Una fuente de iones es un dispositivo que crea iones atómicos y moleculares . [1] Las fuentes de iones se utilizan para formar iones para espectrómetros de masas , espectrómetros de emisión óptica , aceleradores de partículas , implantadores de iones y motores de iones .
La ionización de electrones se utiliza ampliamente en espectrometría de masas, particularmente para moléculas orgánicas . La reacción en fase gaseosa que produce la ionización de electrones es
donde M es el átomo o molécula que se ioniza, es el electrón y es el ion resultante.
Los electrones pueden ser creados por una descarga de arco entre un cátodo y un ánodo .
Una fuente de iones por haz de electrones (EBIS) se utiliza en física atómica para producir iones altamente cargados bombardeando átomos con un potente haz de electrones . [2] [3] Su principio de funcionamiento es compartido por la trampa de iones por haz de electrones .
La ionización por captura de electrones (ECI) es la ionización de un átomo o molécula en fase gaseosa mediante la unión de un electrón para crear un ion de la forma A −• . La reacción es
donde la M sobre la flecha indica que para conservar energía y momento se requiere un tercer cuerpo (la molecularidad de la reacción es tres).
La captura de electrones se puede utilizar junto con la ionización química . [4]
En algunos sistemas de cromatografía de gases se utiliza un detector de captura de electrones . [5]
La ionización química (CI) es un proceso de menor energía que la ionización electrónica porque implica reacciones de iones/moléculas en lugar de eliminación de electrones. [6] La energía más baja produce menos fragmentación y, por lo general, un espectro más simple . Un espectro de CI típico tiene un ion molecular fácilmente identificable. [7]
En un experimento de CI, los iones se producen mediante la colisión del analito con iones de un gas reactivo en la fuente de iones. Algunos gases reactivos comunes incluyen: metano , amoníaco e isobutano . Dentro de la fuente de iones, el gas reactivo está presente en gran exceso en comparación con el analito. Los electrones que ingresan a la fuente ionizarán preferentemente el gas reactivo. Las colisiones resultantes con otras moléculas de gas reactivo crearán un plasma de ionización . Los iones positivos y negativos del analito se forman mediante reacciones con este plasma. Por ejemplo, la protonación ocurre por
La ionización por intercambio de carga (también conocida como ionización por transferencia de carga) es una reacción en fase gaseosa entre un ion y un átomo o molécula en la que la carga del ion se transfiere a la especie neutra. [8]
La quimioionización es la formación de un ion mediante la reacción de un átomo o molécula en fase gaseosa con un átomo o molécula en estado excitado . [9] [10] La quimioionización se puede representar mediante
donde G es la especie en estado excitado (indicada por el asterisco en superíndice) y M es la especie que se ioniza por la pérdida de un electrón para formar el catión radical (indicado por el "punto más" en superíndice).
La ionización asociativa es una reacción en fase gaseosa en la que dos átomos o moléculas interactúan para formar un solo ion producto. [11] [12] [13] Una o ambas especies que interactúan pueden tener un exceso de energía interna .
Por ejemplo,
donde la especie A con exceso de energía interna (indicada por el asterisco) interactúa con B para formar el ion AB + .
La ionización de Penning es una forma de quimioionización que implica reacciones entre átomos o moléculas neutros. [14] [15] El proceso lleva el nombre del físico holandés Frans Michel Penning , quien lo informó por primera vez en 1927. [16] La ionización de Penning implica una reacción entre un átomo o molécula G * en estado excitado en fase gaseosa y una molécula objetivo M dando como resultado la formación de un catión molecular radical M +. , un electrón e − y una molécula de gas neutro G: [17]
La ionización de Penning ocurre cuando la molécula objetivo tiene un potencial de ionización menor que la energía interna del átomo o molécula en estado excitado.
