離子-分子碰撞反應是一類重要的化學過程,是星際空間、大氣電離層、燃燒火焰和等離子體中的物質(zhì)演化的關(guān)鍵步驟之一,其碰撞截面遠大于中性原子-分子反應的碰撞截面。然而,相比于中性原子-分子反應,對于此類反應的微觀機制研究要薄弱得多。此類反應涉及到的電荷轉(zhuǎn)移、能量傳遞與化學鍵的斷裂和重組通常在幾十個eV以下的較低碰撞能量區(qū)間發(fā)生。通過測量產(chǎn)物離子三維空間的動量（動能和角度）分布,可以獲得量子態(tài)水平上的離子-分子反應動力學信息。因此,我們決定研制低能量交叉束離子-分子反應速度成像裝置,用于氣相分子與離子的碰撞反應動力學研究。首先,我們研制了一套低能量的脈沖離子束源,經(jīng)脈沖電子碰撞電離產(chǎn)生脈沖離子束,離子束團在三維空間各方向上都得到精細控制。不同于在垂直飛行方向通過離子聚焦透鏡降低離子束截面大小的方法,沿飛行方向上,我們通過在離子特定飛行時間處引入第二次推斥脈沖,實現(xiàn)此方向的空間壓縮。通過低能量Ar+的測試性實驗,我們驗證了此離子束源的工作性能,測試結(jié)果表明,此系統(tǒng)適用于低能離子-分子反應研究,特別是結(jié)合離子速度成像技術(shù)時。隨后,利用此脈沖離子束源,結(jié)合離子速度切片成像技術(shù),我們搭建起一套交叉束實... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖0.2.正/負離子在乙炔Z氧氣火焰中的分布【川

ｅａｍｐｅ，甲烷之間的氫離子轉(zhuǎn)移反應的發(fā)生［１２］；之后，Ｍｕｎｓｏｎ等在研究丙烷和丁烷相關(guān)??過程時進一步發(fā)現(xiàn)，隨著氣壓升高，（Ｍ?－?１）＋的強度迅速增加，與此同時，初??級離子幾乎消失［１３］。這些都說明，在離子化過程中，電子碰撞氣體的同時會伴??隨二次離子的產(chǎn)生，從而影響到對離子－分子反應的反應速率等動力學信息測量??的準確性。為了解決在實驗研宄中遇到的此類問題，研究者們發(fā)展了各種特殊的??技術(shù)。??１．流動余暉和遷移管方法??為避免二次離子對于反應速率測量等問題的干擾，更好地建立起反應物離子??與相應產(chǎn)物離子之間地關(guān)聯(lián)，Ｆｅｈｓｅｎｆｅｌｄ等［１４－１６］發(fā)展了流動余陣（Ｆｌｏｗｉｎｇ??Ａｆｔｅｒｇｌｏｗ）技術(shù)，其原理的基本結(jié)構(gòu)圖如圖１．１所示。它利用氣流控制離子地遷??移，可以用于研宄正／負離子與穩(wěn)定／不穩(wěn)定中性反應物的碰撞反應速率。此后，??人們對這一技術(shù)加以改進，進一步發(fā)展了流動余陣Ｌａｎｇｍｕｉｒ探針（ＦＡＬＰ）、溫度??可控的流動余暉Ｌａｎｇｍｕｉｒ探針（ＶＴ－ＦＡＬＰ）以及常壓流動余暉質(zhì)譜（ＦＡＰＡ－ＭＳ），擴??大了此技術(shù)的應用范圍。??

、－－ｓ??圖１．２用于離子分子反應的離子回旋共振腔原理示意圖［２３］??其中，Ａ：離子源，Ｂ：分析器，Ｃ：離子收集區(qū)；１和３：離子源遷移，２和４：離子囚禁，??５和６：分析器遷移和射頻施加，７－１０：總離子收集；雙重共振可施加于１和３，或５和６，??或?１、３、５?和?６。??類似的，串聯(lián)質(zhì)譜［２４，２５］的使用（這里是扇形磁場質(zhì)譜的串聯(lián)），同樣可以??保證反應物離子與相應產(chǎn)物離子的關(guān)聯(lián)性：緊跟著離子源電離區(qū)，使用第一個質(zhì)??譜對反應物離子的種類進行判選；經(jīng)過反應區(qū)后，使用第二個質(zhì)譜對產(chǎn)物離子進??行探測，圖１．３展示的是串聯(lián)兩級質(zhì)譜用于離子－分子反應研宄的示意。與離子回??旋共振方法中反應物較低的能量范圍相比，由于低能離子束難以控制，串聯(lián)質(zhì)譜??方法中反應物離子需高于ｌｅＶ［２１］。??以上的種種方法


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