POČÁTKY HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE U NÁS: HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE V ÚSTAVU FYZIKÁLNÍ CHEMIE AKADEMIE VĚD (ČÁST II)

Význam tématu

Studium raných experimentů hmotnostní spektrometrie a srážkových procesů iontů u Ústavu fyzikální chemie AV ČR představuje klíčový milník ve vývoji analýzy iontově-molekulárních reakcí. Umožnilo pochopení mechanizmů přenosu náboje, asociativní a Penningovy ionizace a dalo první experimentální srovnání s kvazi-rovnovážnou teorií hmotnostních spekter.

Cíle a přehled článku

Text popisuje počátky výzkumu srážkových procesů iontů v plynné fázi ve 2. polovině 20. století. Hlavní cíle zahrnují:

• zavedení metody řízeného zvýšení energie elektronů v iontovém zdroji,
• studium vzniku H3O+ a dalších produktů ionizace,
• měření rozpadových křivek a jejich srovnání s teorií QET,
• vývoj přístrojů pro reakční dynamiku v křížených paprscích.

Použitá metodika a instrumentace

Experimenty využívaly různé konfigurace hmotnostních spektrometrů a reakčních komor:

• jednoduchý hmotový spektrometr s elektrostatickým odklonem iontů a variabilní energií elektronů,
• mz source s modulací energie elektronů pro sledování iontového proudu,
• Lozierova trubice pro měření energie uvolněných elektronů,
• EVA I a EVA II aparatury s kříženými paprsky iontů a neutrálních částic,
• difuzní vakuové pumpy, elektronové multiplikátory a teflonem potažené vakua elektrody.

Hlavní výsledky a diskuse

Experimentální práce odhalila:

• první pozorování tvorby H3O+ při zvýšeném tlaku vodní páry,
• izolované reakce exoter­mických elektronicky vzbuzených iontů,
• srovnání přenosu náboje u vzácných plynů a propanu s teoretickými předpověďmi Rosenstocka,
• popis mechanismu strippingu a energy transfer,
• první detailní rozpadové křivky polyatomových molekulových iontů,
• kvantitativní modely Penningovy a asociativní ionizace.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledky položily základy pro:

• analytické kvantifikace iontově-molekulárních reakcí,
• kalibrace energetických prahů v masové spektrometrii,
• rozvoj technik reakční dynamiky a křížených paprsků,
• zlepšení konstrukce iontových zdrojů a elektronových analyzátorů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat:

• využití koalice fotoionizace a iontové spektrometrie pro ještě přesnější rozpadové křivky,
• aplikace metod na povrchovou analýzu a bioorganiku,
• kombinaci experimentu s pokročilými výpočetními simulacemi,
• vývoj vysokorozlišovacích analyzátorů pro reakční dynamiku.

Závěr

Popsané experimenty představují zásadní přínos k pochopení iontových procesů a byly důležitou etapou ve vývoji mass spectrometry a chemické fyziky. Práce Z. Hermana a V. Čermáka ovlivnila řadu následných metod a stala se základem pro moderní studie reakční dynamiky.

Reference

1. Čermák V., Herman Z.: J. Chem. Phys. 87, 717 (1960).
2. Čermák V., Herman Z.: Nucleonics 19, 106 (1961).
3. Herman Z., Čermák V.: Nature 199, 588 (1963).
4. Čermák V., Herman Z.: Collect. Czech. Chem. Commun. 30, 169 (1965).
5. Čermák V., Herman Z.: Chem. Phys. Lett. 2, 359 (1968).
6. Čermák V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 33, 2739 (1968).
7. Čermák V., Ozenne J. B.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 7, 399 (1971).
8. Čermák V.: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 3, 329 (1974).
9. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 23, 329 (1981).
10. Herman Z., Kerstetter J. D., Rose T. L., Wolfgang R.: Rev. Sci. Instr. 40, 538 (1969).
11. Herman Z., Kerstetter J. D., Rose T. L., Wolfgang R.: Discus. Faraday Soc. 44, 123 (1967).
12. Hierl P., Herman Z., Kerstetter J., Wolfgang R.: J. Chem. Phys. 48, 4319 (1968).
13. Herman Z., Lee A., Wolfgang R.: J. Chem. Phys. 51, 452 (1969).
14. Schneider F. et al.: Chem. Phys. Lett. 37, 323 (1976).
15. Hierl P. M., Pacák V., Herman Z.: J. Chem. Phys. 67, 2678 (1977).
16. Herman Z., Henchman M., Friedrich B.: J. Chem. Phys. 93, 4916 (1990).
17. Sadílek M., Herman Z.: J. Phys. Chem. 97, 2147 (1993).
18. Friedrich B., Herman Z.: Chem. Phys. Lett. 107, 389 (1984).
19. Herman Z.: Int. Rev. Phys. Chem. 15, 229 (1996).
20. Žabka J. et al.: J. Phys. Chem. 99, 15595 (1995).
21. Herman Z.: Int. J. Mass Spectrom. 212, 413 (2001).
22. Herman Z. et al.: Int. J. Mass Spectrom. 192, 191 (1999).
23. Roithová J. et al.: J. Phys. Chem., A 107, 7347 (2003).
24. Herman Z.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 14, 1360 (2003).