Іонізація телуру в газовій фазі електронами

Іонізація телуру в газовій фазі електронами

Методом мас-спектрометрії з використанням методики пучків, що перетинаються, досліджено процеси іонізації телуру в газовій фазі електронним ударом. Вивчено мас-спектр телуру в дiапазонi масових чисел 50—350 Да при різних енергіях іонізуючих електронів від 6 до 70 еВ та в інтервалі температур 400—6...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2018
Автори: Шпеник, О.Б., Завілопуло, А.М., Пилипчинець, О.В.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2018
Назва видання:Доповіді НАН України
Теми:
Фізика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141161
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Іонізація телуру в газовій фазі електронами / О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 5. — С. 44-52. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-141161
record_format dspace
spelling irk-123456789-1411612018-08-07T01:22:43Z Іонізація телуру в газовій фазі електронами Шпеник, О.Б. Завілопуло, А.М. Пилипчинець, О.В. Фізика Методом мас-спектрометрії з використанням методики пучків, що перетинаються, досліджено процеси іонізації телуру в газовій фазі електронним ударом. Вивчено мас-спектр телуру в дiапазонi масових чисел 50—350 Да при різних енергіях іонізуючих електронів від 6 до 70 еВ та в інтервалі температур 400—600 К. Мас-спектр складається з трьох груп піків, які відповідають атомарним Te⁺, молекулярним Te₂⁺ та двозарядним Tе²⁺ іонам телуру. Показано, що співвідношення інтенсивності ізотопних піків до основного зберігається як для атомарних, так і для молекулярних іонів. Знайдено, що в газовій фазі при температурах експерименту переважають двоатомнi молекули телуру. Досліджено функції іонізації iонiв Te⁺, Te₂⁺ та Te²⁺ методом найменших квадратів та за пороговими ділянками кривих визначено значення енергій появи і іонізації молекулярних та атомарних іонів телуру. Вперше в мас-спектрі телуру знайдено двозарядний іон Te²⁺, для якого отримана енергетична залежність іонізації електронним ударом і визначена енергія іонізації, що дорівнює Е = 20,6 ± 0,25 еВ. Методом масс-спектрометрии с использованием методики пересекающихся пучков исследованы процессы ионизации теллура в газовой фазе электронным ударом. Изучен масс-спектр теллура в диапазоне массовых чисел 50—350 Да при различных энергиях ионизирующих электронов от 6 до 70 эВ и в интервале температур 400—600 К. Масс-спектр состоит из трёх групп пиков, соответствующих атомарным Te⁺, молекулярным Te₂⁺ и двухзарядным Tе²⁺ ионам теллура. Показано, что отношение интенсивности изотопных пиков к основному сохраняется как для атомарных, так и для молекулярных ионов. Найдено, что в газовой фазе при температурах эксперимента преобладают двухатомные молекулы теллура. Исследованы функции ионизации ионов Te⁺, Te₂⁺ и Te²⁺ и методом наименьших квадратов по пороговым участкам кривых определены значения энергий появления и ионизации молекулярных и атомарных ионов теллура. Впервые в масс-спектре теллура найдено двухзарядный ион Te²⁺, для которого получена энергетическая зависимость ионизации электронным ударом и определена энергия ионизации, равная Е = 20,6 ± 0,25 эВ. The processes of ionization of tellurium in the gas phase by the electron impact have been studied by mass spectrometry, by using the technique of intersecting beams. The mass spectra of tellurium are studied in the range of mass numbers 50—350 Da at various energies of ionizing electrons from 6 to 70 eV and in the temperature range 400—600 K. The mass spectrum consists of three groups of peaks corresponding to atomic Te⁺, molecular Te₂⁺, and doubly charged Te²⁺ ions. It is shown that the ratio of the intensity of isotope peaks to the main one is conserved for both atomic and molecular ions. It is found that diatomic tellurium molecules prevail in the gas phase at experimental temperatures. The ionization functions of Te⁺, Te₂⁺, and Te²⁺ ions and the energies of appearance and ionization of molecular and atomic tellurium ions are determined by the method of least squares over the threshold sections of the curves. For the first time in the mass spectra of tellurium, a doubly charged Te²⁺ ion is found, for which the energy dependence of the ionization by the electron impact is obtained, and the ionization energy E = 20.6 ± 0.25 eV is determined. 2018 Article Іонізація телуру в газовій фазі електронами / О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 5. — С. 44-52. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2018.05.044 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141161 539.188;537.186 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Фізика
Фізика
spellingShingle Фізика
Фізика
Шпеник, О.Б.