La ionización asociativa de Penning puede proceder a través de
La ionización de Penning superficial (también conocida como deexcitación Auger) se refiere a la interacción del gas en estado excitado con una superficie masiva S, lo que resulta en la liberación de un electrón de acuerdo con
La ionización por unión de iones es similar a la ionización química en la que un catión se une a la molécula del analito en una colisión reactiva:
Donde M es la molécula del analito, X + es el catión y A es un compañero de colisión que no reacciona. [18]
En una fuente de iones radiactivos, se utiliza un pequeño trozo de material radiactivo, por ejemplo 63 Ni o 241 Am , para ionizar un gas. [ cita necesaria ] Esto se utiliza en detectores de humo por ionización y espectrómetros de movilidad de iones .
Estas fuentes de iones utilizan una fuente de plasma o una descarga eléctrica para crear iones.
Los iones se pueden crear en un plasma acoplado inductivamente , que es una fuente de plasma en la que la energía es suministrada por corrientes eléctricas que se producen por inducción electromagnética , es decir, por campos magnéticos variables en el tiempo . [19]
Las fuentes de iones de plasma inducidas por microondas son capaces de excitar descargas de gas sin electrodos para crear iones para la espectrometría de masas de elementos traza. [20] [21] Un plasma de microondas es un tipo de plasma que tiene radiación electromagnética de alta frecuencia en el rango de GHz . Es capaz de excitar descargas de gas sin electrodos . Si se aplican en modo sostenido por ondas superficiales , son especialmente adecuados para generar plasmas de gran área y alta densidad de plasma. Si están tanto en modo de onda superficial como de resonador , pueden exhibir un alto grado de localización espacial. Esto permite separar espacialmente la ubicación de las generaciones de plasma de la ubicación del procesamiento de la superficie. Dicha separación (junto con un esquema de flujo de gas apropiado) puede ayudar a reducir el efecto negativo que las partículas liberadas de un sustrato procesado pueden tener sobre la química del plasma de la fase gaseosa .
La fuente de iones ECR utiliza la resonancia del ciclotrón electrónico para ionizar un plasma. Las microondas se inyectan en un volumen a la frecuencia correspondiente a la resonancia del ciclotrón electrónico, definida por el campo magnético aplicado a una región dentro del volumen. El volumen contiene un gas a baja presión.
Los iones se pueden crear en una descarga eléctrica luminosa . Una descarga luminosa es un plasma formado por el paso de una corriente eléctrica a través de un gas a baja presión. Se crea aplicando un voltaje entre dos electrodos metálicos en una cámara al vacío que contiene gas. Cuando el voltaje excede un cierto valor, llamado voltaje de choque , el gas forma un plasma.
Un duoplasmatrón es un tipo de fuente de iones de descarga luminosa que consta de un cátodo ( cátodo caliente o cátodo frío ) que produce un plasma que se utiliza para ionizar un gas. [1] [22] Los duoplasmatrones pueden producir iones positivos o negativos. [23] Los duoplasmatrones se utilizan para espectrometría de masas de iones secundarios, [24] [25] grabado con haz de iones y física de alta energía. [26]
En una luminosidad que fluye , los iones se forman en un flujo de gas inerte, normalmente helio o argón . [27] [28] [29] Los reactivos se agregan aguas abajo para crear productos iónicos y estudiar las velocidades de reacción. La espectrometría de masas de flujo residual se utiliza para el análisis de gases traza [30] para compuestos orgánicos. [31]
La ionización por chispa eléctrica se utiliza para producir iones en fase gaseosa a partir de una muestra sólida. Cuando se incorpora a un espectrómetro de masas, el instrumento completo se denomina espectrómetro de masas de ionización por chispa o espectrómetro de masas con fuente de chispa (SSMS). [32]
Una fuente de iones de deriva cerrada utiliza un campo magnético radial en una cavidad anular para confinar electrones para ionizar un gas. Se utilizan para la implantación de iones y para la propulsión espacial ( propulsores de efecto Hall ).
La fotoionización es el proceso de ionización en el que se forma un ion a partir de la interacción de un fotón con un átomo o molécula. [33]
En la ionización multifotónica (MPI), varios fotones de energía por debajo del umbral de ionización pueden combinar sus energías para ionizar un átomo.
