थर्मल आयनीकरण

Not to be confused with thermionic emission.

  ऊष्मीय आयनीकरण, जिसे सतह आयनीकरण या संपर्क आयनीकरण के रूप में भी जाना जाता है, एक भौतिक प्रक्रिया है जिससे परमाणुओं को गर्म सतह से उजाड़ दिया जाता है, और इस प्रक्रिया में आयनित किया जाता है।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए और आयन बीम उत्पन्न करने के लिए उष्मीय  आयनीकरण का उपयोग सरल आयन स्रोत बनाने के लिए किया जाता है। कई भूवैज्ञानिक परमाणु अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने के अतिरिक्त, उष्मीय आयनीकरण ने परमाणु भार का निर्धारण करने में व्यापक उपयोग देखा है।

भौतिकी

1500 K पर वाष्पीकृत सीज़ियम परमाणु में भूतल आयनीकरण प्रभाव, एक भव्य विहित पहनावा का उपयोग करके गणना की गई। Y-अक्ष: परमाणु पर इलेक्ट्रॉनों की औसत संख्या; 55 इलेक्ट्रॉन होने पर परमाणु तटस्थ होता है। एक्स-अक्ष: इलेक्ट्रॉन रासायनिक क्षमता पर निर्भर ऊर्जा चर (सतह कार्य समारोह के बराबर)। μ और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता ϕ.

आयनीकरण की संभावना संवाहक तार तापमान, संवाहक तार  कार्यद्रव के कार्य फलन और तत्व की आयनीकरण ऊर्जा का एक कार्य है।।

इसे साहा-लैंगमुइर समीकरण में संक्षेपित किया गया है::

${\frac {n_{+}}{n_{0}}}={\frac {g_{+}}{g_{0}}}\exp {\Bigg (}{\frac {W-\Delta E_{I}}{kT}}{\Bigg )}$

जहां

${\frac {n_{+}}{n_{0}}}$ = आयन संख्या घनत्व का तटस्थ संख्या घनत्व से अनुपात ,${\frac {g_{+}}{g_{0}}}$ = आयनिक (g_+) और तटस्थ (g_0) अवस्थाओं के सांख्यिकीय भार (अध: पतन) का अनुपात, $W$ = सतह का कार्य कार, $\Delta E_{I}$ = अवशोषित तत्व की आयनीकरण ऊर्जा, $k$ = बोल्ट्जमैन स्थिरांक, $T$ = सतह का तापमान ,बड़े इलेक्ट्रॉन संबंध वाले तत्वों के लिए नकारात्मक आयनीकरण भी हो सकता है $\Delta E_{A}$ कार्य फलन की सतह के विरूद्ध।

उष्मीय आयनीकरण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री

Main article: Thermal ionization mass spectrometry

उष्मीय आयनीकरण का एक अनुप्रयोग उष्मीय आयनीकरण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री (TIMS) है। उष्मीय आयनीकरण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री में, एक रासायनिक रूप से शुद्ध सामग्री को एक संवाहक तार पर रखा जाता है जिसे बाद में उच्च तापमान पर गरम किया जाता है जिससे कुछ सामग्री को आयनित किया जा सके क्योंकि यह गर्म संवाहक को उष्मीय रूप से उष्मा (उबला हुआ) प्रदान करता है। संवाहक तार प्रायः लगभग 1-2 मिमी चौड़े, 0.1 मिमी मोटे धातु के सपाट टुकड़े होते हैं, जो उल्टे U आकार में मुड़े होते हैं और दो संपर्कों से जुड़े होते हैं जो धारा की आपूर्ति करते हैं।

इस पद्धति का व्यापक रूप से रेडियोमेट्रिक डेटिंग में उपयोग किया जाता है, जहां नमूना निर्वात के तहत आयनित होता है। संवाहक तार  में उत्पन्न होने वाले आयनों को आयन बीम में केंद्रित किया जाता है और फिर उन्हें द्रव्यमान से अलग करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र से गुजारा जाता है। विभिन्न समस्थानिकों की आपेक्षिक बहुतायत को मापा जा सकता है, जिससे समस्थानिक अनुपात प्राप्त होता है।

जब इन समस्थानिक अनुपातों को TIMS द्वारा मापा जाता है, तो बड़े पैमाने पर निर्भर विभाजन होता है क्योंकि प्रजातियां गर्म संवाहक तार द्वारा उत्सर्जित होती हैं। नमूने की उत्तेजना के कारण प्रभाजन होता है और इसलिए समस्थानिक अनुपात के सटीक माप के लिए इसे सही किया जाना चाहिए।TIMS पद्धति के कई फायदे हैं। इसकी एक सरल डिजाइन है, यह अन्य द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर की तुलना में कम खर्चीला है, और स्थिर आयन उत्सर्जन पैदा करता है। इसके लिए एक स्थिर बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है, और कम आयनीकरण ऊर्जा वाली प्रजातियों के लिए उपयुक्त है, जैसे स्ट्रोंटियम और सीसा।

इस पद्धति की हानि ऊष्मा आयनीकरण में प्राप्त अधिकतम तापमान से उत्पन्न होते हैं। गर्म संवाहक तार 2500 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान तक पहुंचता है, जिससे ऑस्मियम और टंगस्टन जैसे उच्च आयनीकरण ऊर्जा वाली प्रजातियों के परमाणु आयन बनाने में असमर्थता होती है। यद्यपि इस मामले में TIMS विधि आणविक आयनों का निर्माण कर सकती है, उच्च आयनीकरण ऊर्जा वाली प्रजातियों का MC-ICP-MS के साथ अधिक प्रभावी ढंग से विश्लेषण किया जा सकता है।

यह भी देखें

• लैंगमुइर-टेलर डिटेक्टर
• इरविंग लैंगमुइर
• मेघनाद सहा