Определение коэффициента ионизации многоатомных молекул (на примере диссоциативной поверхностной ионизации на поверхности окисленного вольфрама) | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №19 (205) май 2018 г.

Дата публикации: 16.05.2018

Статья просмотрена: 6 раз

Библиографическое описание:

Саидумаров И. М., Мамадиёрова Г. К. Определение коэффициента ионизации многоатомных молекул (на примере диссоциативной поверхностной ионизации на поверхности окисленного вольфрама) // Молодой ученый. — 2018. — №19. — С. 160-164. — URL https://moluch.ru/archive/205/50255/ (дата обращения: 16.02.2019).



Экспериментально определены основные характеристики ПвИ коэффициент ионизации для радикалов , и при диссоциативной ПвИ многоатомных молекул имипрамина, амитриптилина, новокаина, тетраэтиламмоний хлорида и лидокаина.

Ключевые слова: поверхностная ионизация, нестационарные процессы, метод модуляции напряжения, кинетические характеристики, время жизни, константы скорости, энергия активации.

The basic characteristics of surface ionization have been experimentally defined — the ionization coefficient for the radicals , and for polyatomic molecules of imipramine, amitriptyline, procaine, tetraethylammonium chloride and lidocaine.

Key words: surface ionization, non-stationary processes, modulation voltage method, kinetic characteristics, lifetime, speed constants, activation energy.

Поверхностная ионизация (ПвИ) многоатомных частиц к настоящему времени изучена достаточно хорошо: выявлены основные закономерности процессов адсорбции, диссоциации исходных молекул с образованием ионизируемых продуктов для разных классов органических соединений, получены выражения для ионных токов [1–3].

Пусть на однородный эмиттер поступает постоянной во времени поток молекул , который на поверхности эмиттера частично превращается в видов частиц нового химического состава. Если в адсорбированном слое образуются частицы, эффективно ионизирующиеся путем ПвИ, то при действии напряжения, запирающего десорбцию ионов в течение времени , концентрация таких частиц в адсорбированном слое должна возрастать, как показано на рис. 1.б. При изменении полярности электрического поля () концентрация адсорбированных частиц начинает падать. Поэтому в коллекторной цепи возникает всплеск ионного тока частиц с последующим уменьшением тока, как показано на рис.1.в.

Изменение поверхностной концентрации определяется уравнениям непрерывности

(1)


где - поток частиц, поступающих на поверхность, - температура адсорбента и - вероятность убыли частиц с поверхности адсорбента или сумма констант скоростей всех гетерогенных процессов, влияющих на поверхностную концентрацию ионизируемых частиц. В случае ПвИ атомов определяется суммой констант скорости десорбции атомов в заряженном и нейтральном состояниях, где и - энергии активации десорбции, и — энтропийные множители.

Рис. 1. Иллюстрация к методу модуляции напряжения: а) форма модулирующего напряжения; б) изменение во времени концентрации адсорбированных частиц на поверхности эмиттера; в) форма импульсов тока десорбирующихся ионов;

Обнаружение и выявление основных закономерности ПвИ многоатомных частиц — молекул и радикалов органических и биоорганических соединений позволили развить метод модуляции напряжения (ММН) применительно к многоатомным частицам. Было найдено, что при ПвИ исходных молекул релаксация ионного тока как и в случае ПвИ атомов экспоненциально, но определяется не только константой скорости десорбции исходных молекул в заряженном и нейтральном состояниях, но и константами скоростей всех гетерогенных реакций приводящих к убыли молекул которые в узком температурном интервале можно представить как . Поэтому по графикам можно определять среднее время жизни молекул на поверхности адсорбента

.

В случае ПвИ продуктов химических превращений исходных молекул на поверхности (например, наиболее часто встречаемый случай ПвИ органических соединений — ионизация продуктов диссоциации исходных молекул) изменение поверхностной концентрации - х частиц следует уравнению непрерывности

(2)

в котором по аналогии с , а эффективный поток - х частиц на поверхность , где — концентрация исходных молекул, а — константа скорости диссоциации исходной молекулы с образованием - ой частицы. Решение этого уравнения как в случае ММН, показало, что изменение тока ионов - х частиц не следует экспоненциальному закону и зависит как от , так и от . Однако, в случае ММН можно выделить случаи, когда изменение тока изменение поверхностной концентрации -х частиц описывается экспонентой

Для этого необходимо, чтобы при изменении полярности электрического поля в ММН не было увеличения поверхностной концентрации исходных молекул .

Для этого должно быть , например, когда исходные молекулы не десорбируются в виде ионов из-за относительно высокого значения потенциал ионизации и превращения их на поверхности в другие частицы, ионизируемые путем ПвИ. Это часто встречаемый в практике ПвИ органических соединений случай, когда в виде ионов с большой эффективностью десорбируются продукты диссоциации исходных молекул и не десорбируются [3]. Поэтому в работах [4] ММН были экспериментально определены кинетические характеристики десорбции ряда многоатомных частиц, представленных в табл.1. и находящихся в хорошем согласии с результатами изучения ПвИ этих частиц в стационарных условиях (величины плотности токов ионов, их температурные зависимости и др.).

