ペニングイオン化

ペニングイオン化は化学イオン化の一種で、中性原子または分子間の反応を伴うイオン化プロセスです。^{[1] [2]ペニング効果は、ガス放電}ネオンランプや蛍光ランプ などの用途で実用化されており、ランプはペニング混合物で満たされ、ランプの電気特性が向上します。

このプロセスは、1927年に初めて報告したオランダの物理学者フランス・ミシェル・ペニングにちなんで名付けられました。ペニングは、アイントホーフェンのフィリップス自然科学研究所で働き始め、希ガスの放電の研究を続けました。その後、彼は陽イオンと準安定原子による金属表面からの電子の解放、特に準安定原子によるイオン化に関連する効果の測定を開始しました。^[3]

ペニングイオン化とは、電子的に励起された気相原子G ^*と標的分子Mとの相互作用を指す。衝突の結果、分子がイオン化され、陽イオンM ⁺、電子e ^-、および基底状態の中性ガス分子Gが生成される。^[4]ペニングイオン化は、高エネルギー衝突複合体の形成を介して起こり、高エネルギー電子を放出することで陽イオン種の形成へと進化する。^[5]

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

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励起エネルギーよりも低い場合に発生します。

衝突する粒子の全電子励起エネルギーが十分な場合、結合した2つの粒子の結合エネルギーも結合ペニングイオン化作用に寄与する可能性があります。^{[6] [7] [8]} 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。

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

表面ペニングイオン化（オージェ脱励起）とは、励起状態のガスと表面 S との相互作用によって電子が放出されることを指します。

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

S はマクロな表面であり、電子 1 個の損失は無視できる影響しかないため、電荷保存に必要と思われる 正電荷記号は省略されています。${\displaystyle {\ce {S+}}}$

^{ペニングイオン化は、He *}または Ne ^*の反応を利用して、グロー放電中のガスクロマトグラフィー検出器のペニングイオン化電子分光法 ( PIES )に応用されています。^{[2] [9]}放出された電子の運動エネルギーは、弱い磁場の存在下で分析器の飛行管内の減速場を走査することにより、ターゲット (気体または固体) と準安定原子との衝突によって分析されます。^{[9] [10]}反応によって生成された電子の運動エネルギー E は、次のように決定されます。

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

ペニングイオン化電子エネルギーは、実験条件や他の種に依存しません。なぜなら、E _mと IE はどちらも He ^*のエネルギーと種のイオン化エネルギーの原子または分子定数だからです。^[2]有機固体に適用されるペニングイオン化電子分光法。これにより、最表面層の外側に露出する個々の分子軌道の局所的な電子分布を研究できます。^[11]

グロー放電質量分析法やリアルタイム質量分析法による直接分析を含む複数の質量分析技術^[12]は、ペニングイオン化に依存しています。

グロー放電質量分析法は、固体サンプル中の微量元素を直接測定するものである。この方法は、直接電子衝撃イオン化とペニングイオン化という2つのイオン化メカニズムで行われる。グロー放電に固有のプロセス、すなわちペニングイオン化と組み合わされた陰極スパッタリングにより、半定量的な結果を直接得ることができるイオン集団が得られる。^[13]

• 化学イオン化