Десорбция - это явление, при котором вещество выделяется с поверхности или через поверхность. процесс противоположен сорбции (то есть либо адсорбции, либо абсорбции ). Это происходит в системе, находящейся в состоянии сорбционного равновесия между объемной фазой (текучая среда, т.е. газ или жидкий раствор) и адсорбирующей поверхностью (твердое тело или граница, разделяющая две текучие среды). Когда концентрация (или давление) вещества в объемной фазе снижается, часть сорбированного вещества переходит в объемное состояние.
В химии, особенно в хроматографии, десорбция - это способность химического вещества перемещаться вместе с подвижной фазой. Чем больше химическое вещество десорбируется, тем меньше вероятность его адсорбции, поэтому вместо того, чтобы прилипать к неподвижной фазе, химическое вещество перемещается вверх вместе с фронтом растворителя.
В химических процессах разделения, десорбция также называется десорбцией, поскольку один компонент потока жидкости перемещается посредством массопереноса в пар. фазу через границу раздела жидкость-пар.
После адсорбции адсорбированное химическое вещество будет оставаться на подложке почти неограниченное время при условии, что температура остается низкой. Однако с повышением температуры увеличивается вероятность десорбции. Общее уравнение скорости десорбции:
, где - константа скорости десорбции, - концентрация адсорбированного материала, а - кинетический порядок десорбции.
Обычно порядок десорбции можно предсказать по количеству задействованных элементарных стадий:
Атомарная или простая молекулярная десорбция обычно будет процессом первого порядка ( т.е. простая молекула на поверхности субстрата десорбируется в газообразную форму).
Рекомбинативная молекулярная десорбция обычно представляет собой процесс второго порядка (т.е. два атома водорода на поверхности десорбируются и образуют газообразную молекулу H 2).
Константа скорости может быть выражена в форме
где - «частота попыток» (часто греческая буква ), вероятность того, что адсорбированная молекула преодолеет свой потенциальный барьер для десорбции, - это активация энергия десорбции, - постоянная Больцмана, а - температура.
В зависимости от природы связи адсорбент / адсорбент с поверхностью существует множество механизмов десорбции. Поверхностная связь сорбента может быть разорвана термически, с помощью химических реакций или радиации, что может привести к десорбции частиц.
В некоторых случаях адсорбированные молекулы химически связаны с поверхностью / материалом, обеспечивая прочную адгезию и ограничивая десорбцию. В этом случае десорбция требует химической реакции, которая расщепляет химические связи. Один из способов добиться этого - приложить напряжение к поверхности, что приведет либо к восстановлению, либо к окислению адсорбированной молекулы (в зависимости от смещения и адсорбированных молекул).
В типичном примере восстановительной десорбции самоорганизующиеся монослои алкилтиолов на поверхности золота могут быть удалены путем нанесения отрицательное смещение к поверхности, приводящее к снижению головной группы серы. Химическая реакция для этого процесса будет следующей:
где R представляет собой алкильную цепь (например, CH 3), S представляет собой атом серы тиоловой группы, Au представляет собой поверхностный атом золота, а e представляет собой электрон, поступающий от внешнего источника напряжения.
Еще одно применение восстановительной / окислительной десорбции - очистка активированного углеродного материала посредством электрохимической регенерации.
Электронно-стимулированная десорбция происходит в результате падения электронного луча на поверхность в вакууме, что является обычным явлением в физике элементарных частиц и промышленных процессах, таких как сканирующая электронная микроскопия (SEM). При атмосферном давлении молекулы могут слабо связываться с поверхностями в результате так называемой адсорбции. Эти молекулы могут образовывать монослои с плотностью 10 атомов / (см) для идеально гладкой поверхности. Может образовываться один или несколько монослоев, в зависимости от связывающих способностей молекул. Если электронный луч падает на поверхность, он дает энергию для разрыва связей поверхности с молекулами в адсорбированном монослое (ах), вызывая повышение давления в системе.
После того, как молекула десорбируется в вакуумный объем, она удаляется с помощью вакуумного откачивающего механизма (повторная адсорбция незначительна). Следовательно, для десорбции доступно меньшее количество молекул, а для поддержания постоянной десорбции требуется все большее количество электронов.