Termal iyonizasyon - Thermal ionization

Yüzey iyonizasyonu veya temas iyonizasyonu olarak da bilinen termal iyonizasyon , atomların sıcak bir yüzeyden desorbe edildiği ve işlemde iyonize edildiği fiziksel bir işlemdir .

Termal iyonizasyon , basit iyon kaynakları yapmak , kütle spektrometrisi ve iyon demetleri oluşturmak için kullanılır . Termal iyonizasyon, birçok jeolojik/nükleer uygulamada kullanılmasına ek olarak, atom ağırlıklarının belirlenmesinde de yaygın olarak kullanılmıştır.

Fizik

1500 K'de buharlaştırılmış bir sezyum atomunda, büyük bir kanonik topluluk kullanılarak hesaplanan yüzey iyonizasyon etkisi . Y ekseni: atomdaki ortalama elektron sayısı; atom 55 elektrona sahip olduğunda nötrdür. X ekseni: elektron kimyasal potansiyeline μ ve elektrostatik potansiyele ϕ bağlı enerji değişkeni (yüzey çalışma fonksiyonuna eşit ) .

İyonlaşma olasılığı, filament sıcaklığının, filament substratının iş fonksiyonunun ve elementin iyonlaşma enerjisinin bir fonksiyonudur .

Bu, Saha-Langmuir denkleminde özetlenir :

${\displaystyle {\frac {n_{+}}{n_{0}}}={\frac {g_{+}}{g_{0}}}\exp {\Bigg (}{\frac {W-\ Delta E_{I}}{kT}}{\Bigg )}}$

nerede

${\displaystyle {\frac {n_{+}}{n_{0}}}}$ = iyon sayısı yoğunluğunun nötr sayı yoğunluğuna oranı

${\displaystyle {\frac {g_{+}}{g_{0}}}}$ = iyonik (g_+) ve nötr (g_0) durumların istatistiksel ağırlıklarının (yozlaşma) oranı

${\görüntüleme stili e}$= elektron yükü

${\görüntüleme stili W}$= yüzeyin iş fonksiyonu

${\displaystyle \Delta E_{I}}$= desorbe edilmiş elementin iyonlaşma enerjisi

${\görüntüleme stili k}$= Boltzmann sabiti

${\görüntüleme stili T}$ = yüzey sıcaklığı

Düşük iş fonksiyonuna sahip bir yüzeye karşı büyük elektron ilgisi olan elementler için de negatif iyonlaşma meydana gelebilir . ${\displaystyle \Delta E_{A}}$

Termal iyonizasyon kütle spektrometrisi

Termal iyonizasyonun bir uygulaması, termal iyonizasyon kütle spektrometrisidir (TIMS). Termal iyonizasyon kütle spektrometrisinde, kimyasal olarak saflaştırılmış bir malzeme bir filament üzerine yerleştirilir ve daha sonra yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve bu, sıcak filament termal olarak desorbe edilirken (kaynatılırken) malzemenin bir kısmının iyonize olmasına neden olur . Filamentler genellikle 1-2 mm genişliğinde, 0,1 mm kalınlığında, ters U şeklinde bükülmüş ve bir akım sağlayan iki kontağa bağlanmış düz metal parçalarıdır.

Bu yöntem, örneğin vakum altında iyonize edildiği radyometrik tarihlemede yaygın olarak kullanılmaktadır . Filamentte üretilen iyonlar, bir iyon demetine odaklanır ve daha sonra onları kütle olarak ayırmak için bir manyetik alandan geçirilir. Farklı izotopların nispi bollukları daha sonra ölçülebilir ve izotop oranları elde edilir.

Bu izotop oranları TIMS ile ölçüldüğünde, türler sıcak filament tarafından yayılırken kütleye bağlı fraksiyonasyon meydana gelir. Fraksiyonasyon, numunenin uyarılması nedeniyle oluşur ve bu nedenle izotop oranının doğru ölçümü için düzeltilmelidir.

TIMS yönteminin çeşitli avantajları vardır. Basit bir tasarıma sahiptir, diğer kütle spektrometrelerinden daha ucuzdur ve kararlı iyon emisyonları üretir. Stabil bir güç kaynağı gerektirir ve stronsiyum ve kurşun gibi düşük iyonizasyon enerjisine sahip türler için uygundur .

Bu yöntemin dezavantajları, termal iyonizasyonda elde edilen maksimum sıcaklıktan kaynaklanmaktadır. Sıcak filament 2500 °C'den daha düşük bir sıcaklığa ulaşır ve bu da osmiyum ve tungsten gibi yüksek iyonizasyon enerjisine sahip türlerin atomik iyonlarını oluşturamamasına yol açar . TIMS yöntemi bu durumda bunun yerine moleküler iyonlar oluşturabilse de, iyonlaşma enerjisi yüksek türler MC-ICP-MS ile daha etkin bir şekilde analiz edilebilmektedir .

Ayrıca bakınız

• Langmuir-Taylor dedektörü
• Irving Langmuir
• Megnad Saha

Referanslar