Хімічна іонізація
Альтернативний метод іонізації газоподібних сполук / З Вікіпедії, безкоштовно енциклопедія
Хімічна іонізація (ХІ, CI — Chemical Ionization) — альтернативний метод іонізації газоподібних сполук.
Технічно хімічна іонізація дуже схожа на електронну іонізацію. Різниця полягає в тому, що хімічна іонізація відбувається не у вакуумі, а в розрідженому газі, як правило метані, ізобутані або аміаку. Оскільки частка молекул газу значно перевищує частку молекул аналізованої речовини, відбувається переважна іонізація газу. Реакційний газ іонізують пучком електронів при тиску приблизно 1 mbar:
Іони розпадаються або, більшою мірою, реагують з неіонізованими молекулами газу (довжина вільного пробігу становить приблизно 0,004 см, тому найімовірнішими є міжмолекулярні реакції):
У разі метану, іон CH5 + є сильною кислотою, яка передає протон аналізованим молекулам M, тим самим іонізуючи їх:
Оскільки під час хімічної іонізації утворюється багато побічних продуктів іонізації газу, можливе утворення аддуктів, наприклад:
Таким чином, відбувається м’яка іонізація аналізованих молекул, яка не викликає значної фрагментації, на відміну від електронної іонізації.
Вибір газу для хімічної іонізації визначається його спорідненістю з протоном у газовій фазі. Вона зростає в ряду:
Таким чином, якщо за допомогою метану можна іонізувати практично будь-які леткі речовини, то за допомогою аміаку — тільки сильні основи, наприклад, аміни. Таким чином досягається селективність.
Хімічна іонізація дозволяє отримати спектр молекулярного іона аналізованої речовини, однак ускладнює вивчення його структури через відсутність фрагментації.
Переваги в порівнянні з електронним ударом:
- низька фрагментація, інтенсивний пік квазімолекулярного іона M+, який зазвичай відсутній при електронному ударі;
- реакційний газ може бути використаний як газ-носій в ГХ/МС;
- різні газові реакції забезпечують широкі можливості використання інтуїції при структурному аналізі.
Недоліки у порівнянні з електронним ударом:
- зазвичай спостерігається тільки квазімолекулярний іон у вигляді [M-1]+, [M+1]+;
- часта недостатня фрагментація ускладнює структурний аналіз;
- мале значення відношення m/z — часто на рівні шуму.
Oops something went wrong:
Іонізація газів
Перш за все нас цікавить іонізація газів під дією електричного поля, але при цьому не варто забувати про те, що в газах можлива термічна іонізація під дією високої температури (теплового випромінювання).
Трохи про процес іонізації сказано вище. Кожен газ має своє граничне значення напруженості електричного поля, при якому відбувається іонізація. Справа в тому, що для того, щоб розірвати диполь, необхідно вирвати електричним полем хоча б один електрон. Тоді диполь стає нестійким і розпадається на атоми, а так як їм бракує електронів, то відповідно виходять катіони (+ q).
Позитивні іони починають рухатися під дією кулонівських сил в сторону катода, а звільнені електрони в сторону анода. Утворюється електричний потік, тобто струм. Так як енергія катіонів в газі і вирваних вже вільних електронів висока, відбуваються взаємні зіткнення новоутворених вільних носіїв зарядів (катіони і електрони) з пов’язаними в диполі атомами молекул газу. Це в свою чергу викликає подальшу ще більшу іонізацію, нова партія знову атакує залишилися диполі, що призводить до появи ще більшої партії вільних зарядів обох типів.
Цей процес росте в геометрично і називається геометричною прогресією, також називають його обвальним і ланцюговою реакцією. Чи є межа такої лавині? Перш за все він обмежений кількістю бере участь газу, який може знаходиться в деякому закритому об’ємі простору (запаяна колба). Наступна перешкода – це потужність джерела електричного поля. Крім потужності лавиноподібний іонізація може бути обмежена різницею потенціалів джерела струму.
Якщо звичайний газ, не підданий іонізації, має лише незначна кількість вільних носіїв зарядів, а джерело електричного струму має недостатній потенціал для лавиноподібно іонізації, тоді газ поводиться як звичайний діелектрик і проявляє ізолюючі властивості більше, ніж провідні. Електричний струм в газі в цьому випадку є, але він незначний.
Коли звичайний газ піддається іонізації будь-яким із способів, то його провідні властивості значно поліпшуються. У газі відбувається розряд. Цілком можливо створити такі умови, що цей розряд буде існувати стабільно, а значить ми отримаємо деякий стійкий струм в газі.