יינון פגיעת אלקטרונים בקצרה. שיטות יינון. יינון פגיעת אלקטרונים

מיקום מיוחד בין שיטות יינון של חומרים אורגניים הוא תפוס על ידי יינון פגיעת אלקטרונים.היתרונות העיקריים של שיטה זו הם אמינות ורבגוניות. בנוסף, ספריות המחשב הקיימות של ספקטרום מסה מ-Wiley ו-NIST משתמשות בספקטרום השפעת אלקטרונים. גם תיאוריות של דעיכה ספקטרומטרית מסה וגישות לפירוש ספקטרום מבוססות בעיקר על היווצרות ראשונית של קטיון רדיקלי מולקולרי כתוצאה מיינון אלקטרונים.

שמה של שיטת היינון - פגיעת אלקטרונים - מטעה במקצת. אין השפעה ממשית של אלקטרונים על המולקולה. אלקטרון שעף ליד מולקולה מעורר את מעטפת האלקטרונים שלה, וכתוצאה מכך האלקטרונים של המולקולה עצמה עוברים למסלולים גבוהים יותר ויכולים לחרוג מגבולות הכוחות הגרעיניים. בהקשר זה, ב לָאַחֲרוֹנָההמונח "השפעת אלקטרונים" מוחלף יותר ויותר, במיוחד בספרות באנגלית, במונח "יינון אלקטרונים".

אלומת אלקטרונים נוצרת על ידי הקתודה (חוט או לוח של רניום או טונגסטן) ומואצת בפוטנציאל של 12-70 וולט לכיוון האנודה. חומר בשלב הגז בלחץ

10 -5 -10 -6 מ"מ כספית. אומנות. תהליך היינון יכול להיות מיוצג רשמית על ידי המשוואה

תרשים סכמטי

מקור הלם אלקטרוני:

1- קתודה; 2 - אנודה; 3 - חור

להזין דוגמה; 4 – הוצאת אלקטרודה

M + e = M +. + 2e -

כתוצאה מכך נוצר היון המולקולרי M+. . זהו יון-אלקטרון מוזר, כלומר קטיון רדיקלי.

יעילות היינון בדרך כלל נמוכה מאוד. למעשה, לא יותר מ-0.01% מהמולקולות מיוננות. להסתברות היינון של כל חומר יש ערך אופייני שנקרא חתך יינון.

פרמטר יינון חשוב הוא האנרגיה של אלקטרונים מייננים. ברוב המקרים, מספר המולקולות המיוננות מגיע למקסימום באנרגיות אלקטרונים של כ-50 eV. ספקטרום המסה הסטנדרטי של פגיעת אלקטרונים נרשמות בדרך כלל באמצעות אלקטרונים מייננים באנרגיה של כ-70 eV, אשר מוסבר על ידי יעילות היינון הגבוהה למדי שהושגה והיציבות של ספקטרום המסה המתקבל.

במהלך תהליך היינון, היון המולקולרי מקבל עודף אנרגיה פנימית בטווח של 0-20 eV. האנרגיה העודפת הזו מתפזרת באופן שווה על כל הקשרים, ועודף אנרגיה של כל קשר מוביל לקרע שלו עם ניתוק של שבר ניטרלי ויצירת יון שבר. האנרגיה המינימלית של אלקטרונים מייננים שבה יירשם יון מקטע בספקטרום המסה בנוסף למולקולרית נקראת אנרגיית הופעתו של יון זה. ככל שהאנרגיה של אלקטרונים מייננים גבוהה יותר, כך מספר גדול יותרכיוונים של ריקבון יונים מולקולריים מתממשים. יתרה מכך, אם עודף האנרגיה של היון המקטע נשאר גבוה, עלולים להתרחש תהליכים משניים של ריקבון נוסף שלו. מכיוון שההבדלים באנרגיית הופעת יונים מקטעים קטנים, גם שינויים קטנים באנרגיה של האלקטרונים המייננים יכולים להוביל לשינויים משמעותיים בספקטרום המסה.

יחד עם יונים בעלי מטען יחיד, נוצרים גם טעונים כפולים במהלך יינון מולקולות. מספר היונים הטעונים כפולים קטן משמעותית מהיונים הטעונים ביחיד; זה תלוי, קודם כל, במבנה של מולקולות ובתנאי יינון.

