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 electrónica se utiliza ampliamente en espectrometría de masas, en particular para moléculas orgánicas . La reacción en fase gaseosa que produce la ionización electrónica es
donde M es el átomo o molécula que se ioniza, es el electrón y es el ion resultante.
Los electrones pueden crearse mediante una descarga de arco entre un cátodo y un ánodo .
Una fuente de iones de 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 de 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 denota que para conservar la energía y el 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 (IC) es un proceso de menor energía que la ionización electrónica porque implica reacciones entre iones y moléculas en lugar de eliminación de electrones. [6] La energía más baja produce una menor fragmentación y, por lo general, un espectro más simple . Un espectro de IC típico tiene un ion molecular fácilmente identificable. [7]
En un experimento de CI, los iones se producen a través de 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 por 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 a través de la reacción de un átomo o molécula en fase gaseosa con un átomo o molécula en un estado excitado . [9] [10] La quimioionización se puede representar por
donde G es la especie del estado excitado (indicada por el asterisco 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" superíndice).
La ionización asociativa es una reacción en fase gaseosa en la que dos átomos o moléculas interactúan para formar un único ion producto. [11] [12] [13] Una o ambas especies interactuantes pueden tener 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 neutrales. [14] [15] El proceso recibe su 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 en estado excitado en fase gaseosa G * y una molécula objetivo M que resulta en la formación de un catión molecular radical M +. , un electrón e − y una molécula de gas neutral 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 realizarse a través de
La ionización de Penning superficial (también conocida como desexcitación Auger) se refiere a la interacción del gas en estado excitado con una superficie S, lo que da como resultado 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 de analito en una colisión reactiva:
Donde M es la molécula de analito, X + es el catión y A es un socio 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 requerida ] Esto se utiliza en detectores de humo de ionización y espectrómetros de movilidad iónica .
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 que varían en el tiempo . [19]
Las fuentes de iones de plasma inducido por microondas son capaces de excitar descargas de gas sin electrodos para crear iones para 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 área grande de 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. Tal 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 ciclotrónica electrónica para ionizar un plasma. Se inyectan microondas en un volumen a la frecuencia correspondiente a la resonancia ciclotrónica electrónica, 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 luminiscente eléctrica . Una descarga luminiscente 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 de vacío que contiene gas. Cuando el voltaje supera un valor determinado, llamado voltaje de impacto , el gas forma un plasma.
Un duoplasmatrón es un tipo de fuente de iones de descarga luminiscente 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 de haz de iones y física de alta energía. [26]
En un resplandor que fluye , los iones se forman en un flujo de gas inerte, típicamente helio o argón . [27] [28] [29] Se agregan reactivos aguas abajo para crear productos iónicos y estudiar las velocidades de reacción. La espectrometría de masas con resplandor que fluye 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 combina con un espectrómetro de masas, el instrumento completo se denomina espectrómetro de masas de ionización por chispa o espectrómetro de masas de fuente de chispa (SSMS). [32]
Una fuente de iones de deriva cerrada utiliza un campo magnético radial en una cavidad anular para confinar electrones y 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 multifotón (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 de los fotones acceden a una transición ligada a ligada que es resonante en el átomo o molécula que se está ionizando.
La fotoionización a presión atmosférica (APPI) utiliza una fuente de fotones, normalmente una lámpara UV de vacío (VUV), para ionizar el analito mediante un proceso de ionización de fotón único. De forma análoga a otras fuentes de iones a presión atmosférica, se calienta un aerosol de disolvente a temperaturas relativamente altas (por encima de los 400 grados Celsius) y se rocía con altos caudales de nitrógeno para su desolvatación. El aerosol resultante se somete a radiación UV 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 diminutos "bigotes". [34] Esto da como resultado un campo eléctrico muy alto que puede provocar 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 menor frecuencia, moléculas protonadas .
El bombardeo de partículas con átomos se denomina bombardeo de átomos rápidos (FAB) y el bombardeo con iones atómicos o moleculares se denomina espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). [35] La ionización por 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 la 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 (4000 a 10 000 electronvoltios ). [36] Los átomos suelen ser de un gas inerte como el argón o el 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 por desorción de plasma .
La espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) se utiliza para analizar la composición de superficies sólidas y películas delgadas mediante la pulverización catódica de la superficie de la muestra con un haz de iones primarios enfocado y la recolección y análisis de los 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 a una profundidad de 1 a 2 nm.
