पेनिंग आयनीकरण: Difference between revisions
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पेनिंग आयनीकरण [[रसायन-आयनीकरण]] या आयनीकरण प्रक्रिया का एक रूप है जिसमें तटस्थ परमाणुओं या अणुओं के बीच प्रतिक्रियाएं सम्मिलित होती हैं।<ref name="pmid17155624">{{cite journal |last1=Arango |first1=C. A. |last2=Shapiro |first2=M. |last3=Brumer |first3=P. |title=Cold atomic collisions: coherent control of penning and associative ionization |journal=Phys. Rev. Lett. |volume=97 |issue=19 |pages=193202 |year=2006 |pmid=17155624 |doi=10.1103/PhysRevLett.97.193202 |bibcode=2006PhRvL..97s3202A|arxiv = physics/0610131 }}</ref><ref name="pmid17016831">{{cite journal |last1=Hiraoka |first1=K. |last2=Furuya |first2=H. |last3=Kambara |first3=S. |last4=Suzuki |first4=S. |last5=Hashimoto |first5=Y. |last6=Takamizawa |first6=A. |title=स्निग्ध हाइड्रोकार्बन का वायुमंडलीय-दबाव पेनिंग आयनीकरण|journal=Rapid Commun. Mass Spectrom. |volume=20 |issue=21 |pages=3213–22 |year=2006 |pmid=17016831 |doi=10.1002/rcm.2706 |bibcode=2006RCMS...20.3213H}}</ref> | पेनिंग आयनीकरण [[रसायन-आयनीकरण]] या आयनीकरण प्रक्रिया का एक रूप है जिसमें तटस्थ परमाणुओं या अणुओं के बीच प्रतिक्रियाएं सम्मिलित होती हैं।<ref name="pmid17155624">{{cite journal |last1=Arango |first1=C. A. |last2=Shapiro |first2=M. |last3=Brumer |first3=P. |title=Cold atomic collisions: coherent control of penning and associative ionization |journal=Phys. Rev. Lett. |volume=97 |issue=19 |pages=193202 |year=2006 |pmid=17155624 |doi=10.1103/PhysRevLett.97.193202 |bibcode=2006PhRvL..97s3202A|arxiv = physics/0610131 }}</ref><ref name="pmid17016831">{{cite journal |last1=Hiraoka |first1=K. |last2=Furuya |first2=H. |last3=Kambara |first3=S. |last4=Suzuki |first4=S. |last5=Hashimoto |first5=Y. |last6=Takamizawa |first6=A. |title=स्निग्ध हाइड्रोकार्बन का वायुमंडलीय-दबाव पेनिंग आयनीकरण|journal=Rapid Commun. Mass Spectrom. |volume=20 |issue=21 |pages=3213–22 |year=2006 |pmid=17016831 |doi=10.1002/rcm.2706 |bibcode=2006RCMS...20.3213H}}</ref> | ||
पेनिंग प्रभाव को गैस-डिस्चार्ज [[नीयन दीपक]] और [[फ्लोरोसेंट लैंप]] जैसे अनुप्रयोगों में व्यावहारिक उपयोग के लिए रखा जाता है जहां लैंप की विद्युत विशेषताओं में सुधार के लिए लैंप को [[पेनिंग मिश्रण]] से भर दिया जाता है। | पेनिंग प्रभाव को गैस-डिस्चार्ज [[नीयन दीपक|नियॉन लैम्प]] और [[फ्लोरोसेंट लैंप]] जैसे अनुप्रयोगों में व्यावहारिक उपयोग के लिए रखा जाता है जहां लैंप की विद्युत विशेषताओं में सुधार के लिए लैंप को [[पेनिंग मिश्रण]] से भर दिया जाता है। | ||
== इतिहास == | == इतिहास == | ||
इस प्रक्रिया का नाम डच भौतिक विज्ञानी [[फ्रैंस मिशेल पेनिंग]] के नाम पर रखा गया है जिन्होंने पहली बार 1927 में इसकी सूचना दी थी। दुर्लभ गैसों पर विद्युत निर्वहन की जांच जारी रखने के लिए पेनिंग ने आइंडहोवन में फिलिप्स नेचुरकुंडिग लैबोरेटोरियम में | इस प्रक्रिया का नाम डच भौतिक विज्ञानी [[फ्रैंस मिशेल पेनिंग]] के नाम पर रखा गया है जिन्होंने पहली बार 1927 में इसकी सूचना दी थी। दुर्लभ गैसों पर विद्युत निर्वहन की जांच जारी रखने के लिए पेनिंग ने आइंडहोवन में फिलिप्स नेचुरकुंडिग लैबोरेटोरियम में कार्य करना आरम्भ किया। इसके पश्चात उन्होंने सकारात्मक आयनों और मेटास्टेबल परमाणुओं द्वारा धातु की सतहों से इलेक्ट्रॉनों की मुक्ति पर और विशेष रूप से मेटास्टेबल परमाणुओं द्वारा आयनीकरण से संबंधित प्रभावों पर माप करना आरम्भ किया।<ref>{{cite journal |last=Penning |first=F. M. |journal=Die Naturwissenschaften |year=1927|volume=15 |issue=40 |page=818 |title=Über Ionisation durch metastabile Atome |trans-title=On the ionization of metastable atoms |language=German |doi=10.1007/bf01505431|bibcode=1927NW.....15..818P }}</ref> | ||