במקרים מסוימים, כאשר יש צורך להגביר את עוצמת שיא ה-MG, משתמשים באלקטרונים מייננים באנרגיה של 12-20 eV בתנאים אלה, רק העוצמה היחסית של שיא M4* והפסגות של כך-. המכונה יוני סידור מחדש עולה ביחס לעוצמת השיאים של יונים מקטעים, בעוד שהעוצמה המוחלטת כל הפסגות בספקטרום יורדות. בנוסף, במקרים כאלה, כיווני פיצול רבים אינם מיושמים, מה שמוביל לאובדן של חלק מסוים מהמידע שהתקבל. עם זאת, יש לזכור שאם שיא יונים מולקולרי נעדר בספקטרום המסה המתקבל באנרגיית אלקטרונים מייננת של 70 eV, הוא לא יהיה קיים באנרגיית אלקטרונים נמוכה יותר. במקרה זה, ניתן לטעון כי היון המולקולרי של תרכובת זו אינו יציב. יש להדגיש שמספר לא מבוטל של תרכובות אורגניות מאופיינות ביונים לא יציבים בתנאי פגיעת אלקטרונים, מה שמהווה חיסרון משמעותי של שיטת יינון זו.

מכיוון שהלחץ במקור היונים של פגיעת האלקטרונים הוא 10-KG3 מ"מ כספית. אמנות, והדגימה יכולה להיות מחוממת לכמה מאות מעלות, תרכובות אורגניות רבות עוברות לשלב הגז. עם זאת, שיטת יינון השפעת האלקטרונים אינה מתאימה לניתוח של תרכובות תרמולאביליות, נמוכות נדיפות וגבוהות מולקולריות. בנוסף, בספקטרום המסה המתקבל באמצעות יינון השפעת אלקטרונים, לשיא היונים המולקולריים יש עוצמה נמוכה או שהוא נעדר לחלוטין. ההתפשטות הרחבה של אנרגיות האלקטרונים המייננות אינה מאפשרת לקבוע בדיוק מספיק את המאפיינים של מולקולות ויונים (אנרגיית המראה והיינון). אלו הם החסרונות העיקריים של שיטת השפעת האלקטרונים, עבודה לביטול אשר הובילה ליצירת מספר שיטות יינון חלופיות.

הלם אלקטרוני

יינון אלקטרונים(EI, electron impact ionization, EI - Electron Ionization או Electron Impact) היא השיטה הנפוצה ביותר ליינון של חומרים בשלב הגז בספקטרומטריית מסה.

במהלך יינון אלקטרונים, המולקולות של החומר המנותח נכנסות לזרימת האלקטרונים הנעה מהקתודה הפולטת לאנודה. האנרגיה של אלקטרונים נעים היא בדרך כלל 70 eV, שלפי הנוסחה של דה ברולי, תואמת את אורך קשר כימי סטנדרטי במולקולות אורגניות (כ-0.14 ננומטר). אלקטרונים גורמים ליינון של המולקולות המנותחות עם היווצרות של קטיונים רדיקליים:

M + e - = M .+ + 2e -

יינון אלקטרוני מתרחש בוואקום (לעומת יינון כימי) כדי למנוע היווצרות מסיבית של יוני גז אטמוספריים שיכולים להתאחד מחדש עם יוני האנליט ולהרוס אותם.

מכיוון שאנרגיית האלקטרונים עולה באופן משמעותי על אנרגיית הקשר הכימי, מתרחש פיצול יונים. הכימיה של פיצול יונים במהלך פיצול אלקטרונים נחקרה היטב, לכן, בהכרת המוני השברים והעוצמות שלהם, ניתן לחזות את המבנה הראשוני של החומר. ספקטרום המסה המתקבל בשיטת יינון האלקטרונים ניתנים לשחזור גבוה, ולכן יש היום ספריות המכילות מאות אלפי ספקטרום חומרים שונים, מקל מאוד על ניתוח איכותני.

חלק מהחומרים עוברים פיצול אינטנסיבי מאוד, ומייצרים רק שברים בעלי משקל מולקולרי נמוך המקשים על הזיהוי. לניתוח של חומרים כאלה יש שיטה אלטרנטיביתיינון כימי

ספקטרומטר מסה תוכנת MS ספקטרום מסה
	EI CI IA (אנגלית) FAB DWEP MALDI APCI ESI DESI GD ICP MIP TS DART
מנתח המונים	זמן טיסה Quadrupole Ion מלכודת Quadrupole ion מלכודת Orbitrap
גַלַאִי	מכפיל אלקטרוני גלאי לוחות Microchannel גלאי Daly
שילוב של MS	MS/MS GC/MS LC/MS IMS/MS

קרן ויקימדיה. 2010.

