Ionización de pluma

Proceso de ionización

La ionización de Penning es una forma de quimioionización , un proceso de ionización que implica reacciones entre átomos o moléculas neutros. ^{[1] [2]} El efecto Penning tiene un uso práctico en aplicaciones como lámparas de neón de descarga de gas y lámparas fluorescentes , donde la lámpara se llena con una mezcla Penning para mejorar las características eléctricas de las lámparas.

Historia

El proceso lleva el nombre del físico holandés Frans Michel Penning , quien lo informó por primera vez en 1927. Penning comenzó a trabajar en el Laboratorio Philips Natuurkundig en Eindhoven para continuar la investigación de las descargas eléctricas en gases raros. Posteriormente, inició mediciones sobre la liberación de electrones de superficies metálicas por iones positivos y átomos metaestables, y especialmente sobre los efectos relacionados con la ionización por átomos metaestables. ^[3]

Reacción

La ionización de Penning se refiere a la interacción entre un átomo G ^* en fase gas excitado electrónicamente y una molécula objetivo M. La colisión da como resultado la ionización de la molécula produciendo un catión M ^+. , un electrón e ⁻ y una molécula de gas neutro, G, en el estado fundamental. ^[4] La ionización de Penning se produce mediante la formación de un complejo de colisión de alta energía, que evoluciona hacia la formación de una especie catiónica, mediante la expulsión de un electrón de alta energía. ^[5]

${\displaystyle {\ce {{G^{\ast }}+M->{M^{+\bullet }}+{e^{-}}+G}}}$

El proceso de interacción de ionización entre la molécula excitada y la molécula objetivo.

La ionización de Penning ocurre cuando la molécula objetivo tiene un potencial de ionización menor que la energía excitada del átomo o molécula en estado excitado.

Variantes

Cuando la energía total de excitación electrónica de las partículas en colisión es suficiente, entonces la energía de enlace de dos partículas que se unieron también puede contribuir al acto de ionización asociativa. ^{[6] [7] [8] La ionización} asociativa de Penning también puede ocurrir:

${\displaystyle {\ce {{G^{\ast }}+M->{MG^{+\bullet }}+e^{-}}}}$

La ionización de superficie Penning (desexcitación de barrena) se refiere a la interacción del gas en estado excitado con una superficie S, lo que resulta en la liberación de un electrón:

${\displaystyle {\ce {{G^{\ast }}+S->{G}+{S}+e^{-}}}}$

Se omite el símbolo de carga positiva que parecería necesario para la conservación de la carga, porque S es una superficie macroscópica y la pérdida de un electrón tiene un efecto insignificante. ${\displaystyle {\ce {S+}}}$

Aplicaciones

espectroscopia electrónica

La ionización de Penning se ha aplicado a la espectroscopia electrónica de ionización de Penning ( PIES ) para el detector de cromatografía de gases en descarga luminosa mediante el uso de la reacción de He ^* o Ne ^* . ^{[2] [9]} La energía cinética del electrón expulsado se analiza mediante las colisiones entre el objetivo (gas o sólido) y los átomos metaestables mediante el escaneo del campo retardador en un tubo de vuelo del analizador en presencia de un campo magnético débil. ^{[9] [10]} El electrón producido por la reacción tiene una energía cinética E determinada por:

${\displaystyle E=E_{\text{m}}+IE}$

La energía del electrón de ionización de Penning no depende de las condiciones de los experimentos ni de ninguna otra especie ya que tanto Em _como IE son constantes atómicas o moleculares de la energía del He ^* y de la energía de ionización de la especie. ^[2] Espectroscopia electrónica de ionización de Penning aplicada a sólidos orgánicos. Permite el estudio de la distribución local de electrones de orbitales moleculares individuales, que expone al exterior las capas superficiales más externas. ^[11]

Espectrometría de masas

Múltiples técnicas de espectrometría de masas, ^[12] incluida la espectrometría de masas de descarga luminosa y el análisis directo en espectrometría de masas en tiempo real, se basan en la ionización de Penning.