Завілопуло, А.М.
Пилипчинець, О.В.
Іонізація телуру в газовій фазі електронами
Доповіді НАН України
description Методом мас-спектрометрії з використанням методики пучків, що перетинаються, досліджено процеси іонізації телуру в газовій фазі електронним ударом. Вивчено мас-спектр телуру в дiапазонi масових чисел 50—350 Да при різних енергіях іонізуючих електронів від 6 до 70 еВ та в інтервалі температур 400—600 К. Мас-спектр складається з трьох груп піків, які відповідають атомарним Te⁺, молекулярним Te₂⁺ та двозарядним Tе²⁺ іонам телуру. Показано, що співвідношення інтенсивності ізотопних піків до основного зберігається як для атомарних, так і для молекулярних іонів. Знайдено, що в газовій фазі при температурах експерименту переважають двоатомнi молекули телуру. Досліджено функції іонізації iонiв Te⁺, Te₂⁺ та Te²⁺ методом найменших квадратів та за пороговими ділянками кривих визначено значення енергій появи і іонізації молекулярних та атомарних іонів телуру. Вперше в мас-спектрі телуру знайдено двозарядний іон Te²⁺, для якого отримана енергетична залежність іонізації електронним ударом і визначена енергія іонізації, що дорівнює Е = 20,6 ± 0,25 еВ.
format Article
author Шпеник, О.Б.
Завілопуло, А.М.
Пилипчинець, О.В.
author_facet Шпеник, О.Б.
Завілопуло, А.М.
Пилипчинець, О.В.
author_sort Шпеник, О.Б.
title Іонізація телуру в газовій фазі електронами
title_short Іонізація телуру в газовій фазі електронами
title_full Іонізація телуру в газовій фазі електронами
title_fullStr Іонізація телуру в газовій фазі електронами
title_full_unstemmed Іонізація телуру в газовій фазі електронами
title_sort іонізація телуру в газовій фазі електронами
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2018
topic_facet Фізика
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141161
citation_txt Іонізація телуру в газовій фазі електронами / О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 5. — С. 44-52. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT špenikob íonízacíâteluruvgazovíjfazíelektronami
AT zavílopuloam íonízacíâteluruvgazovíjfazíelektronami
AT pilipčinecʹov íonízacíâteluruvgazovíjfazíelektronami
first_indexed 2025-07-10T12:05:56Z
last_indexed 2025-07-10T12:05:56Z
_version_ 1837261556876836864
fulltext 44 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 5 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ Елементарні процеси за участю халькогенів VI групи періодичної системи вивчаються починаючи з 60­х років минулого сторіччя, що свідчить про актуальність та практичну цін­ ність таких досліджень. Завдяки унікальним властивостям телуру, він широко застосо­ вуються в різних галузях науки i техніки. Зокрема, маючи відмінні фотоелектричні i фотопровiднi властивості, телур успішно використовується в різних напiвпровiдникових пристроях. Можна відзначити, що неперервне лазерне випромінювання вперше спостері­ галось на ізотопах Те2 в спектральному діапазоні 460—780 нм з пороговими потужностями в декілька мВт при ефективності в 5 % [1]. Тому не дивно, що дослідженням різних влас­ тивостей телуру присвячена значна кількість робіт, в більшості з яких розглянуті його тер­ модинамічні властивості. Методом лазерної мас­спектроскопії та термодинамічного ана­ лізу визначена структура, склад й зроблено порівняння кластерів Sen і Теn [2, 3]. Показано, що їх мас­спектри мають значні відмінності та різні властивості: для селену спостерігається періодичність, а для телуру така періодичність відсутня. Тому циклічна структура молекул © О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець, 2018 doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.05.044 УДК 539.188;537.186 О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець Інститут електронної фізики НАН України, Ужгород E­mail: gzavil@gmail.com Іонізація телуру в газовій фазі електронами Представлено академіком НАН України О.