En una fuente de iones de metal líquido (LMIS), un metal (normalmente galio ) se calienta hasta el estado líquido y se coloca en el extremo de un capilar o una aguja. A continuación, se forma un cono de Taylor mediante la aplicación de un campo eléctrico intenso. A medida que la punta del cono se vuelve más afilada, el campo eléctrico se hace más intenso, hasta que se producen iones por evaporación del campo. Estas fuentes de iones se utilizan especialmente en la implantación de iones o en instrumentos de haz de iones enfocado .
La espectrometría de masas por ionización por desorción de plasma (PDMS), también llamada ionización por fragmentos de fisión, es una técnica de espectrometría de masas en la que la ionización del material en una muestra sólida se logra bombardeándolo con átomos iónicos o neutros formados como resultado de la fisión nuclear de un nucleido adecuado , típicamente el isótopo de californio 252 Cf. [37] [38]
La desorción/ionización 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 se desorbe y se ioniza (mediante la adición de un protón) por este evento. Las moléculas del analito también se desorben. Se cree que luego la matriz transfiere protones a las moléculas del analito (por ejemplo, moléculas de proteína), cargando así el analito.
La desorción/ionización láser asistida por superficie (SALDI) es una técnica de desorción láser suave que se utiliza para analizar biomoléculas mediante espectrometría de masas . [39] [40] En su primera realización, utilizaba una matriz de grafito . [39] En la actualidad, los métodos de desorción/ionización láser que utilizan otras matrices inorgánicas , como nanomateriales , a menudo se consideran variantes de SALDI. También se ha demostrado un método relacionado llamado "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 láser mejorada por 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 láser de una muestra depositada sobre una superficie de silicio poroso. [43]
Una fuente de vaporización láser produce iones utilizando una combinación de ionización por desorción láser y expansión supersónica. [44] La fuente Smalley (o fuente de cúmulo Smalley ) [45] fue desarrollada por Richard Smalley en la Universidad Rice en la década de 1980 y fue fundamental para el descubrimiento de los fulerenos en 1985. [46] [47]
En la espectrometría de masas de aerosoles con análisis de tiempo de vuelo, las partículas de aerosol sólidas de tamaño micrométrico extraídas de la atmósfera se desorben e ionizan simultáneamente mediante un pulso láser cronometrado 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 solvente (SAI) es un método en el que se producen gotitas cargadas al introducir 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 electrospray (ESI), la desolvatación de las gotitas cargadas produce iones de analito con carga múltiple. Los compuestos volátiles y no volátiles se analizan mediante SAI, y no se requiere alto voltaje para lograr una sensibilidad comparable a la 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 los de la 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 la 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 la MAI, los iones de analito tienen estados de carga similares a la ionización por electrospray, pero se obtienen de una matriz sólida en lugar de un solvente. No se requiere voltaje ni láser, pero se puede utilizar un láser para obtener resolución espacial para la obtención de 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 de analito mediante MAI, pero las matrices más volátiles, como el 3-nitrobenzonitrilo, no requieren calor, voltaje ni láser. Simplemente introduciendo la muestra de matriz: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 de suero bovino [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 disolvente a presión atmosférica. [54] Un aerosol de disolvente se calienta a temperaturas relativamente altas (por encima de los 400 grados Celsius), se rocía con altos caudales de nitrógeno y toda la nube de aerosol se somete a una descarga de corona que crea iones con el disolvente evaporado actuando como gas reactivo de ionización química. La APCI no es una técnica de ionización tan "suave" (de baja fragmentación) como la ESI. [55] Tenga en cuenta que la ionización a presión atmosférica (API) no debe usarse 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 electrospray , 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 , disuelto en una gran cantidad de disolvente , que suele ser mucho más volátil que el analito. A esta solución también se le suelen añadir ácidos , bases o tampones volátiles. El analito existe como un ion en solución, ya sea en su forma aniónica o catiónica. Debido a que las cargas iguales se repelen, el líquido se empuja fuera del capilar y forma un aerosol , una niebla de pequeñas gotas de unos 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 ven obligadas a acercarse, se repelen entre sí y rompen las gotas. Este proceso se denomina fisión coulombiana porque es impulsado por fuerzas coulombianas repulsivas entre moléculas cargadas. El proceso se repite hasta que el analito está libre de disolvente y es un ion desnudo . Los iones observados se crean mediante la adición de un protón (un ion hidrógeno) y se denotan , o de otro catión como el ion sodio , , o la eliminación de un protón, . A menudo se observan iones con carga múltiple como . 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 electrospray con sonda (PESI) es una versión modificada de la electrospray, donde el capilar para la transferencia de la solución de muestra se reemplaza por una aguja sólida con 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] La API sin contacto puede funcionar sin una fuente de alimentación eléctrica adicional (que suministre voltaje al emisor de la fuente), suministro de gas o bomba de jeringa . Por lo tanto, la técnica proporciona un medio fácil 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 pequeñas moléculas orgánicas y fármacos 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 alto rendimiento para el análisis de fármacos. [63] [64] Se han estudiado oligonucleótidos con este método. [65] [66] La SSI se ha utilizado de manera similar a la ionización por electropulverización por desorción [67] para la ionización ambiental y se ha combinado con la 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 la pulverización de átomos neutros vaporizados sobre una superficie caliente, desde 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 energías de ionización bajas 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 el más adecuado para los 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 se pueden formar mediante extracción en gotitas de electrospray cargadas, desorberse térmicamente e ionizarse mediante ionización química , o desorberse o ablacionarse con láser y posionizarse antes de ingresar al espectrómetro de masas.