La ionización multifotónica mejorada por resonancia (REMPI) es una forma de MPI en la que uno o más fotones acceden a una transición ligada que resuena en el átomo o molécula que se ioniza.
La fotoionización a presión atmosférica (APPI) utiliza una fuente de fotones, generalmente una lámpara UV de vacío (VUV), para ionizar el analito con un proceso de ionización de fotón único. De manera análoga a otras fuentes de iones a presión atmosférica, una pulverización de disolvente se calienta a temperaturas relativamente altas (por encima de 400 grados Celsius) y se pulveriza con altos caudales de nitrógeno para la desolvatación. El aerosol resultante se somete a radiación ultravioleta para crear iones. La ionización láser a presión atmosférica utiliza fuentes de luz láser UV para ionizar el analito mediante MPI.
La desorción de campo se refiere a una fuente de iones en la que se aplica un campo eléctrico de alto potencial a un emisor con una superficie afilada, como una hoja de afeitar o, más comúnmente, un filamento a partir del cual se han formado pequeños "bigotes". [34] Esto da como resultado un campo eléctrico muy alto que puede resultar en la ionización de moléculas gaseosas del analito. Los espectros de masas producidos por FI tienen poca o ninguna fragmentación. Están dominados por cationes radicales moleculares y, con menos frecuencia, moléculas protonadas .
El bombardeo de partículas con átomos se denomina bombardeo atómico rápido (FAB) y el bombardeo con iones atómicos o moleculares se denomina espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). [35] La ionización de fragmentos de fisión utiliza átomos iónicos o neutros formados como resultado de la fisión nuclear de un nucleido adecuado , por ejemplo el isótopo de californio 252 Cf.
En FAB, los analitos se mezclan con un entorno de protección química no volátil llamado matriz y se bombardean al vacío con un haz de átomos de alta energía (4.000 a 10.000 electronvoltios ). [36] Los átomos suelen proceder de un gas inerte como argón o xenón . Las matrices comunes incluyen glicerol , tioglicerol , alcohol 3-nitrobencílico (3-NBA), éter 18-corona-6 , éter 2-nitrofeniloctilo , sulfolano , dietanolamina y trietanolamina . Esta técnica es similar a la espectrometría de masas de iones secundarios y a la espectrometría de masas de desorción de plasma .
La espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) se utiliza para analizar la composición de superficies sólidas y películas delgadas pulverizando la superficie de la muestra con un haz de iones primarios enfocado y recolectando y analizando iones secundarios expulsados. Las relaciones masa/carga de estos iones secundarios se miden con un espectrómetro de masas para determinar la composición elemental, isotópica o molecular de la superficie hasta una profundidad de 1 a 2 nm.
En una fuente de iones metálicos líquidos (LMIS), se calienta un metal (normalmente galio ) hasta el estado líquido y se coloca en el extremo de un capilar o una aguja. Luego se forma un cono de Taylor bajo la aplicación de un fuerte campo eléctrico. A medida que la punta del cono se vuelve más afilada, el campo eléctrico se vuelve más fuerte, hasta que se producen iones por evaporación del campo. Estas fuentes de iones se utilizan particularmente en la implantación de iones o en instrumentos de haz de iones enfocados .
La espectrometría de masas por ionización y desorción de plasma (PDMS), también llamada ionización de fragmentos de fisión, es una técnica de espectrometría de masas en la que la ionización de material en una muestra sólida se logra bombardeándola con átomos iónicos o neutros formados como resultado de la fisión nuclear de un átomo adecuado. nucleido , típicamente el isótopo de californio 252 Cf. [37] [38]
La desorción/ionización por láser asistida por matriz (MALDI) es una técnica de ionización suave. La muestra se mezcla con un material de matriz. Al recibir un pulso láser, la matriz absorbe la energía del láser y se cree que principalmente la matriz es desorbida e ionizada (mediante la adición de un protón) por este evento. Las moléculas del analito también se desorben. Entonces se cree que la matriz transfiere protones a las moléculas del analito (p. ej., moléculas de proteína), cargando así el analito.