ראה מה זה "שביתה אלקטרונית" במילונים אחרים:

- (LASER, קיצור של מילים באנגלית, ביטויים Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), מכשיר הממיר שונים. סוגי אנרגיה (חשמלית, קלה, כימית, תרמית וכו') לאנרגיה... ... אנציקלופדיה כימית

- [ר. 18 ביוני (1 ביולי), 1916] ינשופים. אסטרופיזיקאי בוגר מוסקבה. un t (1938). מאז 1944 הוא עובד במדינה. אסטרונומי באלה שנקראו על שם פ.ק. שטרנברג במוסקבה. פיתח תיאוריה של יינון של קורונה השמש. ביצע חלוקה כמותית של פליטת הרדיו של הגלקסיה ל... אנציקלופדיה ביוגרפית גדולה

לייזר עם תווך פעיל גזי. הצינור עם הגז הפעיל ממוקם במהוד אופטי, שבמקרה הפשוט ביותר מורכב משתי מראות מקבילות. אחד מהם שקוף. נפלט מאיזה מקום בצינור... האנציקלופדיה הסובייטית הגדולה

קוונטי אופטי. גנרטור עם תווך פעיל גזי. גז, בנוסף בשל אנרגיה חיצונית. מקור (משאבה), נוצר מצב עם היפוך אוכלוסיה של שתי רמות אנרגיה (רמות לייזר עליונות ונמוכות), ממוקמים באופטי... ... אנציקלופדיה פיזית

- (מ-Lat. lumen, gen. p. luminis סיומת אור ו-escent, כלומר פעולה חלשה), קרינה, שהיא עודף על הקרינה התרמית של הגוף ונמשכת זמן העולה באופן משמעותי על תקופת תנודות האור.… … אנציקלופדיה פיזית

זרם חשמלי בגזים.

תלוי פריקה חשמלית. הניסיון מלמד ששתי צלחות טעונות שונות המופרדות בשכבת אוויר אינן פורקות.

בדרך כלל, חומר במצב גזי הוא מבודד מכיוון שהאטומים או המולקולות מהם הוא מורכב מכילים אותו מספרמטענים חשמליים שליליים וחיוביים והם בדרך כלל ניטרליים.

הבה נכניס את הלהבה של גפרור או מנורת אלכוהול לתוך החלל שבין הצלחות (איור 164).

במקרה זה, האלקטרומטר יתחיל לפרוק במהירות. כתוצאה מכך, האוויר תחת השפעת הלהבה הפך למנצח. כאשר הלהבה מוסרת מהמרווח שבין הלוחות, פריקת האלקטרומטר נעצרת. את אותה תוצאה ניתן להשיג על ידי הקרנת הלוחות באור קשת חשמלי. ניסויים אלה מוכיחים שגז יכול להפוך למוליך זרם חשמלי.

תופעת המעבר של זרם חשמלי דרך גז, נצפתה רק בתנאים של כמה השפעה חיצונית, נקראת פריקה חשמלית שאינה מקיימת את עצמה.

יינון תרמי.חימום גז הופך אותו למוליך של זרם חשמלי מכיוון שחלק מהאטומים או המולקולות של הגז הופכים ליונים טעונים.

כדי להסיר אלקטרון מאטום, יש לעבוד נגד כוחות המשיכה של קולומב בין גרעין בעל מטען חיובי לאלקטרון שלילי. תהליך הוצאת אלקטרון מאטום נקרא יינון של האטום. האנרגיה המינימלית שיש להשקיע כדי להסיר אלקטרון מאטום או מולקולה נקראת אנרגיית קשירה.

אלקטרון יכול להיקרע מאטום כאשר שני אטומים מתנגשים אם האנרגיה הקינטית שלהם עולה על אנרגיית הקישור של האלקטרון. האנרגיה הקינטית של התנועה התרמית של אטומים או מולקולות עומדת ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת, ולכן, עם עלייה בטמפרטורת הגז, מספר ההתנגשויות של אטומים או מולקולות, בליווי יינון, עולה.

תהליך היצירה של אלקטרונים חופשיים ויונים חיוביים כתוצאה מהתנגשויות של אטומים ומולקולות גז בטמפרטורות גבוהות נקרא יינון תרמי.