Б. Шпеником Методом мас­спектрометрії з використанням методики пучків, що перетинаються, досліджено проце­ си іонізації телуру в газовій фазі електронним ударом. Вивчено мас­спектр телуру в дiапазонi масових чи сел 50—350 Да при різних енергіях іонізуючих електронів від 6 до 70 еВ та в інтервалі температур 400—600 К. Мас­спектр складається з трьох груп піків, які відповідають атомарним Te+, молекулярним Te2+ та двозарядним Tе2+ іонам телуру. Показано, що співвідношення інтенсивності ізотопних піків до ос­ новного зберігається як для атомарних, так і для молекулярних іонів. Знайдено, що в газовій фазі при темпера турах експерименту переважають двоатомнi молекули телуру. Досліджено функції іонізації iонiв Te+, Te2 + та Te2+ методом найменших квадратів та за пороговими ділянками кривих визначено значення енергій появи і іонізації молекулярних та атомарних іонів телуру. Вперше в мас­спектрі телуру знайдено двозарядний іон Te2+, для якого отримана енергетична залежність іонізації електронним ударом і визначена енергія іонізації, що дорівнює Е = 20,6 ± 0,25 еВ. Ключові слова: іонізація, електронний удар, телур, енергія появи. ФІЗИКА 45ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 5 Іонізація телуру в газовій фазі електронами селену не дозволяє утворювати великі кластери Sen (nmax = 8), а для телуру вони легко ут­ ворюються Теn (nmax = 56). Подібні мас­спектрометричні та термодинамічні дослідження проведені для телурмістких компонент [4—6]. Методом мас­спектрометрії вторинних іонів досліджено розподіл інтенсивності Теn + та Теn – кластерних іонів телуру в діапазоні n = 2÷56 атомів, знайдено, що існує різна для позитивних та від’ємних іонів зміна інтенсивності при певних n, що пояснюється нефункціональними каналами фрагментації. Методом функ­ ціонала густини проведено теоретичні розрахунки мас­спектрів та структури телуру, по­ казано, що замкнута кільцева структура телуру найбільш стабільна, її зміни залежать від кута зв’язку між атомами та їх координаційного числа в кластері Теn. Значно менше робіт з дослідження іонізації телуру та телурмістких компонент елек­ тронним ударом. Однією з найцікавіших особливостей цієї групи халькогенів є широкий спектр алотропних форм. Залежно від температури випаровування у газовій фазі в різних спiввiдношенях можуть знаходитися атоми, двоатомнi та багатоатомні молекули [6]. За­ значимо, що мас­спектрометрія являється найбільш зручним методом вивчення елемен т­ ного складу в газовій фазі. Таким чином, з точки зору фундаментальних знань, не викликає сумнівів актуальність i важливість вивчення елементарних процесів взаємодії повільних електронів з елементами, які знаходяться в газовій фазі. Метою даної роботи є мас­спектрометричне дослідження процесів iонiзацiї телуру в газовій фазі електронним ударом в області енергій від порогу процесу до 70 еВ. Експериментальні дослідження зі взаємодії електронів з телуром проведені на установ­ ці з монопольним мас­спектрометром МХ 7304А [7], який має розділення по масі ∆M = 1 Да. Молекулярний пучок формувався за допомогою ефузійного джерела, це дозволяло форму­ вати пучок молекул телуру з концентрацією в області взаємодії з електронами близько 1010—1011 см–3. Джерело іонів з електронною іонізацією працювало в режимі стабілізації струму і дозволяло отримувати пучки електронів з фіксованою енергією від 5 до 90 eВ при струмах в 0,05—0,5 мА і розкидом електронів по енергії ∆Е = 250 мeВ. Оскільки телур має ізотопи в діапазоні масових чисел 120—130 Да, то з метою їх точно­ го визначення особливу увагу при дослідженні мас­спектрів було приділено калібруванню шкали мас. В якості тестових елементів використовувались атоми Кr і Xe, ізотопи яких зна­ ходяться в інтервалі мас 78—134 Да. Для цього в область взаємодії здійснювався напуск га­ зів криптону та ксенону і по іонах стабільних ізотопів [8]: 78Kr+, 80Kr+, 82Kr+, 83Kr+, 84Kr+, 86Kr+ и 64Xe+, 65Xe+, 66Xe+, 67Xe+, 68Xe+ 124Xe+, 126Xe+, 128Xe+, 129Xe+, 130X+, 131Xe+, 132Xe+, 134Xe+ проводилася калібровка шкали мас­спектрометра і визначалась належність відповід­ них піків ізотопам телуру. Шкала енергій електронів калібрувалась по початковій ділянці функції іонізації молекули N2, поріг якої