Способ исследования влияния внутренней энергии возбуждения ионов на сечение ионномолекулярных реакций Советский патент 1979 года по МПК G01N27/64 

Изобретение относится к исследованию физико-химических процессов, происходящих в ионизованных газах, а точнее к исследованию влияния внутренней энергии ионов на сечение ионно-молекулярных реакций (ИМР). Наиоольшее распространение среди описанных способов исследования влияния внутренней энергии ионов на сечение ИМР получил метод фотоионизационной масс-спектрометрии, основанный на получении зависимости выхода вторичных, т. е. образующихся в процессе ИМР, ионов от энергии фотонов (hV), генерирующих первичные ионы 1. Недостатком этого способа явлрется то, что определяется - эффективное сечение ионно-молекулярных реакций, усредненное по всем .возможным при данной энергии фотона энергиями возбуждения первичных ионов: E,ih.-) ,. ;б (E6H)f(Ee«)dEBH(1) где (ЕВН) - сечение ИМР для первичных ио нов с энергией возбуждения Е ЦЕвц) - функция распределения первичных ионов по внутренней энергии -возбуждения. Для извлечения из экспериментальных данных информации, которая непосредственно может быть использована для расчета практических систем, необходимо знать f(EsH), что требует дополнительных экспериментов. Наиболее близким по технической сущности является способ фотоион-фотоэлектронных совпадений, используемый для исследования влияния внутренней энергии возбуждения молекулярного иона на процессы его мономолекулярного, т. е. без участия третьего тела, распада 2. В этом способе исследуемый газ ионизуется электромагнитным излучением, получаемые фотоэлектроны регистрируются фотоэлектрометронным спектрометром. Далее измеряются совпадения во времени импульсов от фотоэлектронов и первичных ионов, образующихся из молекулярных ионов в результате их мономолекулярного распада, (фотоионов)... ,.„. . (2) гдеABC - исходная молекула; АВС иАВ -молекулярный и осколочный ионы (первичн1 е ионы); t- фотоэлектроны; С - радикал. Измерения обычно проводятся при давлениях исследуемого газа порядка 10 торр. При таких давлениях ионно-молекулярные реакции, т. е. реакции первичных ионов с молекулами (3) (например, молекулами исследуемого соединения), дают малый вклад в наблюдаемый масс-спектр: АВС + ДКЬ АВСД% KL АВ + DKL ABLr+ DK Целью изобретения является повышение точности и непосредственного получения прямой информации о зависимости сечения ионно-молекулярных реакций от внутренней энергии возбуждения ионов. Поставленная цель достигается тем, что в отличие от способа фотоион-фотоэлектронных совпадений, где измеряются совпадения импульсов от фотоэлектронов и первичных ионов (2), в предлагаемом способе измеряются совпадения импульсов от фотоэлектронов и вторичных ионов, образующихся из первичных ионов после их участия в реакциях 3. Кроме того, измерения совпадений производятся при давлениях исследуемого соединения порядка -Юз торр, что приводит к резкому (в случае ИМР ионов молекулами того же газа - пропорциональному квадрату давления газа) увеличению числа вторичных ионов, образующихся по реакции (3). Энергия возбуждения молекулярного иона (Е } определяется по кинетической энергии фотоэлектронов Екин. эд по формуле EtoVs h) - ПИ - Екмн.эл(4) где ПИ - потенциал ионизации исследуемого газа. Результаты исследования ИМР с участием молекулярного иона СНзСНО и нейтральной молекулы ацетальдегида + CHjCHO- CH CHOH CHjCO (5) следующие результаты получены на приборе совпадений. Для увеличения давления исследуемого газа область масс-анализатора была отделена от остального объема вакуумноплотной диафрагмой. При увеличении внутренней энергии возбуждения молекулярного иона отнощение приращения скорости счета совпадений вторичного иона CHjCHOH с фотоэлектронами к приращению скорости счета электронов изменяется, что свидетельствует о зависимости выхода вторичного иона, а следовательно, и сечения ИМР от величины внутренней энергии первичного иона CHj-CHO .

Внутренняя энергия первичных гйолекупярных ионов, эВ

О

3 4 5 6

Использование предлагаемого способа исследования влияния внутренней энергии ионов на сечение ИМР позволяет непосредственно получать зависимость сечения ИМР от внутренней энергии ионов в щироком диапазоне энергий возбуждения ионов.

Для получения аналогичной информации косвенным методом фотоионизационной массспектрометрии необходимо для каждой точки зависимости сечения ИМР от энергии возбуждения иона снять фотоэлектронный спектр, при соответствующей данной точке длине волны ионизующего излучения, что дает информацию о функции распределения первичных ионов па внутренней энергии возбуждеНИН. Далее полученная информация должна быть математически обработана, исходя из формулы (1).

Сечение И.МР.

1

ОД 0,4 0,15 0.3

Кроме того, для метода фотоионизационной масс-спектрометрии необходим сложный и дорогостоящий вакуумный монохроматор, а в предлагаемом методе может быть использован простой, монохроматичный источник ионизующего излучения.

Увеличение давления исследуемого газа с 10 до 10 торр и выще позволяет на два порядка увеличить скорость счета совпадений фотоэлектронов со вторичными ионами, что резко уменьщает время, необходимое для проведения эксперимента.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить прямую более точную информацию без дополнительной обработки данных

Точность измерений при подобных исследованиях пропорциональна корню квадратному из количества сосчитанных совпадений. Поэтому полученное в результате повышения давления увеличение скорости счета совпадений повысило точность измерений (при том же времени измерения) примерно в 3 раза.

Получаемые с помощью этого способа данные необходимы для расчетов и решения практических задач в области фотохимии, радиационной химии, плазмохимии и в других областях, имеющих дело с химическими реакциями возбужденных ионов. Данные, получаемые этим способом, необходимы для проверки теорий ионно-молекулярных реакций.

Формула изобретения

ионизацию исследуемого газа электромагнитным излучением, регистрацию фотоэлектронов фотоэлектронным спектрометром, регистрацию ионов масс-спектрометром, и измерение совпадений фотоэлектронов и ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и непосредственного получения прямой информации, измеряют совпадения фотоэлектронов со вторичными ионами. 2. Способ по п. 1, отличаюи ийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, повышают давление исследуемого газа

0 до 10 -1СГЗ торр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Eland J. Intern. I. Mass Spectrom. Ion Phys. 8, 143-151, 1972 (прототип).