פְּלַסמָה.גז שבו חלק ניכר מהאטומים או המולקולות מיוננים נקרא פלזמה. מידת היינון התרמי של הפלזמה תלויה בטמפרטורה. לדוגמה, בטמפרטורה של 10,000 K, פחות מ-10% מכלל אטומי המימן מיוננים בטמפרטורות מעל 20,000 K, המימן מיונן כמעט לחלוטין.

אלקטרונים ויונים בפלזמה יכולים לנוע בהשפעת שדה חשמלי. לפיכך, מתי טמפרטורות נמוכותהגז הוא מבודד בטמפרטורות גבוהות הוא הופך לפלזמה והופך למוליך של זרם חשמלי.

פוטויוניזציה.האנרגיה הדרושה להסרת אלקטרון מאטום או מולקולה יכולה להיות מועברת על ידי אור. יינון של אטומים או מולקולות על ידי אור נקרא פוטויוניזציה.

פריקה חשמלית עצמאית. כאשר עוצמת השדה החשמלי עולה לערך מסוים, בהתאם לאופי הגז והלחץ שלו, נוצר זרם חשמלי בגז גם ללא השפעת מייננים חיצוניים. התופעה של זרם חשמלי העובר בגז, ללא תלות בפעולת מייננים חיצוניים, נקראת פריקה חשמלית עצמאית.

באוויר בלחץ אטמוספרי מתרחשת פריקה חשמלית עצמאית בעוצמת שדה חשמלי השווה לערך

המנגנון העיקרי של יינון גז במהלך פריקה חשמלית עצמאית הוא יינון של אטומים ומולקולות עקב פגיעות אלקטרונים.

יינון פגיעת אלקטרונים.יינון על ידי פגיעת אלקטרונים מתאפשר כאשר האלקטרון, במהלך דרכו החופשית, רוכש אנרגיה קינטית העולה על אנרגיית הקישור W של האלקטרון עם האטום.

האנרגיה הקינטית Wк של אלקטרון, הנרכשת בהשפעת עוצמת השדה החשמלי, שווה לעבודה של כוחות השדה החשמלי:

כאשר l הוא אורך הנתיב החופשי.

מכאן שהתנאי המשוער לתחילת היינון על ידי פגיעת אלקטרונים יש את הצורה

אנרגיית הקישור של אלקטרונים באטומים ובמולקולות מתבטאת בדרך כלל בוולט אלקטרוני (eV). 1 eV שווה לעבודהששדה חשמלי יוצר כאשר אלקטרון (או חלקיק אחר בעל מטען אלמנטרי) נע בין נקודות שדה, שהמתח ביניהן הוא 1 V:

אנרגיית היינון של אטום מימן, למשל, היא 13.6 eV.

מנגנון פריקה עצמית. הפיתוח של פריקה חשמלית עצמאית בגז מתקדם כדלקמן. אלקטרון חופשי בהשפעת שדה חשמלי מקבל תאוצה. אם עוצמת השדה החשמלי גבוהה מספיק, הנתיב החופשי של האלקטרון מגדיל את האנרגיה הקינטית שלו עד כדי כך שהוא מיינן אותה בהתנגשות עם מולקולה.

האלקטרון הראשון, שגרם ליינון המולקולה, והאלקטרון השני, המשתחרר כתוצאה מיינון, בהשפעת שדה חשמלי רוכשים תאוצה בכיוון מהקתודה לאנודה. כל אחד מהם, במהלך התנגשויות עוקבות, משחרר אלקטרון אחד נוסף ו מספר כוללאלקטרונים חופשיים הופך שווה לארבעה. ואז, באותו אופן, הוא גדל ל-8, 16, 32, 64 וכו'. מספר האלקטרונים החופשיים הנעים מהקתודה לאנודה גדל כמו מפולת שלגים עד שהם מגיעים לאנודה (איור 165).

יונים חיוביים הנוצרים בגז נעים בהשפעת שדה חשמלי מהאנודה לקתודה. כאשר יונים חיוביים פוגעים בקתודה ובהשפעת האור הנפלט במהלך תהליך הפריקה, ניתן לשחרר אלקטרונים חדשים מהקתודה. אלקטרונים אלה, בתורם, מואצים על ידי השדה החשמלי ויוצרים מפולות אלקטרונים-יון חדשות, כך שהתהליך יכול להמשיך ברציפות.

