पेनिंग आयनीकरण

पेनिंग आयनीकरण रसायन-आयनीकरण या आयनीकरण प्रक्रिया का एक रूप है जिसमें तटस्थ परमाणुओं या अणुओं के बीच प्रतिक्रियाएं सम्मिलित होती हैं।

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।

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। 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।

${\ce {{G^{\ast }}+M->{M^{+\bullet }}+{e^{-}}+G}}$

उत्तेजित अणु और लक्ष्य अणु के बीच आयनीकरण के संपर्क की प्रक्रिया।

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।

साहचर्य आयनीकरण पेनिंग आयनीकरण भी हो सकता है:

${\ce {{G^{\ast }}+M->{MG^{+\bullet }}+e^{-}}}$

भूतल पेनिंग आयनीकरण (ऑगर डीएक्सिटेशन) सतह S के साथ उत्तेजित-अवस्था गैस के संपर्क को संदर्भित करता है जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं:

${\ce {{G^{\ast }}+S->{G}+{S}+e^{-}}}$

धनात्मक आवेश प्रतीक ${\ce {S+}}$ 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। 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। प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन में गतिज ऊर्जा E होती है जो निम्नलिखित द्वारा निर्धारित होती है:

$E=E_{\text{m}}+IE$

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। 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।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री

एकाधिक मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक तकनीक 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।

यह भी देखें

• रासायनिक आयनीकरण