La ionización ambiental basada en la extracción sólido-líquido utiliza un aerosol cargado para crear una película líquida sobre 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 electrospray de desorción (DESI) utiliza una fuente de electrospray para crear gotas cargadas que se dirigen a una muestra sólida a unos pocos milímetros o centímetros de distancia. Las gotas cargadas recogen la muestra a través de 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 gas que fluye y que produce átomos y moléculas metaestables e iones reactivos. El calor se utiliza a menudo para ayudar a la desorción de especies volátiles de la muestra. Los iones se forman por ionización química en la fase gaseosa. Una fuente de análisis directo en tiempo real funciona exponiendo la muestra a una corriente de gas seco (normalmente helio o nitrógeno) que contiene átomos o moléculas neutros de larga duración excitados electrónicamente o vibrónicamente (o "metaestables" ). Los estados excitados se forman normalmente 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 electrospray o plasma para crear iones. La desorción/ionización láser asistida por electrospray (ELDI) utiliza un láser UV de 337 nm [79] o un láser infrarrojo de 3 μm [80] para desorber material en una fuente de electrospray. La ionización por electrospray 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 la matriz desorbe moléculas de analito neutro que se ionizan por interacción con gotitas de solvente electrospray que generan iones con carga múltiple. La ionización por electrospray por ablación láser (LAESI) es un método de ionización ambiental para espectrometría de masas que combina la ablación láser de un láser de infrarrojo medio (IR medio) con un proceso de ionización por electrospray (ESI) secundario.
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 las 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 unos 40 A. Un campo magnético de unos 0,2 teslas es paralelo al eje del cátodo . Se introduce gas hidrógeno mediante una válvula de gas pulsada. El cesio se utiliza a menudo para reducir la función de trabajo del cátodo, lo que aumenta la cantidad de iones que se producen. Las grandes fuentes de H − cesiadas también se utilizan para el calentamiento del plasma en dispositivos de fusión nuclear.
En una fuente Penning , un campo magnético intenso paralelo al campo eléctrico de la vaina guía a los electrones y los iones en espirales de ciclotrón de cátodo a cátodo. Los iones H-minus rápidos se generan en los cátodos, al igual que en el magnetrón. Su velocidad disminuye debido a la reacción de intercambio de carga a medida que migran a la abertura del plasma. Esto produce 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 ciclotrónica electrónica . El uso de fuentes de iones de resonancia ciclotrónica electrónica (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 entregan haces intensos de iones altamente cargados para experimentos de colisión 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 de peso medio. La trampa de iones de haz de electrones (EBIT), basada en el mismo principio, puede producir hasta iones de uranio desnudos y también puede usarse como fuente de iones.
Los iones pesados también se pueden generar con un cañón de iones , que normalmente utiliza la emisión termoiónica de electrones para ionizar una sustancia en 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 un 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)
![{\displaystyle {\ce {M + CH5+ -> CH4 + [M + H]+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6fbdf60d76f06803668a5ee2679ecda61dc97de5)
![{\displaystyle {\ce {[{M}+H]+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c3da4f18619d9d1c365ef5685607fd6fabd6263d)
![{\displaystyle {\ce {[M + Na]+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/90cde2727f0508a28b6de4eeb1af472ff9c32bff)
![{\displaystyle {\ce {[M - H]^-}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a273bb269e7370f565ad44a41144929549a38537)
![{\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)