ריכוז היונים בפלזמה עולה ככל שהפריקה המתמשכת מתפתחת, וההתנגדות החשמלית של פער הפריקה פוחתת. עוצמת הזרם במעגל פריקה עצמית נקבעת בדרך כלל רק על ידי ההתנגדות הפנימית של מקור הזרם וההתנגדות החשמלית של אלמנטים אחרים במעגל.

פריקת ניצוץ. בָּרָק.אם מקור הזרם אינו מסוגל לשמור על פריקה חשמלית מתמשכת לאורך זמן, אז הפריקה המתמשכת המתרחשת נקראת פריקת ניצוץ. פריקת הניצוץ נעצרת פרק זמן קצר לאחר תחילת הפריקה כתוצאה מירידה משמעותית במתח. דוגמאות לפריקת ניצוצות הן ניצוצות המתרחשים בעת סירוק שיער, הפרדת גיליונות נייר או פריקת קבל.

ברק שנצפה במהלך סופת רעמים מייצג גם פריקה חשמלית עצמאית. עוצמת הזרם בערוץ הברקים מגיעה ל-10,000-20,000 A, משך פעימת הזרם הוא כמה עשרות מיקרו-שניות. הפריקה החשמלית העצמאית בין ענן הרעם לכדור הארץ נעצרת מעצמה לאחר מספר מכות ברק, שכן רוב המטענים החשמליים העודפים בענן הרעמים מנוטרלים על ידי הזרם החשמלי הזורם בערוץ הפלזמה של הברק (איור 166).

כאשר הזרם בערוץ הברק עולה, הפלזמה מתחממת לטמפרטורה מעל 10,000 K. שינויי לחץ בערוץ הפלזמה של הברק עם עלייה בזרם וסיום הגורם לפריקה תופעות סאונד, שנקרא רעם.

פריקת זוהר. ככל שלחץ הגז במרווח הפריקה יורד, ערוץ הפריקה הופך רחב יותר, ואז כל צינור הפריקה מלא באופן אחיד בפלזמה זוהרת. סוג זה של פריקה חשמלית עצמאית בגזים נקרא פריקת זוהר (איור 167).

קשת חשמלית.אם עוצמת הזרם בפריקת גז מתמשכת גבוהה מאוד, אז השפעות של יונים ואלקטרונים חיוביים עלולות לגרום לחימום הקתודה והאנודה. בטמפרטורות גבוהות נפלטים אלקטרונים ממשטח הקתודה, מה שמבטיח שמירה על פריקה עצמית בגז. פריקה חשמלית עצמאית ארוכת טווח בגזים, המתוחזקת על ידי פליטה תרמיונית מהקתודה, נקראת פריקת קשת (איור 168).

פריקת קורונה.בשדות חשמליים מאוד לא הומוגניים הנוצרים, למשל, בין קצה למישור או בין חוט למישור (קו חשמל), מתרחשת פריקה עצמאית סוג מיוחד, הנקראת פריקת קורונה. במהלך פריקת קורונה, יינון על ידי פגיעת אלקטרונים מתרחש רק ליד אחת האלקטרודות, באזור עם חוזק שדה חשמלי גבוה.

יישום של פריקות חשמל. השפעות של אלקטרונים המואצות על ידי שדה חשמלי מובילות לא רק ליינון של אטומים ומולקולות של הגז, אלא גם לעירור של אטומים ומולקולות, המלווה בפליטת אור. פליטת אור מפלסמה של פריקה חשמלית מתמשכת נמצאת בשימוש נרחב ב כלכלה לאומיתובחיי היומיום. אלו מנורות פלורסנט ומנורות פריקת גז לתאורת רחוב, קשת חשמלית במנגנון הקרנת סרט ומנורות כספית-קוורץ המשמשות בבתי חולים ומרפאות.

חוֹםפלזמה של פריקת קשת מאפשרת להשתמש בה לחיתוך וריתוך מבני מתכת, להתכת מתכות. באמצעות פריקת ניצוץ מעובדים חלקים העשויים מהחומרים הקשים ביותר.

פריקה חשמלית בגזים יכולה להיות גם תופעה לא רצויה שיש להילחם בה בטכנולוגיה. לדוגמה, פריקה חשמלית קורונה מחוטים של קווי מתח גבוה מובילה לאובדן חשמל חסר תועלת. העלייה בהפסדים אלו עם הגדלת המתח מציבה גבול על הדרך להגדלת המתח בקו החשמל, בעוד שעלייה כזו רצויה מאוד כדי להפחית את הפסדי האנרגיה עקב חימום חוטים.