В этом случае определяются не истинные или , а эффективные значении учитывающие диссоциации, меньшие соответствующих истинных величин и . Совпадение возможно только при . Таким образом, при использовании ММН, в случае ионизации частиц, которые одновременно с ионизацией на поверхности испытывают химические реакции преобразования, экспериментально определяют заниженный относительно истинного коэффициента ПвИ. Тем не менее, эти величины представляют интерес, поскольку в этом методе по спаду ионного тока определяют и, измеряя , можно получить константу скорости термической десорбции и соответственно среднее время жизни таких частиц по отношению к испарению их в заряженном состоянии , так как

(3)

Проводя такие измерения для ряда температур, можно по графикам Аррениуса получить истинную энергию связи многоатомных частиц с подложкой и предэкспоненциальных множителей в кинетическом уравнении термодесорбции ионов.

В связи с высокой эффективностью поверхностной ионизации ряда органических соединений, возник вопрос о возможности нахождения кинетических характеристик термической десорбции образующихся ионов.

В работе приведены результаты экспериментального исследования диссоциативной поверхностной ионизации многоатомных молекул имипрамина, амитриптилина, новокаина, тетроэтиламмоний хлорида и лидокаина в стационарных условиях модуляции напряжения. Полученные ПвИ масс-спектры показали, что при адсорбции молекул амитриптилина и имипрамина базовыми линиями являются линии ионов радикалов c , а при адсорбции молекул новокаина, тетраэтиламмоний хлорида и лидокаина базовыми являются линии ионов радикалов с и с .

Все исследованные радикалы — продукты реакции диссоциации молекул ионизируются с высокой эффективностью, их коэффициент ПвИ , определенный методом модуляции напряжения, составлял в интервале температур эксперимента.

Молекулярные ионы отсутствуют, это означает, что выполняется условие . Поэтому спад ионного тока в условиях модуляции напряжения определяется кинетикой термодесорбции ионов. Полученные ММН значения констант скорости термодесорбции и энергии активации для десорбции ионов c при адсорбции молекул имипрамина и амитриптилина, и ионов с и с при адсорбции молекул новокаина, тетраэтиламмоний хлорида и лидокаина хорошо согласуются между собой и с результатами, полученными для десорбции тех же ионов, полученных при адсорбции других молекул. Это подтверждает одно из основных условий равновесного процесса ПвИ — степень (коэффициент ) ПвИ одних и тех же частиц на одной и той же поверхности эмиттера одинаков и не зависит от способа образования этих частиц на поверхности эмиттера.

В ММН всплески ионных токов наблюдались при адсорбции всех исследованных органических молекул. Однако, эти всплески токов наблюдались только в узком температурном интервале (). Но следует отметить, что в этом интервале температур временные зависимости тока ионов были экспоненциальными и изменялись только при изменении температуры. При результаты были повторяемые.

Определение коэффициент поверхностной ионизации многоатомных молекул с поверхностью окисленного вольфрама

Таблица 1

Вещества

Десорбирующие ионы

Диапазон температуры (K)

Имипрамин

730–788

0.86

Амитриптилина

720–788

0.70

Лидокаин

785- 835

0.72

Тетраэтиламмоний хлорида

720–788

0.75

Тетраэтиламмоний хлорида

685- 730

0.70

Новокаин

690–762

0.70

Новокаин

795- 830

0.65

В работе исследованы нестационарные процессы диссоциативной ПвИ многоатомных молекул имипрамина , амитриптилина , новокаина , тетраэтиламмоний хлорида и лидокаина методам модуляции напряжения. Определены коэффициенты ПвИ радикалов , и продуктов реакции диссоциации исходных молекул .

Литература:

  1. Rakhmanov G. T., Rasulev U.Kh., Saidumarov I. M. Application of surface ionization to determine rate constant and activation energy of dissociation reactions of nitrogen base polyatomic molecules on W oxides // Surface and Interface Analysis. — 2006, Volume 38. — P. 219–223.
  2. Расулев У. Х., Рахманов Г. Т., Саидумаров И. М. Определения кинетических характеристик термодесорбции атомов и ионов Cs при адсорбции молекул CsCl на грани (100) монокристалла Mo // Узбекский физический журнал. — Ташкент, 1997. — № 4. — С. 85–86.
  3. Рахманов Г. Т., Саидумаров И. М., Худоева Х. К. и академик Расулев У. Х. Определение кинетики диссоциативной поверхностной ионизации молекул новокаина и лидокаина на окислах вольфрама // Доклады АНРУз. — Ташкент, 2008. — № 5. — С. 26–29.
  4. Рахманов Г. Т., Сайдумаров И. М., Раджабов А. Ш. Оценка потенциал ионизации некоторых радикалов при диссоциативной поверхностной ионизации молекул органических соединение. ЎзМУ хабарлари, Тошкент, “Университет”, 2013. С.185–187.
Основные термины (генерируются автоматически): частица, молекула, поверхностная концентрация, метод модуляции напряжения, поверхность эмиттера, поверхностная ионизация, ионный ток, высокая эффективность, нейтральное состояние, термическая десорбция.