La desorción/ionización por láser asistida por superficie (SALDI) es una técnica de desorción por láser suave que se utiliza para analizar biomoléculas mediante espectrometría de masas . [39] [40] En su primera realización, utilizó matriz de grafito . [39] En la actualidad, los métodos de desorción/ionización por láser que utilizan otras matrices inorgánicas , como los nanomateriales , a menudo se consideran variantes de SALDI. También se ha demostrado un método relacionado denominado "SALDI ambiental", que es una combinación de SALDI convencional con espectrometría de masas ambiental que incorpora la fuente de iones DART . [41]
La desorción/ionización por láser mejorada en superficie (SELDI) es una variante de MALDI que se utiliza para el análisis de mezclas de proteínas que utiliza un objetivo modificado para lograr afinidad bioquímica con el compuesto analito. [42]
La ionización por desorción sobre silicio (DIOS) se refiere a la desorción/ionización por láser de una muestra depositada sobre una superficie de silicio porosa. [43]
Una fuente de grupo de vaporización láser produce iones utilizando una combinación de ionización por desorción láser y expansión supersónica. [44] La fuente Smalley (o fuente de grupo de Smalley ) [45] fue desarrollada por Richard Smalley en la Universidad Rice en la década de 1980 y fue fundamental para el descubrimiento de los fullerenos en 1985. [46] [47]
En la espectrometría de masas de aerosoles con análisis de tiempo de vuelo, las partículas sólidas de aerosol de tamaño micrométrico extraídas de la atmósfera se desorben e ionizan simultáneamente mediante un pulso láser sincronizado con precisión a medida que pasan por el centro de un extractor de iones de tiempo de vuelo. [48] [49]
Los métodos de ionización por pulverización implican la formación de partículas de aerosol a partir de una solución líquida y la formación de iones desnudos después de la evaporación del disolvente. [50]
La ionización asistida por disolvente (SAI) es un método en el que se producen gotas cargadas introduciendo una solución que contiene analito en un tubo de entrada calentado de un espectrómetro de masas de ionización a presión atmosférica. Al igual que en la ionización por electropulverización (ESI), la desolvatación de las gotas cargadas produce iones analitos con carga múltiple. SAI analiza los compuestos volátiles y no volátiles y no se requiere alto voltaje para lograr una sensibilidad comparable a la de ESI. [51] La aplicación de un voltaje a la solución que ingresa a la entrada caliente a través de un accesorio de volumen muerto cero conectado a un tubo de sílice fundida produce espectros de masas similares a ESI, pero con mayor sensibilidad. [52] El tubo de entrada al espectrómetro de masas se convierte en la fuente de iones.
La ionización asistida por matriz [MAI] es similar a MALDI en la preparación de muestras, pero no se requiere un láser para convertir las moléculas de analito incluidas en un compuesto de matriz en iones en fase gaseosa. En MAI, los iones analitos tienen estados de carga similares a la ionización por electropulverización, pero se obtienen a partir de una matriz sólida en lugar de un disolvente. No se requiere voltaje ni láser, pero se puede utilizar un láser para obtener resolución espacial para imágenes. Las muestras de matriz-analito se ionizan en el vacío de un espectrómetro de masas y se pueden insertar en el vacío a través de una entrada de presión atmosférica. Las matrices menos volátiles, como el ácido 2,5-dihidroxibenzoico, requieren un tubo de entrada caliente para producir iones analitos mediante MAI, pero las matrices más volátiles, como el 3-nitrobenzonitrilo, no requieren calor, voltaje ni láser. Simplemente introduciendo la matriz: muestra de analito en la abertura de entrada de un espectrómetro de masas de ionización a presión atmosférica se producen abundantes iones. Con este método se pueden ionizar compuestos al menos tan grandes como la albúmina sérica bovina [66 kDa]. [53] En este método de ionización simple, de bajo costo y fácil de usar, la entrada al espectrómetro de masas puede considerarse la fuente de iones.
