La ionización de Penning es una forma de quimiionización , un proceso de ionización que implica reacciones entre átomos o moléculas neutros. [1] [2] El efecto Penning se pone en uso práctico en aplicaciones tales como de descarga de gas lámparas de neón y lámparas fluorescentes , en los que la lámpara se llena con una mezcla de 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 la descarga eléctrica en gases raros. Posteriormente, inició mediciones sobre la liberación de electrones de las 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 gaseosa 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]
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 de electrones de las partículas en colisión es suficiente, entonces la energía de enlace de dos partículas que se unieron entre sí también puede contribuir al acto de ionización de penetración asociativa. [6] [7] [8] La ionización de Penning asociativa también puede ocurrir:
La ionización Surface Penning (Desexcitación Auger) se refiere a la interacción del gas en estado excitado con una superficie S, lo que resulta en la liberación de un electrón:
El símbolo de carga positiva que parece ser necesario para la conservación de la carga se omite, porque S es una superficie macroscópica y la pérdida de un electrón tiene un efecto insignificante.
Aplicaciones
Espectroscopía electrónica
La ionización de Penning se ha aplicado a la espectroscopía electrónica de ionización de Penning ( PIES ) para el detector de cromatografía de gases en descarga luminiscente mediante el uso de la reacción para He * o Ne * . [2] [9] La energía cinética del electrón expulsado es analizada por las colisiones entre los átomos objetivo (gas o sólido) y metaestables escaneando el campo retardador en un tubo de vuelo del analizador en presencia de un campo magnético débil. [9] [10] El electrón producido por reacción tiene una energía cinética E determinada por:
La energía del electrón de ionización de Penning no depende de las condiciones de los experimentos ni de ninguna otra especie, ya que tanto E m como IE son constantes atómicas o moleculares de la energía de He * y la energía de ionización para la especie. [2] Espectroscopía electrónica de ionización de Penning aplicada a sólidos orgánicos. Permite el estudio de la distribución local de electrones de orbitales moleculares individuales, lo que expone al exterior de las capas superficiales más externas. [11]
Espectrometría de masas
Múltiples técnicas de espectrometría de masas [12], incluida la espectrometría de masas de descarga luminiscente y el análisis directo en espectrometría de masas en tiempo real, se basan en la ionización de Penning.
La espectrometría de masas de descarga luminiscente es la determinación directa de oligoelementos en muestras sólidas. Ocurre con dos mecanismos de ionización: la ionización por impacto de electrones directos y la ionización de Penning. Los procesos inherentes a la descarga luminiscente, 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
Referencias
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