== प्रतिक्रिया == | == प्रतिक्रिया == | ||
पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित गैस-चरण परमाणु G<sup>*</sup> और | पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित गैस-चरण परमाणु G<sup>*</sup> और लक्षित अणु M के मध्य के संपर्क को संदर्भित करता है। टक्कर के परिणामस्वरूप अणु का आयनीकरण होता है जिससे एक धनायन M<sup>+.</sup>, इलेक्ट्रॉन e<sup>−</sup> और उदासीन गैस अणु G, मूल अवस्था में प्राप्त होता है।<ref>{{GoldBookRef|title=Penning gas mixture|file= P04476}}</ref> पेनिंग आयनीकरण जटिल उच्च ऊर्जा टकराव के गठन के माध्यम से होता है एवं उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन को निकालने के द्वारा कैटीओनिक प्रजातियों के गठन की ओर विकसित होता है।<ref>{{cite journal|last1=Falcinelli|first1=Stefano|last2=Candori|first2=Pietro|last3=Bettoni|first3=Marta|last4=Pirani|first4=Fernando|last5=Vecchiocattivi|first5=Franco|title=मेटास्टेबल हीलियम और नियॉन परमाणुओं द्वारा हाइड्रोजन सल्फाइड की पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी|journal=The Journal of Physical Chemistry A|volume=118|issue=33|pages=6501–6506|doi=10.1021/jp5030312|pmid=24796487|language=en|bibcode=2014JPCA..118.6501F|year=2014}}</ref> | ||
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जब टकराने वाले कणों की कुल इलेक्ट्रॉन उत्तेजना ऊर्जा पर्याप्त होती है तो एक साथ बंधे हुए दो कणों की बंधन ऊर्जा | जब टकराने वाले कणों की कुल इलेक्ट्रॉन उत्तेजना ऊर्जा पर्याप्त होती है तो एक साथ बंधे हुए दो कणों की बंधन ऊर्जा की सहयोगी पेनिंग आयनीकरण कार्यप्रणाली में भी योगदान दिया जा सकता है।<ref>{{GoldBookRef|title=associative ionization|file= A00475}}</ref><ref>*{{cite journal |last1=Jones |first1=D. M. |last2=Dahler|first2=J. S. |title=Theory of associative ionization |date=April 1988 |pmid=9900022 |journal=[[Physical Review A]]|volume=37|issue=8 |pages=2916–2933|doi= 10.1103/PhysRevA.37.2916|bibcode = 1988PhRvA..37.2916J }}</ref><ref>{{Cite journal | last = Cohen | first = James S. | date = 1976 | title = Multistate curve-crossing model for scattering: Associative ionization and excitation transfer in helium | journal = Physical Review A | volume = 13 | issue = 1 | pages = 99–114 | doi = 10.1103/PhysRevA.13.99 |bibcode = 1976PhRvA..13...99C }}</ref> | ||
साहचर्य आयनीकरण पेनिंग आयनीकरण भी हो सकता है: | साहचर्य आयनीकरण पेनिंग आयनीकरण भी हो सकता है: | ||
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भूतल पेनिंग आयनीकरण (ऑगर डीएक्सिटेशन) | भूतल पेनिंग आयनीकरण (ऑगर डीएक्सिटेशन) सतह S के साथ उत्तेजित-अवस्था गैस के संपर्क को संदर्भित करता है जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं: | ||
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He{{sup|*}} या Ne{{sup|*}} के लिए प्रतिक्रिया का उपयोग करके ग्लो डिस्चार्ज में[[ गैस वर्णलेखन | गैस क्रोमैटोग्राफी]] | He{{sup|*}} या Ne{{sup|*}} के लिए प्रतिक्रिया का उपयोग करके ग्लो डिस्चार्ज में[[ गैस वर्णलेखन | गैस क्रोमैटोग्राफी]] संसूचक के लिए पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीआईईएस) के लिए पेनिंग आयनीकरण लागू किया गया है।