La ionización química a presión atmosférica es una forma de ionización química que utiliza un aerosol de solvente a presión atmosférica. [54] Una pulverización de disolvente se calienta a temperaturas relativamente altas (por encima de 400 grados Celsius), se rocía con altos caudales de nitrógeno y toda la nube de aerosol se somete a una descarga en corona que crea iones con el disolvente evaporado actuando como ionización química. gas reactivo. APCI no es una técnica de ionización tan "suave" (baja fragmentación) como ESI. [55] Tenga en cuenta que la ionización a presión atmosférica (API) no debe utilizarse como sinónimo de APCI. [56]
La ionización por termopulverización es una forma de ionización a presión atmosférica en espectrometría de masas . Transfiere iones de la fase líquida a la fase gaseosa para su análisis. Es particularmente útil en cromatografía líquida-espectrometría de masas . [57]
En la ionización por electropulverización , se empuja un líquido a través de un capilar muy pequeño, cargado y generalmente metálico . [58] Este líquido contiene la sustancia a estudiar, el analito , disuelta en una gran cantidad de disolvente , que suele ser mucho más volátil que el analito. A esta solución también se le suelen añadir ácidos volátiles , bases o tampones . El analito existe como un ion en solución, ya sea en forma de anión o catión. Debido a que cargas similares se repelen, el líquido sale del capilar y forma un aerosol , una niebla de pequeñas gotas de aproximadamente 10 μm de diámetro. El aerosol se produce al menos parcialmente mediante un proceso que implica la formación de un cono de Taylor y un chorro desde la punta de este cono. A veces se utiliza un gas portador sin carga, como el nitrógeno , para ayudar a nebulizar el líquido y ayudar a evaporar el disolvente neutro en las gotas. A medida que el disolvente se evapora, las moléculas del analito se acercan, se repelen y rompen las gotas. Este proceso se llama fisión de Coulómbico porque es impulsado por fuerzas de Coulómbico repulsivas entre moléculas cargadas. El proceso se repite hasta que el analito esté libre de disolvente y sea un ion desnudo . Los iones observados se crean mediante la adición de un protón (un ion de hidrógeno) y se denota , o de otro catión como el ion de sodio , o la eliminación de un protón . Iones con carga múltiple como los que se observan a menudo. Para macromoléculas grandes , puede haber muchos estados de carga, que ocurren con diferentes frecuencias; la carga puede ser tan grande como , por ejemplo.
La ionización por electropulverización con sonda (PESI) es una versión modificada de la electropulverización, donde el capilar para la transferencia de la solución de muestra se reemplaza por una aguja sólida de punta afilada con movimiento periódico. [59]
La ionización a presión atmosférica sin contacto es una técnica utilizada para el análisis de muestras líquidas y sólidas mediante espectrometría de masas . [60] API sin contacto se puede operar sin un suministro de energía eléctrica adicional (suministro de voltaje a la fuente emisora), suministro de gas o bomba de jeringa . Por tanto, la técnica proporciona un medio sencillo para analizar compuestos químicos mediante espectrometría de masas a presión atmosférica .