відомий з великою точністю. Експеримент проводили у два етапи: на першому етапі вимірювали мас­спектри телуру в діапазоні масових чисел 50—350 Да при різних енергіях іонізуючих електронів від 6 до 70 еВ та в інтервалі температур випаровування 400—600 К, а на другому етапі вивчались енергетичні залежності перерізів іонізації іонів Те+, Те2+ та Те2 +, при цьому особлива увага приділялась вивченню порогових залежностей функцій іонізації, за якими визначалися енергії появи відповідних іонів. Телур на відміну від сірки та селену менш хімічно активний, він має різко виражені ме­ талеві властивості, кристалічна решітка гексагональна, структура складається з паралельно 46 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 5 О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець розташованих спіральних ланцюгів, температура плавлення 722 К, кипіння 1262 К. Зовнішня електронна оболонка атома телуру має конфігурацію 5s25р4 і при зіткненнях з електрона­ ми утворення іонів, найбільш ймовірно, відбувається за рахунок втрати s або p­електрона. Внаслідок хімічної взаємодії атом телуру віддає валентні електрони і стає позитивним іоном, або приймаючи електрон від іншого атома перетворюється у від’ємний іон. У приро­ ді зустрічаються вісім ізотопів телуру, п'ять з них: 120 Te, 122 Te, 124 Te, 125 Te і 126 Te — стабіль ні, а інші ізотопи (123 Te, 128 Te і 130 Te) — радіоактивні. Стабільні ізотопи складають лише 33,3 % загальної кількості телуру, які зустрічаються в природі, що пов’язано з надзвичайно довгим періодом піврозпаду природних радіоактивних ізотопів, час життя яких складає від 6 · 1014 до 2,2 · 1024 років, а ізотоп 128 Te має найдовший період піврозпаду з усіх відомих радіонук­ лідів [5]. Сполуки телуру проявляють різні хімічні властивості у порівнянні із сіркою і се­ леном, що пояснюється особливістю його структури та слабкою електровід’єм ністю. З іншо­ го боку телур може замінити сірку або селен у сполуках, тобто телур може бути заміщений неспецифічними метаболічними шляхами і виникати в біомолекулах під час детоксикації [6]. Все це додає актуальності експе­ риментам з телуром та телурмістки ми сполуками. Варто відзначити, що в нашій ла­ бораторії були проведені досліджен­ ня процесів збудження та іонізації сір­ ки, селену, телуру при зіткненнях з електронами низьких енергій (1—30 еВ), в яких вивчені оптичні функції збудження молекулярних смуг, атом­ Таблиця 1. Порівняння відносної інтенсивності молекулярних та атомарних іонів телуру при Т = 600 К Відносні інтенсивності піків, % Позитивні іони Наші дані [3] [4] Від’ємні іони [5] [3] [2] 130 Te+ 77 40 88 130 Te– 78 51 77 260 Te2 + 100 100 100 260 Te2 – 100 100 100 Te2 +/Te+ 1,29 2,5 1,13 Te2 –/Te– 1,20 1,96 1,42 Рис. 1. Мас­спектр телуру, енергія електронів Е = 70 еВ, температура Т = 600 К 47ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 5 Іонізація телуру в газовій фазі електронами них i іонних спектральних лiнiй цих елементів, та з високою точністю визначені енергетичні положен ня порогів збудження і встановлені механізми утворення атомних і іонних спек­ тральних переходів [9]. Мас­спектр телуру характеризується головним чином відносною інтенсивністю при­ родних ізотопів телуру, причому інтенсивність піків у спектрі є сумою ймовірностей всіх комбінацій різних ізотопів, що мають однакове значення m/z [8]. На рис. 1 представлено отриманий нами мас­спектр телуру, однією з особливостей яко­ го є наявність вперше нами знайденого двозарядного іона телуру. Слід зауважити, що тех­ нічні параметри мас­спектрометра МХ7304А обмежують діапазон досліджуваних мас до 500 Да, тому було доцільно обмежити температуру випаровування, при якій молекули Ten з n >2 практично відсутні [3, 4]. Аналізуючи отриманий мас­спектр, можна відзначити, що в дослідженому інтервалі мас чітко виділяються три групи (серії) піків, які відповідають двозарядному (Tе2+), атомарно­ му (Te+) та молекулярному (Te2 +) іонам. У кожній групі чітко розділяються піки, що відпо­ відають ізотопам телуру, а максимальні за інтенсивністю