ריקומבינציה.

רקומבינציה היא תהליך הפוך של יינון. מורכב בלכידת אלקטרון חופשי על ידי יון. רקומבינציה גורמת לירידה במטען של היון או להפיכת היון לאטום או מולקולה ניטרליים. אפשרי גם ריקומבינציה של אלקטרון ואטום נייטרלי (מולקולה), המוביל ליצירת יון שלילי, ובעוד במקרים נדירים- ריקומבינציה של יון שלילי ליצירת יון שלילי בעל מטען כפול או משולש. במקום אלקטרון, במקרים מסוימים חלקיקים אלמנטריים אחרים, כמו מזוונים, יכולים לפעול וליצור מזואטומים או מזומולקולות. בשלבים המוקדמים של התפתחות היקום, התרחשה תגובת ריקומבינציה של מימן.

רקומבינציה היא תהליך הפוך של שבירת קשר כימי. רקומבינציה קשורה ליצירת קשר קוולנטי רגיל עקב שיתוף של אלקטרונים לא מזווגים השייכים לחלקיקים שונים (אטומים, רדיקלים חופשיים)

דוגמאות לרקומבינציה:

H + H → H2 + Q ;

Cl + Cl → Cl2 + Q ;

CH3 + CH3 → C2H6 + Q וכו'.

על מנת לדפוק אלקטרון אחד ממולקולה (אטום), יש צורך להוציא כמות מסוימת של אנרגיה. הערך המינימלי של אנרגיה כזו נקרא אנרגיית היינון של מולקולה (אטום) הערך שלה עבור אטומים של חומרים שונים נמצא בטווח של 425 eV.

במקביל לתהליך יינון הגז מתרחש תמיד התהליך ההפוך – תהליך הרקומבינציה: יונים ומולקולות חיוביות ושליליות. ככל שמופיעים יותר יונים בהשפעת המיינן, כך תהליך הרקומבינציה אינטנסיבי יותר. כתוצאה מהרקומבינציה, מוליכות הגז נעלמת או חוזרת לערכו המקורי.

כפי שהוזכר לעיל, הוצאת אלקטרון מאטום (יינון של אטום) דורשת הוצאה של כמות מסוימת של אנרגיה. כאשר יון חיובי ואלקטרון מתחברים מחדש, אנרגיה זו, להיפך, משתחררת. לרוב הוא נפלט בצורה של אור, ולכן שילוב היונים מלווה בזוהר (זוהר רקומבינציה). אם הריכוז של יונים חיוביים ושליליים גדול, אזי גם מספר אירועי הרקומבינציה המתרחשים בכל שנייה יהיה גדול, וזוהר הרקומבינציה יכול להיות גדול, וזוהר הרקומבינציה יכול להיות חזק מאוד.

יינון בהשפעת מייננן חיצוני נלקח בחשבון רק במקרה של שדות חשמליים חלשים יחסית, כאשר האנרגיה הקינטית eEL שנצבר על ידי אלקטרון (או יון) על הנתיב החופשי הממוצע L פחותה מאנרגיית היינון Ei

ולכן, כאשר מתנגשים עם חלקיקים ניטרליים, אלקטרונים רק משנים את כיוון התנועה (פיזור אלסטי).

בנוסף ליינון זה, יינון על ידי פגיעות אלקטרונים אפשרי.

3.2 יינון על ידי פגיעות אלקטרונים.

תהליך זה מורכב מהעובדה שאלקטרון נע בחופשיות עם אנרגיה קינטית מספקת בהתנגשות עם אטום ניטרלי מפיל אחד (או כמה) מהאלקטרונים האטומיים. כתוצאה מכך, האטום הנייטרלי הופך ליון חיובי (שיכול גם ליינן את הגז) ובנוסף לזה הראשוני, מופיעים אלקטרונים חדשים המייננים יותר אטומים וכך, מספר האלקטרונים יגדל כמו מפולת , תהליך זה נקרא מפולת אלקטרונים. סוג זה של יינון נצפה בשדות חזקים, כאשר

כדי לאפיין כמותית את יכולת היינון של אלקטרונים ויונים, Townsend (1868 - 1957) הציג שני "מקדמי יינון נפח" ו. מוגדר כמספר הממוצע של יונים מאותו סימן המיוצר על ידי אלקטרון ליחידת אורך של הנתיב שלו. למקדם המאפיין את יכולת היינון של יונים חיוביים יש אותה משמעות. מקדם היינון על ידי אלקטרונים גבוה משמעותית ממקדם היינון על ידי יונים חיוביים.

