Термическая ионизация

Термическая ионизация, также известная как поверхностная ионизация или контактная ионизация, представляет собой физический процесс, при котором атомы десорбируются с горячей поверхности и в процессе ионизируются.

Термическая ионизация используется для изготовления простых источников ионов, для масс-спектрометрии и для генерации ионных пучков. Термическая ионизация широко используется для определения атомного веса, а также используется во многих геологических / ядерных приложениях.

• 1 Физика
• 2 Термическая ионизационная масс-спектрометрия
• 3 См. Также
• 4 Ссылки

Эффект поверхностной ионизации в испаренном атоме цезия при 1500 К, рассчитанный с использованием большого канонического ансамбля. Ось Y: среднее количество электронов на атоме; атом нейтрален, когда в нем 55 электронов. Ось X: переменная энергии (равная поверхности работа выхода ), зависящая от электрона химического потенциала μ и электростатического потенциала ϕ.

Вероятность ионизации является функцией нити накала температура, работа выхода подложки нити и энергия ионизации элемента .

Это суммировано в уравнении Саха-Ленгмюра :

$n\; +\; N\; 0\; знак\; равно\; г\; +\; г\; 0\; ехр\; \; (W\; -\; \Delta \; EI\; k\; T)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{n\; \_\; \{+\}\}\; \{n\_\; \{0\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{g\; \_\; \{+\}\}\; \{g\_\; \{\; 0\}\}\}\; \backslash \; exp\; \{\backslash \; Bigg\; (\}\; \{\backslash \; frac\; \{W-\; \backslash \; Delta\; E\_\; \{I\}\}\; \{kT\}\}\; \{\backslash \; Bigg)\}\}$

где

$n\; +\; n\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{n\; \_\; \{+\}\}\; \{n\_\; \{0\}\}\}\}$= отношение плотности ионов к плотности нейтральных чисел

$g\; +\; g\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{g\; \_\; \{+\}\}\; \{g\_\; \{0\}\}\}\}$= отношение статистических весов (вырождение) ионного (g_ +) и нейтрального (g_0) состояний

$e\; \{\backslash \; displaystyle\; e\}$= заряд электрона

$W\; \{\backslash \; displaystyle\; W\}$= работа выхода поверхности

$\Delta \; EI\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; E\_\; \{I\}\}$= энергия ионизации десорбированного элемента t

$k\; \{\backslash \; displaystyle\; k\}$= постоянная Больцмана

$T\; \{\backslash \; displaystyle\; T\}$= температура поверхности

Отрицательная ионизация также может происходить для элементов с большим электроном сродство $\Delta \; EA\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; E\_\; \{A\}\}$к поверхности с низкой работой выхода.

Одним из применений термической ионизации является масс-спектрометрия с термической ионизацией (TIMS). В масс-спектрометрии с термической ионизацией химически очищенный материал помещают на нить накала, которую затем нагревают до высоких температур, чтобы вызвать ионизацию части материала по мере его термической десорбции (кипячения выкл) горячая нить. Нити обычно представляют собой плоские куски металла шириной 1-2 мм и толщиной 0,1 мм, согнутые в перевернутую U-образную форму и прикрепленные к двум контактам, по которым подается ток.

Этот метод широко используется в радиометрическом датировании, когда 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, и поэтому для точного измерения изотопного отношения его необходимо скорректировать.

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

. 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.

• Детектор Ленгмюра-Тейлора
• Ирвинг Ленгмюр
• Meghnad Saha