Термическая ионизация - Thermal ionization

Не путать с термоэлектронная эмиссия.

Термическая ионизация, также известный как поверхностная ионизация или же контактная ионизация, это физический процесс, при котором атомы десорбированный от горячей поверхности, и при этом ионизируются.

Термический ионизация используется для упрощения источники ионов, за масс-спектрометрии и для создания ионные пучки.^[1] Термическая ионизация широко используется для определения атомного веса, а также используется во многих геологических / ядерных приложениях.^[2]

Физика

Эффект поверхностной ионизации в испаренном цезий атом при 1500 К, рассчитанный с использованием большой канонический ансамбль. Ось Y: среднее количество электронов на атоме; атом нейтрален, когда в нем 55 электронов. Ось X: переменная энергии (равна поверхности рабочая функция ) зависит от электрона химический потенциал μ и электростатический потенциал ϕ.

Вероятность ионизации зависит от температуры нити накала, рабочая функция подложки нити и энергия ионизации из элемент.

Это кратко изложено в Уравнение Саха-Ленгмюра:^[3]

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

куда

${\displaystyle {\frac {n_{+}}{n_{0}}}}$ = отношение числовой плотности ионов к нейтральной числовой плотности

${\displaystyle {\frac {g_{+}}{g_{0}}}}$ = соотношение статистических весов (вырождения) ионного (g_ +) и нейтрального (g_0) состояний

${\displaystyle e}$ = заряд электрона

${\displaystyle W}$ = рабочая функция поверхности

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

${\displaystyle k}$ = Постоянная Больцмана

${\displaystyle T}$ = температура поверхности

Отрицательная ионизация может также происходить для элементов с большим электронное сродство ${\displaystyle \Delta E_{A}}$ против поверхности с низкой работой выхода.

Термическая ионизационная масс-спектрометрия

Основная статья: Термическая ионизационная масс-спектрометрия

Одно из применений термической ионизации: термоионизационная масс-спектрометрия (ТИМС). В масс-спектрометрии с термоионизацией химически очищенный материал помещают на нить который затем нагревается до высоких температур, чтобы часть материала стала ионизированный поскольку он термически десорбирует (выпаривает) горячую нить. Нити обычно представляют собой плоские куски металла шириной 1-2 мм и толщиной 0,1 мм, изогнутые в перевернутую U-образную форму и прикрепленные к двум контактам, по которым подается ток.

Этот метод широко используется в радиометрическое датирование, где образец ионизируется в вакууме. Ионы, образующиеся в нити накала, фокусируются в ионный пучок, а затем проходят через магнитное поле, чтобы разделить их по массе. Затем можно измерить относительное содержание различных изотопов, что дает изотопные отношения.

Когда эти соотношения изотопов измеряются с помощью TIMS, происходит массовое фракционирование, поскольку частицы выделяются горячей нитью накала. Фракционирование происходит из-за возбуждения образца, поэтому его необходимо скорректировать для точного измерения изотопного отношения.^[4]

У метода TIMS есть несколько преимуществ. Он имеет простую конструкцию, дешевле, чем другие масс-спектрометры, и обеспечивает стабильную эмиссию ионов. Он требует стабильного источника питания и подходит для видов с низкой энергией ионизации, таких как стронций и вести.

Недостатки этого метода связаны с максимальной температурой, достигаемой при термической ионизации. Горячая нить накала достигает температуры менее 2500 ° C, что приводит к неспособности создавать атомарные ионы частиц с высокой энергией ионизации, таких как осмий и вольфрам. Хотя в этом случае метод TIMS может создавать молекулярные ионы, частицы с высокой энергией ионизации могут быть проанализированы более эффективно с помощью МС-ИСП-МС.^{[нужна цитата ]}

Смотрите также

• Детектор Ленгмюра-Тейлора
• Ирвинг Ленгмюр
• Мегнад Саха

Рекомендации

1. Альтон, Г. Д. (1988). «Характеристики источника ионизации поверхности цезия с пористым ионизатором вольфрама. I» (PDF). Обзор научных инструментов. 59 (7): 1039–1044. Bibcode:1988RScI ... 59.1039A. Дои:10.1063/1.1139776. ISSN  0034-6748.
2. Баршик, К; Дакворт, D; Смит, Д. (2000). Неорганическая масс-спектрометрия: основы и приложения. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк [u.a.]: Деккер. п.1. ISBN  9780824702434.
3. Дрессер, М. Дж. (Январь 1968 г.). «Уравнение Саха-Ленгмюра и его применение» (PDF). Журнал прикладной физики. 39 (1): 338–339. Bibcode:1968JAP .... 39..338D. Дои:10.1063/1.1655755. Получено 2007-10-11.
4. Дикин, А.П., 2005. Геология радиогенных изотопов, 2-е изд. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. стр. 21-22