Похожие статьи

Масс-спектрометрия: история и перспективы использования

Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии — группа методов, для которых процессы десорбции твердого

Над поверхностью образца возникает область высокого локального давления — факел, который преимущественно состоит из нейтральных частиц.

Экспериментальные и теоретические исследования влияния...

Концентрации nSi и nimp определялись методом количественной оже-спектроскопии.

где e- заряд электронов, Z=2 — средний заряд иона [20], vi — скорость ионов, - плотность ионного тока дуги, J — плотность

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si, ТiO2 и SiO2 при...

Теория адсорбции атомов на некристаллических подложках

Частицу, адсорбированную на поверхности твердого тела, можно рассматривать либо как один из компонентов сложной и весьма специфической «молекулы»

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Кремниевые пленки, осажденные PECVD-методом, показывают высокие электрофизические характеристики благодаря глубокой очистке от посторонних примесей. Плёнки имеют самый низкий уровень напряжений по сравнению с пленками, полученными термическими и...

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

Лазерный импульс вызывает десорбцию поверхностных атомов в вакуум и

поверхность, десорбция, углерод, кислород, электронная оже-спектроскопия, анион.

- длительность магнитного импульса; - максимальная энергия импульса; - амплитуда тока.

Анализ процессов формирования молекулярных кластеров...

Требуется оценить влияние поверхностного напряжения на устойчивое состояние плоской формы пленочного покрытия.

Поэтому спад ионного тока в условиях модуляции напряжения определяется кинетикой термодесорбции ионов.

Расчет порогового напряжения МДП-структуры с учетом...

Снижение дозы ионной имплантации возможно за счет уточненного расчета значения порогового напряжения еще на ранних стадиях проектирования МДП-структуры.

При начале инверсии поверхностные концентрации электронов и дырок равны: ps=ns=ni.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

Носители заряда электрона (электроны и дырки), которые образуются в результате ионизации под действием света, диффундируют от места их

Экспериментальная часть. Для получения наночастиц оксида цинка на межфазной поверхности нами выбран известный метод...

О нелинейности вольт-амперных характеристик хеморезисторных...

Ток ионов на поверхности сенсорной пленки определяется: js = qμsθNsELD (1). где q — заряд иона; μs–поверхностная подвижность; θ

При повышении приложенного напряжения увеличивается вклад ионного тока и линейная зависимость переходит в сублинейную.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Масс-спектрометрия: история и перспективы использования

Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии — группа методов, для которых процессы десорбции твердого

Над поверхностью образца возникает область высокого локального давления — факел, который преимущественно состоит из нейтральных частиц.

Экспериментальные и теоретические исследования влияния...

Концентрации nSi и nimp определялись методом количественной оже-спектроскопии.

где e- заряд электронов, Z=2 — средний заряд иона [20], vi — скорость ионов, - плотность ионного тока дуги, J — плотность

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si, ТiO2 и SiO2 при...

Теория адсорбции атомов на некристаллических подложках

Частицу, адсорбированную на поверхности твердого тела, можно рассматривать либо как один из компонентов сложной и весьма специфической «молекулы»

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Кремниевые пленки, осажденные PECVD-методом, показывают высокие электрофизические характеристики благодаря глубокой очистке от посторонних примесей. Плёнки имеют самый низкий уровень напряжений по сравнению с пленками, полученными термическими и...

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

Лазерный импульс вызывает десорбцию поверхностных атомов в вакуум и

поверхность, десорбция, углерод, кислород, электронная оже-спектроскопия, анион.

- длительность магнитного импульса; - максимальная энергия импульса; - амплитуда тока.

Анализ процессов формирования молекулярных кластеров...

Требуется оценить влияние поверхностного напряжения на устойчивое состояние плоской формы пленочного покрытия.

Поэтому спад ионного тока в условиях модуляции напряжения определяется кинетикой термодесорбции ионов.

Расчет порогового напряжения МДП-структуры с учетом...

Снижение дозы ионной имплантации возможно за счет уточненного расчета значения порогового напряжения еще на ранних стадиях проектирования МДП-структуры.

При начале инверсии поверхностные концентрации электронов и дырок равны: ps=ns=ni.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

Носители заряда электрона (электроны и дырки), которые образуются в результате ионизации под действием света, диффундируют от места их

Экспериментальная часть. Для получения наночастиц оксида цинка на межфазной поверхности нами выбран известный метод...

О нелинейности вольт-амперных характеристик хеморезисторных...

Ток ионов на поверхности сенсорной пленки определяется: js = qμsθNsELD (1). где q — заряд иона; μs–поверхностная подвижность; θ

При повышении приложенного напряжения увеличивается вклад ионного тока и линейная зависимость переходит в сублинейную.

Задать вопрос