気相イオン化学

気相イオン化学は、化学と物理学の両方にまたがる科学分野です。気相中のイオンや分子を研究する科学であり、ほとんどの場合、何らかの形の質量分析によって可能になります。この科学の最も重要な応用は、反応の熱力学と速度論の研究です。 ^{[1] [2]}たとえば、1つの応用は、イオンの溶媒和の熱力学の研究です。1、2、3...の溶媒分子の小さな溶媒和球を持つイオンを気相で研究し、その後バルク溶液に外挿することができます。

遷移状態理論は、反応物と活性化錯体の間に特殊なタイプの化学平衡（準平衡）を仮定した素反応速度の理論である。^[3]

RRKM 理論は、ポテンシャルエネルギー面のいくつかの特性から単分子イオン分解 反応速度の簡単な推定値を計算するために使用されます。

電子や他のイオンなどの荷電粒子を追加または除去することによって原子または分子をイオンに変換するプロセスは、気相で発生することがあります。これらのプロセスは、気相イオン化学の重要な要素です。

結合イオン化は、2つの原子または分子が相互作用して単一の生成イオンを形成する気相反応である。^[4]

${\displaystyle A^{*}+B\to AB^{+\bullet }+e^{-}}$

ここで、過剰な内部エネルギーを持つ種 A (アスタリスクで示される) は B と相互作用してイオン AB ^{+ を}形成します。

相互作用する種の一方または両方が過剰な内部エネルギーを持つ可能性があります。

電荷交換イオン化（電荷移動イオン化とも呼ばれる）は、イオンと中性種 との間の気相反応である。

${\displaystyle A^{+}+B\to A+B^{+}}$

イオンの電荷が中性イオンに移動する。^[5]

化学イオン化では、試薬ガスのイオンと他の種のイオンとの反応によってイオンが生成されます。^[6]一般的な試薬ガスには、 メタン、アンモニア、イソブタンなどがあります。

化学イオン化は次のように表される。

${\displaystyle G^{*}+M\to M^{+\bullet }+e^{-}+G}$

ここで、G は励起状態の種（上付きのアスタリスクで示される）、M は電子を失ってイオン化されラジカル カチオンを形成する種（上付きの「プラスドット」で示される）です。

ペニングイオン化とは、気相励起状態の原子または分子G ^*と標的分子Mとの相互作用を指し、ラジカル分子カチオンM ⁺、電子e ^-、および中性ガス分子Gの形成をもたらします。^[7]

${\displaystyle G^{*}+M\to M^{+\bullet }+e^{-}+G}$

ペニングイオン化は、ターゲット分子のイオン化ポテンシャルが励起状態の原子または分子の内部エネルギーよりも低い場合に発生します。また、結合ペニングイオン化は次のような場合にも発生します。

${\displaystyle G^{*}+M\to MG^{+\bullet }+e^{-}}$

気相で起こる 重要な解離反応は数多くあります。

CID（衝突活性化解離 - CADとも呼ばれる）は、気相中の分子イオンを断片化するために使用される方法です。 ^{[8] [9]分子イオンは}、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの中性ガス分子と衝突します。衝突により、運動エネルギーの一部が内部エネルギーに変換され、断片化が起こります。

電荷遠隔フラグメンテーションは、開裂した結合が電荷の位置に隣接していない気相イオンで発生する共有結合切断の一種である。 ^{[10] [11]}

電荷移動反応にはいくつかの種類がある^[12]（電荷置換反応^[13]とも呼ばれる）：部分電荷移動

${\displaystyle A^{2+}+B\to A^{+}+B^{+}}$、

電荷剥離反応^[14]

${\displaystyle A^{+}+B\to A^{2+}+B+e^{-}}$、

電荷反転反応^[15]正から負への

${\displaystyle A^{+}+B\to A^{-}+B^{2+}}$

ネガティブからポジティブへ

${\displaystyle A^{-}+B\to A^{+}+B+2e^{-}}$。

アルカリ金属イオンとアミノ酸、小さなペプチド、核酸塩基との間の相互作用は理論的に詳細に研究されてきた。^[16]

• 断熱電離
• 質量分析イオン運動エネルギー分光法
• プラズマ（物理学）
• マイケル・T・バウワーズ
• R. グラハム クックス
• ヘルムート・シュワルツ

• http://webbook.nist.gov/chemistry/ion/