярных ионы в газовой фазе.^[8][9] Молекулярные ионы сталкиваются с молекулами нейтрального газа, такими как гелий, азот или же аргон. При столкновении часть кинетической энергии преобразуется в внутренняя энергия что приводит к фрагментации.

Зарядка удаленной фрагментации

Основная статья: Зарядка удаленной фрагментации

Дистанционная фрагментация заряда - это разновидность Ковалентная связь нарушение, которое происходит в газовой фазе ион в котором разорванная связь не примыкает к месту заряда.^[10][11]

Реакции переноса заряда

Есть несколько типов реакций с переносом заряда.^[12] (также известные как реакции перестановки заряда^[13]): частичный перенос заряда

${displaystyle A^{2+}+B o A^{+}+B^{+}}$,

реакция снятия заряда^[14]

${displaystyle A^{+}+B o A^{2+}+B+e^{-}}$,

и реакция инверсии заряда^[15] положительный на отрицательный

${displaystyle A^{+}+B o A^{-}+B^{2+}}$

и отрицательный на положительный

${displaystyle A^{-}+B o A^{+}+B+2e^{-}}$.

Приложения

Парные взаимодействия между ионами щелочных металлов и аминокислотами, небольшими пептидами и азотистыми основаниями теоретически изучены достаточно подробно.^[16]

Смотрите также

• Адиабатическая ионизация
• Масс-анализируемая спектрометрия кинетической энергии ионов
• Плазма (физика)
• Майкл Т. Бауэрс
• Р. Грэм Кукс
• Гельмут Шварц

Рекомендации

1. Обри, К. (2000). «Корреляция термохимических данных для газовой ионной химии». Международный журнал масс-спектрометрии. 200 (1–3): 277–284. Bibcode:2000IJMSp.200..277A. Дои:10.1016 / S1387-3806 (00) 00323-7.
2. Pure & Appl. Chem., Vol. 70, No. 10, pp. 1969-1976, 1998.
3. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Теория переходного состояния ". Дои:10.1351 / goldbook.T06470
4. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "ассоциативная ионизация ". Дои:10.1351 / goldbook.A00475
5. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "ионизация с перезарядкой ". Дои:10.1351 / goldbook.C00989
6. Munson, M.S.B .; Филд, F.H. Варенье. Chem. Soc. 1966, 88, 2621-2630. Химическая ионизационная масс-спектрометрия. I. Общее введение.
7. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Пеннинговая газовая смесь ". Дои:10.1351 / goldbook.P04476
8. Уэллс Дж. М., McLuckey SA (2005). «Вызванная столкновением диссоциация (CID) пептидов и белков». Диссоциация, индуцированная столкновением (CID) пептидов и белков. Meth. Энзимол. Методы в энзимологии. 402. С. 148–85. Дои:10.1016 / S0076-6879 (05) 02005-7. ISBN  9780121828073. PMID  16401509.
9. Слено Л, Фольмер Д.А. (2004). «Ионно-активационные методы для тандемной масс-спектрометрии». Журнал масс-спектрометрии. 39 (10): 1091–112. Bibcode:2004JMSp ... 39.1091S. Дои:10.1002 / jms.703. PMID  15481084.
10. Ченг К., Брутто ML (2000). «Приложения и механизмы зарядово-дистанционной фрагментации». Масс-спектрометр Rev. 19 (6): 398–420. Bibcode:2000MSRv ... 19..398C. Дои:10.1002 / 1098-2787 (2000) 19: 6 <398 :: AID-MAS3> 3.0.CO; 2-B. PMID  11199379.
11. Гросс, М. (2000). «Зарядно-дистанционная фрагментация: отчет об исследованиях механизмов и приложений». Международный журнал масс-спектрометрии. 200 (1–3): 611–624. Bibcode:2000IJMSp.200..611G. Дои:10.1016 / S1387-3806 (00) 00372-9.
12. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "реакция с переносом заряда (в масс-спектрометрии) ". Дои:10.1351 / goldbook.C01005
13. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "реакция перестановки заряда ". Дои:10.1351 / goldbook.M04002
14. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "реакция снятия заряда ". Дои:10.1351 / goldbook.C01001
15. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "масс-спектр с инверсией заряда ". Дои:10.1351 / goldbook.C00992
16. Роджерс, Мэри Т .; Арментраут, Питер Б. (2016). «Глава 4. Различительные свойства ионов щелочных металлов в отношении составляющих белков и нуклеиновых кислот. Выводы газофазных и теоретических исследований». В Астрид, Сигель; Гельмут, Сигель; Роланд К.О., Сигель (ред.). Ионы щелочных металлов: их роль в жизни. Ионы металлов в науках о жизни. 16. Springer. С. 103–131. Дои:10.1007/978-4-319-21756-7_4 (неактивно 10 сентября 2020 г.).

Библиография

• Основы газофазной ионной химии, Кейт Р. Дженнингс (редактор), Дордрехт, Бостон, Kluwer Academic, 1991, стр. 226–8.
• Газофазно-ионная химия, Майкл Т. Бауэрс, изд., Academic Press, Нью-Йорк, 1979.
• Gas Phase Ion Chemistry Vol 2 .; Bowers, M.T., Ed .; Academic Press: Нью-Йорк, 1979.
• Газофазная ионная химия, том 3, Майкл Т. Бауэрс, изд., Academic Press, Нью-Йорк, 1983.

внешняя ссылка

• http://webbook.nist.gov/chemistry/ion/