La espectrometría de masas de descarga luminosa es la determinación directa de oligoelementos en muestras sólidas. Ocurre con dos mecanismos de ionización: la ionización directa por impacto electrónico y la ionización de Penning. Los procesos inherentes a la descarga luminosa, a saber, la pulverización catódica junto con la ionización de Penning, producen una población de iones a partir de la cual se pueden obtener directamente resultados semicuantitativos. ^[13]

Ver también

• Ionización química

Referencias

1. Arango, California; Shapiro, M.; Brumer, P. (2006). "Colisiones atómicas frías: control coherente de la escritura y la ionización asociativa". Física. Rev. Lett . 97 (19): 193202. arXiv : física/0610131 . Código bibliográfico : 2006PhRvL..97s3202A. doi :10.1103/PhysRevLett.97.193202. PMID  17155624.
2. Hiraoka, K .; Furuya, H.; Kambara, S.; Suzuki, S.; Hashimoto, Y.; Takamizawa, A. (2006). "Ionización Penning a presión atmosférica de hidrocarburos alifáticos". Comunicacion Rapida. Espectro de masas . 20 (21): 3213–22. Código Bib : 2006RCMS...20.3213H. doi :10.1002/rcm.2706. PMID  17016831.
3. Escritura, FM (1927). "Über Ionisation durch metastabile Atome" [Sobre la ionización de átomos metaestables]. Die Naturwissenschaften (en alemán). 15 (40): 818. Código bibliográfico : 1927NW.....15..818P. doi :10.1007/bf01505431.
4. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "Mezcla de gases de Penning". doi :10.1351/libro de oro.P04476
5. Falcinelli, Stefano; Candori, Pietro; Bettoni, Marta; Pirani, Fernando; Vecchiocattivi, Franco (2014). "Espectroscopia electrónica de ionización Penning de sulfuro de hidrógeno mediante átomos de neón y helio metaestables". La Revista de Química Física A. 118 (33): 6501–6506. Código Bib : 2014JPCA..118.6501F. doi :10.1021/jp5030312. PMID  24796487.
6. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "ionización asociativa". doi :10.1351/libro de oro.A00475
7. * Jones, DM; Dahler, JS (abril de 1988). "Teoría de la ionización asociativa". Revisión física A. 37 (8): 2916–2933. Código bibliográfico : 1988PhRvA..37.2916J. doi :10.1103/PhysRevA.37.2916. PID  9900022.
8. Cohen, James S. (1976). "Modelo de cruce de curvas multiestado para dispersión: ionización asociativa y transferencia de excitación en helio". Revisión física A. 13 (1): 99-114. Código bibliográfico : 1976PhRvA..13...99C. doi :10.1103/PhysRevA.13.99.
9. Harada, Yoshiya (1990). "Espectroscopia electrónica de ionización de Penning de moléculas orgánicas: estereoquímica de orbitales moleculares". Pura aplicación. química . 62 (3): 457–462. doi : 10.1351/pac199062030457 .
10. Yoshihiro, Y.; Hideyasu, T.; Ryo, M.; Hideo, Y.; Fuminori, M.; Koichi, O. (200). "Un espectrómetro de electrones altamente sensible para ionización por colisión de haz cruzado: un analizador de botella magnética de tipo retardante y su aplicación a la espectroscopia electrónica de ionización de Penning resuelta por energía de colisión". Revisión de Instrumentos Científicos . 71 (3): 3042–49. Código Bib : 2000RScI...71.3042Y. doi :10.1063/1.1305819.
11. Harada, Yoshiya; Ozaki, Hiroyuki (1987). "Espectroscopia electrónica de ionización de Penning: su aplicación a la caracterización de superficies de sólidos orgánicos". Japón. J. Aplica. Física . 26 (8): 1201-1214. Código Bib : 1987JaJAP..26.1201H. doi : 10.1143/JJAP.26.1201 .
12. Bruto, JH (2014). "Análisis directo en tiempo real --- una revisión crítica de DART-MS". Química bioanal anal . 406 : 63–80. doi :10.1007/s00216-013-7316-0. PMID  24036523.
13. Rey, Florida; Teng, J.; Steiner, RE (1995). "Artículo especial: Tutorial. Espectrometría de masas de descarga luminosa: Determinaciones de oligoelementos en muestras sólidas". Revista de espectrometría de masas . 30 (8): 1060-1075. Código Bib : 1995JMSp...30.1061K. CiteSeerX 10.1.1.549.6325 . doi :10.1002/jms.1190300802.