<ref name="pmid17016831" /><ref name="Yoshiya1990">{{cite journal |first=Yoshiya |last=Harada |title=Penning ionization electron spectroscopy of organic molecules: stereochemistry of molecular orbitals |journal=Pure Appl. Chem. |volume=62 |issue=3 |pages=457–462 |year=1990 |doi=10.1351/pac199062030457|doi-access=free }}</ref> निर्बल चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में विश्लेषक की फ्लाइट ट्यूब में मंदक क्षेत्र को स्कैन करके लक्ष्य (गैस या ठोस) और मेटास्टेबल परमाणुओं के मध्य टकराव से निकाले गए इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा का विश्लेषण किया जाता है।<ref name="Yoshiya1990"/><ref>{{cite journal |last1=Yoshihiro |first1=Y. |last2=Hideyasu |first2=T. |last3=Ryo |first3=M. |last4=Hideo |first4=Y. |last5=Fuminori |first5=M. |last6=Koichi |first6=O. |title=A highly sensitive electron spectrometer for crossed-beam collisional ionization: A retarding-type magnetic bottle analyzer and its application to collision-energy resolved Penning ionization electron spectroscopy|journal=Review of Scientific Instruments |volume=71 |issue=3 |pages=3042–49 |year=200 |doi=10.1063/1.1305819|bibcode=2000RScI...71.3042Y }}</ref> प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन में गतिज ऊर्जा E होती है जो निम्नलिखित द्वारा निर्धारित होती है: | ||
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ग्लो डिस्चार्ज मास स्पेक्ट्रोमेट्री ठोस नमूनों में अवशेष तत्व का प्रत्यक्ष निर्धारण है। यह दो आयनीकरण तंत्रों "प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण और पेनिंग आयनीकरण" के साथ होता है। ग्लो डिस्चार्ज में निहित प्रक्रियाएं अर्थात् कैथोडिक स्पटरिंग, पेनिंग आयनीकरण के साथ युग्मित आयन | ग्लो डिस्चार्ज मास स्पेक्ट्रोमेट्री ठोस नमूनों में अवशेष तत्व का प्रत्यक्ष निर्धारण है। यह दो आयनीकरण तंत्रों "प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण और पेनिंग आयनीकरण" के साथ होता है। ग्लो डिस्चार्ज में निहित प्रक्रियाएं अर्थात् कैथोडिक स्पटरिंग, पेनिंग आयनीकरण के साथ युग्मित आयन घनत्व उत्पन्न करती हैं जिससे अर्ध-मात्रात्मक परिणाम सीधे प्राप्त किए जा सकते हैं।<ref>{{cite journal |first1= F. L. |last1=King |first2=J. |last2=Teng |first3=R. E. |last3=Steiner |title=Special feature: Tutorial. Glow discharge mass spectrometry: Trace element determinations in solid samples |journal=Journal of Mass Spectrometry |volume=30 |issue=8 |pages=1060–1075 |year=1995 |doi=10.1002/jms.1190300802|bibcode=1995JMSp...30.1061K |citeseerx=10.1.1.549.6325 }}</ref> | ||
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पेनिंग आयनीकरण रसायन-आयनीकरण या आयनीकरण प्रक्रिया का एक रूप है जिसमें तटस्थ परमाणुओं या अणुओं के बीच प्रतिक्रियाएं सम्मिलित होती हैं।[1][2]
पेनिंग प्रभाव को गैस-डिस्चार्ज नियॉन लैम्प और फ्लोरोसेंट लैंप जैसे अनुप्रयोगों में व्यावहारिक उपयोग के लिए रखा जाता है जहां लैंप की विद्युत विशेषताओं में सुधार के लिए लैंप को पेनिंग मिश्रण से भर दिया जाता है।
इतिहास
इस प्रक्रिया का नाम डच भौतिक विज्ञानी फ्रैंस मिशेल पेनिंग के नाम पर रखा गया है जिन्होंने पहली बार 1927 में इसकी सूचना दी थी। दुर्लभ गैसों पर विद्युत निर्वहन की जांच जारी रखने के लिए पेनिंग ने आइंडहोवन में फिलिप्स नेचुरकुंडिग लैबोरेटोरियम में कार्य करना आरम्भ किया। इसके पश्चात उन्होंने सकारात्मक आयनों और मेटास्टेबल परमाणुओं द्वारा धातु की सतहों से इलेक्ट्रॉनों की मुक्ति पर और विशेष रूप से मेटास्टेबल परमाणुओं द्वारा आयनीकरण से संबंधित प्रभावों पर माप करना आरम्भ किया।[3]
प्रतिक्रिया
पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित गैस-चरण परमाणु G* और लक्षित अणु M के मध्य के संपर्क को संदर्भित करता है। टक्कर के परिणामस्वरूप अणु का आयनीकरण होता है जिससे एक धनायन M+., इलेक्ट्रॉन e− और उदासीन गैस अणु G, मूल अवस्था में प्राप्त होता है।[4] पेनिंग आयनीकरण जटिल उच्च ऊर्जा टकराव के गठन के माध्यम से होता है एवं उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन को निकालने के द्वारा कैटीओनिक प्रजातियों के गठन की ओर विकसित होता है।[5]
पेनिंग आयनीकरण तब होता है जब लक्षित अणु की आयनीकरण क्षमता, उत्तेजित-अवस्था परमाणु या अणु की उत्तेजित ऊर्जा से कम होती है।
वेरिएंट (प्रकार)
जब टकराने वाले कणों की कुल इलेक्ट्रॉन उत्तेजना ऊर्जा पर्याप्त होती है तो एक साथ बंधे हुए दो कणों की बंधन ऊर्जा की सहयोगी पेनिंग आयनीकरण कार्यप्रणाली में भी योगदान दिया जा सकता है।[6][7][8]
साहचर्य आयनीकरण पेनिंग आयनीकरण भी हो सकता है:
भूतल पेनिंग आयनीकरण (ऑगर डीएक्सिटेशन) सतह S के साथ उत्तेजित-अवस्था गैस के संपर्क को संदर्भित करता है जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं:
धनात्मक आवेश प्रतीक इस प्रकार प्रतीत होता है कि आवेश संरक्षण के लिए मुक्त कर दिया जाता है क्योंकि S स्थूल सतह है और इलेक्ट्रॉन की हानि का प्रभाव नगण्य होता है।
अनुप्रयोग
इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी
He* या Ne* के लिए प्रतिक्रिया का उपयोग करके ग्लो डिस्चार्ज में गैस क्रोमैटोग्राफी संसूचक के लिए पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीआईईएस) के लिए पेनिंग आयनीकरण लागू किया गया है।[2][9] निर्बल चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में विश्लेषक की फ्लाइट ट्यूब में मंदक क्षेत्र को स्कैन करके लक्ष्य (गैस या ठोस) और मेटास्टेबल परमाणुओं के मध्य टकराव से निकाले गए इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा का विश्लेषण किया जाता है।[9][10] प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन में गतिज ऊर्जा E होती है जो निम्नलिखित द्वारा निर्धारित होती है:
पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्रयोगों या किसी अन्य प्रजाति की स्थितियों पर निर्भर नहीं करती है क्योंकि Em और IE दोनों He* की ऊर्जा और प्रजातियों के लिए आयनीकरण ऊर्जा के परमाणु या आणविक स्थिरांक हैं।[2] पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी कार्बनिक ठोस पर लागू होता है। यह अलग-अलग आणविक कक्षाओं के स्थानीय इलेक्ट्रॉन वितरण के अध्ययन को सक्षम बनाता है जो सबसे बाह्यतम परतों के बाहर उजागर होता है।[11]
मास स्पेक्ट्रोमेट्री
एकाधिक मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक तकनीक[12] ग्लो डिस्चार्ज मास स्पेक्ट्रोमेट्री सहित और वास्तविक समय मास स्पेक्ट्रोमेट्री में प्रत्यक्ष विश्लेषण पेनिंग आयनीकरण पर निर्भर करता है।
ग्लो डिस्चार्ज मास स्पेक्ट्रोमेट्री ठोस नमूनों में अवशेष तत्व का प्रत्यक्ष निर्धारण है। यह दो आयनीकरण तंत्रों "प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण और पेनिंग आयनीकरण" के साथ होता है। ग्लो डिस्चार्ज में निहित प्रक्रियाएं अर्थात् कैथोडिक स्पटरिंग, पेनिंग आयनीकरण के साथ युग्मित आयन घनत्व उत्पन्न करती हैं जिससे अर्ध-मात्रात्मक परिणाम सीधे प्राप्त किए जा सकते हैं।[13]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Arango, C. A.; Shapiro, M.; Brumer, P. (2006). "Cold atomic collisions: coherent control of penning and associative ionization". Phys. Rev. Lett. 97 (19): 193202. arXiv:physics/0610131. Bibcode:2006PhRvL..97s3202A. doi:10.1103/PhysRevLett.97.193202. PMID 17155624.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 Hiraoka, K.; Furuya, H.; Kambara, S.; Suzuki, S.; Hashimoto, Y.; Takamizawa, A. (2006). "स्निग्ध हाइड्रोकार्बन का वायुमंडलीय-दबाव पेनिंग आयनीकरण". Rapid Commun. Mass Spectrom. 20 (21): 3213–22. Bibcode:2006RCMS...20.3213H. doi:10.1002/rcm.2706. PMID 17016831.
