химический каталог




ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС, явление резонансного поглощения энергии переменного электрич. поля заряженной частицей, находящейся в магн. поле. Заряженная частица, помещенная в магн. поле напряженности Н и имеющая отличный от нуля импульс в плоскости, перпендикулярной полю Н, совершает в этом поле движение по спирали с частотойзависящей только от ее массы т, заряда q и Н:

где Н=|Н| . Если в плоскости, перпендикулярной полю Н, приложить переменное электрич. поле, частота изменения которого совпадает сто движение частицы примет резонансный характер.
Явление называют ионным ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС р. (ИЦР), если заряженная частица - ион. ИЦР используют в масс-спектрометрии с 1950. Впервые этот метод был применен в масс-анализаторе (омегатроне), в котором измерялся ток ионов, попавших в резонанс с внешний полем. В омегатроне частицы движутся во взаимно перпендикулярных переменном электрич. и постоянном магнитном полях. По резонансной частоте, используя формулу (1), определяют массу ионов.
Затем был развит дрейфовый метод ИЦР, в котором ионы дрейфовали в скрещенных постоянных электрич. и магнитном полях. Детектировались ионы, попадающие в резонанс с переменным электрич. полем, приложенным перпендикулярно направлению магн. поля и направлению дрейфа. Применение метода было обусловлено возможностью относительно длительного (мс) удержания ионов в области дрейфа и др. факторами.
Совр. метод масс-спектрометрии с использованием Ц. р.-спектрометрия ИЦР с преобразованием Фурье (ИЦР ПФ). Резонансное поглощение ионами электромагн. энергии происходит в анализаторе. Высокочастотное электрич. поле позволяет идентифицировать ионы по резонансному поглощению энергии при совпадении частоты поля и циклотронной частоты ионов с последующей фурье-анализом (см. Фурье-спектроскопия)сигнала. Интенсивность сигнала Ii от группы ионов массы mi, и заряда qi представляет собой экспоненциально затухающую косинусоиду:

где - частота ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС р. иона;- частота столкновения ионов с молекулами остаточного газа в ячейке прибора (пропорциональна давлению газа): t - время; Аi - количество ионов с массой mi.
Если в ячейке спектрометра находятся ионы с различные массами и возбуждено циклотронное движение всех ионов, сигнал представляет собой сумму сигналов от отдельных групп: преобразование Фурье которой дает серию пиков на оси частот в положениях, соответствующих циклотронным частотам с высотами, пропорциональными Аi. В соответствии с формулой (1) частотный спектр преобразуется в спектр масс.
Метод ИЦР ПФ позволяет одновременно регистрировать все ионы в ячейке прибора, определять их массы и относит. количества, что дает возможность следить за превращениями ионов в ячейке при исследованиях ионно-молекулярных реакций. Т. к. ширина спектрального пика после преобразования Фурье гармонич. сигнала, имеющего длительность Т, обратно пропорциональна Т, то разрешающая способность Для обыкновенных электромагнитов с величиной Н2 Тл и временем синхронного движения ионов мс величины R104-5 близки к рекордным для др. методов масс-спектрометрии. Использование сверхпроводящих магнитов с H5 Тл и более глубокого вакуума (10-7 Па) приводит к увеличению как так и Т (до десятков с), что позволяет достичь R ~ 108. Точность определения абс. значений масс атомов и молекул этим методом превышает 10-6.
Особенностью метода ИЦР ПФ является также возможность длительного (в течение несколько часов) удержания ионов в локализованной области пространства. Ионы в спектрометре ИЦР ПФ захватываются в ловушку, создаваемую постоянными электрич. и магн. полями. На рис. показана одна из наиболее распространенных ячеек ИЦР ПФ, состоящая из б электродов. Электроды 3-6 заземлены по постоянному току, а на электроды 1, 2 подается потенциал - положительный для положит. ионов и отрицательный для отрицат. ионов,- создающий потенциальную яму вдоль оси ячейки. Ионы, образовавшиеся внутри этой ямы, запираются в ячейке, т. к. они не могут выйти вдоль оси из-за потенциального барьера, а поперек оси - из-за магн. поля.

Схема ячейки спектрометра ИЦР ПФ: 1, 2- запирающие электроды; 3, 4 - возбуждающие электроды; 5, 6 - детектирующие электроды; 7 -источник ионизирующих электронов; 8 - направление магнитного поля; М+ - ион.
Цикл измерения масс-спектра в методе ИЦР ПФ состоит: из интервала времени создания ионов в ячейке; временной задержки (при необходимости) для превращения ионов или их взаимодействие с другими частицами; импульса возбуждения циклотронного движения ионов, подаваемого на пластины 3 и 4; интервала времени измерения сигнала от свободно вращающихся ионов с пластин 5 и 6 до импульса очистки ячейки от всех ионов "выворачиванием" потенциальной ямы, что достигается путем подачи на пластины 1 и 2 потенциалов обратной полярности. Т. обр., пауза между интервалом времени, в котором ионы создаются, и интервалом времени, в котором они анализируются по массам, может составлять часы. В результате метод дает возможность исследовать различные "медленные" процессы взаимодействие ионов с молекулами, электронами и светом. Высокая разрешающая способность метода позволяет использовать его для разделения дуплетов и мультиплетов в масс-спектрах. Методом ИЦР ПФ впервые разделен дуплет 3Не+ - T+ и измерена разность масс ионов.
Метод ИЦР ПФ является наиболее точным масс-спектрометрич. методом измерения масс. Его используют для исследования реакций ионных кластеров с молекулами, лазерной десорбции ионов с поверхностей твердых тел, диссоциации многоатомных ионов и др.
ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС р. применяют в физике твердого тела при изучении энергетич. спектра электронов, особенно для точного измерения их эффективной массы. С помощью ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС р. возможно определение знака заряда носителей, изучение процессов их рассеяния и электрон-фононного взаимодействия в металлах. В твердых телах область наблюдения ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС р. ограничивается низкими температурами (1 - 10 К) и частотами> 109 Гц. В полупроводниках ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС р. наблюдается на частотах 1010 - 1012 Гц в полях 8 x 104- 8 x 106 А/м.

Литература: Леман Т., Берси М., Спектрометрия ионного и циклотронного резонанса, пер. с англ., М., 1980; Николаев Е. Н., "Ж. Всес. химический об-ва им. Д. И. Менделеева", 1985, т. 30, № 2, с. 136-42; Соmisакоw М. В.; Marshall A. G., "Chera. Phys. Lett.", 1974, v. 25, № 2, p. 282-83.

Е. Н. Николаев.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
кроссовки gel-cumulus 18
81AK001VRK
матрас 210х100
гибкая вставка ветилятора пвк-80-50-4-380-0 с дв

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(21.11.2017)