הניסוי הקלאסי הבא של Townsend מוכיח את ההצהרה הזו.

ניסיון:תא יינון נלקח בצורה של קבל גלילי, שהאלקטרודה הפנימית שלו היא חוט מתכת דק (איור 1). בין החוט לבין הגליל החיצוני של הקבל, הפרש פוטנציאל V מתיימר להיות מספיק כדי להבטיח יינון השפעהגַז. זה האחרון יתרחש למעשה רק ליד החוט, שבו השדה החשמלי חזק מאוד הבה נניח שפוטנציאל חיובי מופעל על החוט. ואז אלקטרונים ימהרו אל חוט הלהט ויייננו את הגז הסמוך אליו. יונים חיוביים, הממהרים לעבר הגליל החיצוני, יעברו דרך אזור השדה החלש ולא יגרמו כמעט ליינון. הבה נשנה כעת את הקוטביות של המתח V מבלי לשנות את ערכו. אז התפקידים של יונים חיוביים ושליליים ישתנו מקום. יונים חיוביים ימהרו לעבר חוט הלהט, והיינון בתא יתרגש כמעט אך ורק על ידם. הניסיון מלמד שבמקרה הראשון זרם היינון גדול יותר וגדל מהר יותר עם מתח V מאשר במקרה השני (איור 2, עקומה I מתייחסת למקרה שבו האלקטרודה הפנימית חיובית, ועקומה II למקרה כשהיא שלילית ).

לפיכך, את התפקיד העיקרי ממלא יינון על ידי השפעות אלקטרונים, בהשוואה אליה ניתן להזניח יינון על ידי יונים חיוביים במקרים רבים.

3.3 פריקה עצמאית ולא עצמאית.

לפני שנעבור לבחינה של התיאוריה של טאונסנד, ניתן את הרעיון של פריקה עצמאית ולא עצמאית.

פריקה שקיימת רק בפעולת מיינן חיצוני נקראת ללא פריקה עצמית.

אם היונים הנחוצים לשמירה על המוליכות החשמלית של הגז נוצרים על ידי הפריקה עצמה (כתוצאה מתהליכים המתרחשים בפריקה), פריקת גז כזו נקראת עצמאי.

התיאוריה של טאונסנד על מעבר זרם חשמלי דרך גז.

זה לוקח בחשבון את יינון ההשפעה של אטומי גז ומולקולות על ידי אלקטרונים ויונים חיוביים. למען הפשטות, נשקול את האלקטרודות של צינור הפריקה שטוחות. נזניח את הקומבינציה של יונים ואלקטרונים, בהנחה שבמהלך המעבר בין הקתודה לאנודה אין לחלקיקים הללו זמן להתחבר מחדש. בנוסף, נגביל את עצמנו למשטר הנייח, כאשר כל הכמויות המאפיינות את הפריקה אינן תלויות בזמן. הבה נמקם את מקור הקואורדינטות על פני הקתודה K, מכוון את ציר X לכיוון האנודה A. נניח ne(x) ו-np(x) להיות ריכוזי האלקטרונים והיונים החיוביים, ו-ve ו-vp הסחיפה הממוצעת שלהם. מהירויות. הבה ניקח שכבה שטוחה דקה לאין שיעור בגז. דרך אזור זה משמאל, אלקטרונים ne(x) vp(x) נכנסים לשכבה בכל שנייה, ו-ne(x+dx) ve(x+dx) יוצאים מימין. בנפח שכבת dx, עקב יינון על ידי אלקטרונים, מופיעים כל שנייה אלקטרונים ne vedx ואותו מספר יונים חיוביים. בדומה לכך, עקב יינון על ידי יונים חיוביים, נוצרים אלקטרונים npvpdx ואותו מספר יונים חיוביים. לבסוף, ייתכן שיש מקור יינון חיצוני שיוצר q זוגות יונים ליחידת נפח גז בכל שנייה. ומכיוון שבמקרה של תהליך נייח מספר האלקטרונים בשכבה אינו משתנה, יש לקיים את היחס

ne(x)ve(x)-ne(x+dx)ve(x+dx) + (neve + npvp)dx +qdx=0

באופן דומה, עבור יונים חיוביים הנעים מהאנודה לקתודה,

np(x+dx)vp(x+dx) – np(x)vp(x) + (neve + npvp)dx +qdx=0

החלפת ההבדלים בהפרשים המתאימים והקטנה ב-dx, נקבל

שלב הגז:

יינון אלקטרונים

יינון כימי

לכידה אלקטרונית

יינון בשדה חשמלי

שלב נוזלי:

פוטויון בלחץ אטמוספרי

ספריי אלקטרו

יינון בלחץ אטמוספרי

יינון כימי בלחץ אטמוספרי

שלב מוצק:

ספיגת לייזר ישירה

סיפוח לייזר בעזרת מטריקס

ספקטרומטריית מסה של יונים משנית

הפצצה עם אטומים מהירים

ספיגה בשדה חשמלי

ספיגת פלזמה

יינון בפלזמה בשילוב אינדוקטיבי

יינון תרמי

יינון בהפרשת זוהר

1.1 יינון אלקטרונים

זוהי אחת משיטות היינון הידועות ביותר. זרם של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה משמש ליינון חומר. עַל

איור 3 מציג תרשים של התקנה טיפוסית המשמשת למטרות אלו.

איור 3. תכנון התקן ליינון אלקטרונים

מקור האלקטרונים הוא חוט מתכת מחומם (קתודה). אלקטרונים היוצאים ממשטח הקתודה מואצים על ידי השדה החשמלי לעבר האנודה. נתיב האלקטרונים עובר בנפח התפוס על ידי האנליט, שהועבר קודם לכן למצב גז (בתא היינון נשמר ואקום של 10 –5 – 10 –6 מ"מ כספית), כאשר המולקולות שלהן קיימת אינטראקציה המערבת העברת האנרגיה. אלקטרון שעף ליד מולקולה גורם לעירור של מעטפת האלקטרונים שלה. התוצאה של עירור שכזה היא תנועת האלקטרונים של המולקולה עצמה לארביטלים גבוהים יותר. החל מערכי אנרגיה מסוימים (אנרגיית יינון), העירור מסתיים באובדן של אלקטרון והפיכת המולקולה לקטיון הרדיקלי המתאים, הנקרא יון מולקולרי.

M+ה→M + + 2ה

יעילות היינון תלויה באנרגיה של האלקטרונים המייננים, כאשר היעילות המרבית מושגת באנרגיה של כ-70 eV.

איור 4. חלוקת אנרגיית האלקטרונים

יתרונות:

– שיטת היינון הנחקרת ביותר;

- ניתן להשתמש כדי ליינן כמעט כל תרכובות נדיפות;

- יכולת שחזור גבוהה של ספקטרים;

– פיצול מאפשר לקבל מידע על מבנה המתחם;

– אפשרות לזיהוי תרכובות על ידי השוואת ספקטרום המסה המתקבל עם ספקטרום ממסד הנתונים.

פגמים:

- על האנליט להיות נדיפות מספיק ויציבות תרמית;

- היעדר או עוצמה נמוכה של אות היון המולקולרי בספקטרום של תרכובות רבות מקשה על הזיהוי.

1.2 יינון כימי

יינון כימי הוא יינון של דגימה עם קרן של מולקולות גז מיוננות מראש, כגון מתאן או אמוניה. יינון של מולקולות גז מתרחש באמצעות יינון אלקטרוני ב-150-200 eV ושינוי כימי נוסף של הגז המיינן.

מולקולות גז מיונן מתנגשות עם מולקולות מדגם ומעבירות את המטען שלהן בצורה של פרוטון:

יתרונות:

- מאפשר לך לקבל מידע על המשקל המולקולרי של תרכובת;

- ספקטרום המסה הוא הרבה יותר פשוט מאשר עם יינון אלקטרונים.

פגמים:

- כמו ביינון אלקטרונים, האנליט חייב להיות בעל תנודתיות מספקת ויציבות תרמית;

- מכיוון שלמעשה לא נוצרים יונים מקטעים, השיטה ברוב המקרים אינה מאפשרת קבלת מידע על מבנה החומר;

– התוצאה תלויה מאוד בסוג גז המגיב, בלחץ שלו ובזמן האינטראקציה עם החומר, ולכן קשה מאוד להשיג תוצאות ניתנות לשחזור.