La ionización por pulverización sónica es un método para crear iones a partir de una solución líquida, por ejemplo, una mezcla de metanol y agua . [61] Se utiliza un nebulizador neumático para convertir la solución en una pulverización supersónica de pequeñas gotas. Los iones se forman cuando el disolvente se evapora y la distribución de carga estadísticamente desequilibrada en las gotas conduce a una carga neta y la desolvatación completa da como resultado la formación de iones. La ionización por pulverización sónica se utiliza para analizar fármacos y moléculas orgánicas pequeñas y puede analizar moléculas grandes cuando se aplica un campo eléctrico al capilar para ayudar a aumentar la densidad de carga y generar múltiples iones cargados de proteínas. [62]
La ionización por pulverización sónica se ha combinado con la cromatografía líquida de alta resolución para el análisis de fármacos. [63] [64] Los oligonucleótidos se han estudiado con este método. [65] [66] La SSI se ha utilizado de una manera similar a la ionización por electropulverización por desorción [67] para la ionización ambiental y se ha acoplado con cromatografía de capa fina de esta manera. [68]
La ionización por pulverización asistida por ultrasonidos (UASI) implica la ionización mediante la aplicación de ultrasonidos . [69] [70]
La ionización térmica (también conocida como ionización superficial o ionización de contacto) implica rociar átomos neutros vaporizados sobre una superficie caliente, de la cual los átomos se reevaporan en forma iónica. Para generar iones positivos, las especies atómicas deben tener una energía de ionización baja y la superficie debe tener una función de trabajo alta . Esta técnica es más adecuada para átomos alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) que tienen bajas energías de ionización y se evaporan fácilmente. [71]
Para generar iones negativos, las especies atómicas deben tener una alta afinidad electrónica y la superficie debe tener una función de trabajo baja. Este segundo enfoque es más adecuado para átomos de halógeno Cl, Br, I, At. [72]
En la ionización ambiental , los iones se forman fuera del espectrómetro de masas sin preparación ni separación de la muestra. [73] [74] [75] Los iones pueden formarse mediante extracción en gotitas de electropulverización cargadas , desorberse térmicamente e ionizarse mediante ionización química , o desorberse o extirparse con láser y posionizarse antes de que entren en el espectrómetro de masas.
La ionización ambiental basada en extracción sólido-líquido utiliza un aerosol cargado para crear una película líquida en la superficie de la muestra. [74] [76] Las moléculas de la superficie se extraen en el disolvente. La acción de las gotas primarias que golpean la superficie produce gotas secundarias que son la fuente de iones para el espectrómetro de masas. La ionización por electropulverización por desorción (DESI) utiliza una fuente de electropulverización para crear gotas cargadas que se dirigen a una muestra sólida a unos pocos milímetros o unos centímetros de distancia. Las gotas cargadas recogen la muestra mediante la interacción con la superficie y luego forman iones altamente cargados que se pueden muestrear en un espectrómetro de masas. [77]
La ionización ambiental basada en plasma se basa en una descarga eléctrica en un flujo de gas que produce átomos y moléculas metaestables e iones reactivos. A menudo se utiliza calor para ayudar en la desorción de especies volátiles de la muestra. Los iones se forman por ionización química en fase gaseosa. Un análisis directo en fuente en tiempo real opera exponiendo la muestra a una corriente de gas seco (típicamente helio o nitrógeno) que contiene átomos o moléculas neutrales (o "metaestables" ) excitados electrónica o vibrónicamente de larga vida. Los estados excitados generalmente se forman en la fuente DART creando una descarga luminosa en una cámara a través de la cual fluye el gas. Un método similar llamado sonda de análisis de sólidos atmosféricos [ASAP] utiliza el gas calentado de las sondas ESI o APCI para vaporizar la muestra colocada en un tubo de punto de fusión insertado en una fuente ESI/APCI. [78] La ionización se realiza mediante APCI.
La ionización ambiental basada en láser es un proceso de dos pasos en el que se utiliza un láser pulsado para desorber o extirpar material de una muestra y la columna de material interactúa con un electropulverizador o plasma para crear iones. La desorción/ionización por láser asistida por electropulverización (ELDI) utiliza un láser UV de 337 nm [79] o un láser infrarrojo de 3 μm [80] para desorber el material en una fuente de electropulverización. La ionización por electropulverización con desorción láser asistida por matriz (MALDESI) [81] es una fuente de ionización a presión atmosférica para la generación de iones con carga múltiple. Se dirige un láser ultravioleta o infrarrojo sobre una muestra sólida o líquida que contiene el analito de interés y una matriz que desorbe moléculas de analito neutro que se ionizan mediante la interacción con gotitas de disolvente electropulverizadas que generan iones con carga múltiple. La ionización por electropulverización por ablación láser (LAESI) es un método de ionización ambiental para espectrometría de masas que combina la ablación con láser de un láser de infrarrojo medio (IR medio) con un proceso secundario de ionización por electropulverización (ESI).