- ↑ Penning, F. M. (1927). "Über Ionisation durch metastabile Atome" [On the ionization of metastable atoms]. Die Naturwissenschaften (in German). 15 (40): 818. Bibcode:1927NW.....15..818P. doi:10.1007/bf01505431.
{{cite journal}}: CS1 maint: unrecognized language (link) - ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Penning gas mixture". doi:10.1351/goldbook.P04476
- ↑ Falcinelli, Stefano; Candori, Pietro; Bettoni, Marta; Pirani, Fernando; Vecchiocattivi, Franco (2014). "मेटास्टेबल हीलियम और नियॉन परमाणुओं द्वारा हाइड्रोजन सल्फाइड की पेनिंग आयनीकरण इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी". The Journal of Physical Chemistry A (in English). 118 (33): 6501–6506. Bibcode:2014JPCA..118.6501F. doi:10.1021/jp5030312. PMID 24796487.
- ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "associative ionization". doi:10.1351/goldbook.A00475
- ↑ *Jones, D. M.; Dahler, J. S. (April 1988). "Theory of associative ionization". Physical Review A. 37 (8): 2916–2933. Bibcode:1988PhRvA..37.2916J. doi:10.1103/PhysRevA.37.2916. PMID 9900022.
- ↑ Cohen, James S. (1976). "Multistate curve-crossing model for scattering: Associative ionization and excitation transfer in helium". Physical Review A. 13 (1): 99–114. Bibcode:1976PhRvA..13...99C. doi:10.1103/PhysRevA.13.99.
- ↑ 9.0 9.1 Harada, Yoshiya (1990). "Penning ionization electron spectroscopy of organic molecules: stereochemistry of molecular orbitals". Pure Appl. Chem. 62 (3): 457–462. doi:10.1351/pac199062030457.
- ↑ Yoshihiro, Y.; Hideyasu, T.; Ryo, M.; Hideo, Y.; Fuminori, M.; Koichi, O. (200). "A highly sensitive electron spectrometer for crossed-beam collisional ionization: A retarding-type magnetic bottle analyzer and its application to collision-energy resolved Penning ionization electron spectroscopy". Review of Scientific Instruments. 71 (3): 3042–49. Bibcode:2000RScI...71.3042Y. doi:10.1063/1.1305819.
- ↑ Harada, Yoshiya; Ozaki, Hiroyuki (1987). "Penning Ionization Electron Spectroscopy: Its Application to Surface Characterization of Organic Solids". Jpn. J. Appl. Phys. 26 (8): 1201–1214. Bibcode:1987JaJAP..26.1201H. doi:10.1143/JJAP.26.1201.
- ↑ Gross, J. H. (2014). "वास्तविक समय में प्रत्यक्ष विश्लेषण --- डार्ट-एमएस पर एक महत्वपूर्ण समीक्षा". Anal Bioanal Chem. 406: 63–80. doi:10.1007/s00216-013-7316-0. PMID 24036523.
- ↑ King, F. L.; Teng, J.; Steiner, R. E. (1995). "Special feature: Tutorial. Glow discharge mass spectrometry: Trace element determinations in solid samples". Journal of Mass Spectrometry. 30 (8): 1060–1075. Bibcode:1995JMSp...30.1061K. CiteSeerX 10.1.1.549.6325. doi:10.1002/jms.1190300802.