En un espectrómetro de masas, se ioniza una muestra en una fuente de iones y los iones resultantes se separan según su relación masa-carga. Los iones se detectan y los resultados se muestran como espectros de la abundancia relativa de los iones detectados en función de la relación masa-carga. Los átomos o moléculas de la muestra se pueden identificar correlacionando masas conocidas con las masas identificadas o mediante un patrón de fragmentación característico.
En los aceleradores de partículas, una fuente de iones crea un haz de partículas al comienzo de la máquina, la fuente . La tecnología para crear fuentes de iones para aceleradores de partículas depende en gran medida del tipo de partícula que se necesita generar: electrones , protones , iones H − o iones pesados.
Los electrones se generan con un cañón de electrones , del que existen muchas variedades.
Los protones se generan con un dispositivo basado en plasma , como un duoplasmatrón o un magnetrón .
Los iones H − se generan con un magnetrón o una fuente Penning . Un magnetrón consta de un cátodo cilíndrico central rodeado por un ánodo. El voltaje de descarga suele ser superior a 150 V y el consumo de corriente es de alrededor de 40 A. Un campo magnético de aproximadamente 0,2 tesla es paralelo al eje del cátodo . El gas hidrógeno se introduce mediante una válvula de gas pulsada. El cesio se utiliza a menudo para reducir la función de trabajo del cátodo, mejorando la cantidad de iones que se producen. Las grandes fuentes de H − cesiadas también se utilizan para calentar plasma en dispositivos de fusión nuclear.
Para una fuente Penning , un fuerte campo magnético paralelo al campo eléctrico de la vaina guía los electrones y los iones en espirales de ciclotrón de cátodo a cátodo. En los cátodos se generan iones H-menos rápidos como en el magnetrón. Se ralentizan debido a la reacción de intercambio de carga a medida que migran hacia la apertura del plasma. Esto crea un haz de iones más frío que los iones obtenidos de un magnetrón.
Los iones pesados se pueden generar con una fuente de iones de resonancia de ciclotrón electrónico . El uso de fuentes de iones de resonancia de ciclotrón electrónico (ECR) para la producción de haces intensos de iones altamente cargados ha crecido enormemente en la última década. Las fuentes de iones ECR se utilizan como inyectores en aceleradores lineales, generadores de Van-de-Graaff o ciclotrones en física nuclear y de partículas elementales. En física atómica y de superficies, las fuentes de iones ECR emiten intensos haces de iones altamente cargados para experimentos de colisiones o para la investigación de superficies. Sin embargo, para los estados de carga más altos se necesitan fuentes de iones de haz de electrones (EBIS). Pueden generar incluso iones desnudos de elementos semipesados. La trampa de iones por haz de electrones (EBIT), basada en el mismo principio, puede producir hasta iones de uranio desnudos y también puede utilizarse como fuente de iones.
También se pueden generar iones pesados con un cañón de iones que normalmente utiliza la emisión termoiónica de electrones para ionizar una sustancia en su estado gaseoso. Estos instrumentos se utilizan normalmente para el análisis de superficies.
El gas fluye a través de la fuente de iones entre el ánodo y el cátodo . Se aplica un voltaje positivo al ánodo. Este voltaje, combinado con el alto campo magnético entre las puntas de los cátodos interno y externo, permite que se inicie el plasma . Los iones del plasma son repelidos por el campo eléctrico del ánodo . Esto crea un haz de iones. [83]
![{\displaystyle {\ce {A + e^- ->[M] A^-}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/66643db6f8685caa43964601dd1512bdbc8faf1a)
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![{\displaystyle {\ce {[{M}+2H]^2+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e3c93104914e2a58bcf02e891fbfc0fb7e3be38b)
![{\displaystyle {\ce {[M + 25H]^{25+}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5d8177d721f0c8c9dd815e3dfc2bb7a727b59ae7)