належать: 65 Te2+, 128 Te+ 130 Te+, 256 Te2 +, 260 Te2 +. Зауважимо, що співвідношення інтенсивності ізотопних піків до основного зберігається як для атомарних, так і для молекулярних іонів. Виникнення монокатіонів те­ луру під дією електронного удару може відбуватися за наступними схемами: Te + e– = Te+ + 2e– — пряма іонізація, (1) або внаслідок іонізації молекули Ten: Ten + e– = Te+ + Ten­1 + 2e– дисоціативна іонізація. (2) Двозарядний іон Tе2+ утворюються так: Te + e– → Tе2+ + 3e–, (3) або Te2 + e– → Tе2+ + Te + 3e–. (4) Інтенсивність піку в групах Tе2+, Tе+ та Te2 +, відповідно до схем (1)—(4), повинна бу ти різною (див. рис. 1) і може залежити як від ефективного перерізу процесу [10], так і від температури випаровування зразка. Найбільший пік у мас­спектрі належить молекуляр­ ному катіону Te2 +, оскільки стан молекули Te2 є найбільш стабільним для телуру в газовій фазі у широкому діапазоні температур випаровування і саме в цьому стані в складі парів спостерігається максимальна кількість двоатомних молекул телуру [6]. Зауважимо, що у процесі фотодисоціативної іонізації кластерів телуру у мас­спектрі (табл. 1) спостеріга­ ється подібна ситуація [5]. Відзначимо також, що у мас­спектрі від’ємних іонів інтенсив­ ність молекулярних іонів Te2 – вища за інтенсивність атомарних Te– [3, 6]. В роботах [11, 12] нами показано, що така поведінка властива також катіонам халькогенів сірки та селену, у мас­спектрах яких максимальні піки також належать молекулярним іонам S2 + і Sе2 +. В табл. 1 надано порівняння відносної інтенсивності молекулярних та атомарних іонів телуру в мас­спектрах, які отримані методами електронної і фотонної іонізації. Аналіз на­ ведених у таблиці даних свідчить про те, що поява в мас­спектрі іонів Te+ відбувається за 48 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 5 О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець рахунок процесів (1) і (2), при­ чому процес дисоціативної іоні­ зації має перевагу перед прямою іонізацією Як згадано вище, нами прове­ дені виміри мас­спектрів у різних температурних режимах, в яких отримано температурні залежнос­ ті утворення іонів телуру в діапа­ зоні 450—610 K при енергії іонізуючих електронів Еe = 70 eВ. Виявилось, що відносні інтен­ сивності іонних піків, що належать телуру, в досліджуваному інтервалі температур мають практично лінійний характер на відміну від аналогічних залежностей у випадку сірки і се­ лену [11, 12], для яких спостерігається відхилення від лінійності температурних коефіцієн­ тів для всіх досліджуваних іонів. Налаштувавши мас­спектрометр на виділення певної маси, нами були виміряні віднос­ ні енергетичні залежності перерізів формування найбільш інтенсивних іонів Te+, Te2 + та Te2+ (див. рис. 1), що виникають в процесі іонізації телуру від порогу процесу до 70 eВ. На рис. 2 та 3 представлені криві іонізації відповідних іонів телуру. Як видно із наведених ре­ зультатів, характерним для всіх кривих є те, що від порогу процесу ефективні перерізи іоні­ зації різко наростають до 20—30 еВ, а в області більш високих енергій величина перерізу практично не змінюється, що властиво для ефективних перерізів іонізації атомів електро­ нним ударом в газовій фазі [10]. Енергетична залежність утворення атомарних іонів телу­ ру (рис. 2) має в діапазоні енергій 9—18 еВ різкий ріст перерізу і декілька особливостей бі ля порогу, далі — пологу ділянку аж до Е = 70 еВ. На вставці б наведено порівняння наших результатів з даними роботи [13], і, як видно, спостерігається непоганий збіг між кривими. Однак, якщо на пороговій ділянці кривої (див. вставку а на рис. 2) провести лінійні екстра­ поляції, то можна отримати дві точки перетину кривої з віссю енергій: 8,8 та 10,9 еВ. Таблиця 2. Порівняння енергій появи і іонізації молекулярних та атомарних іонів телуру Іон Енергія появи (EAP), еВ Енергія іонізації (EIP), еВ Наші дані [2] [6] [8] [13] Наші дані [14] [8] [10] [15] Te+ 10,9 ± 0,25 — 12,20 10,8 ± 0,5 8,8 ± 0,2 8,8 ± 0,25 9,5 ± 1,0 8,9 8,96 9,009 Te2 + 8,26 9,00 — 9,0 ± 0,2 8,3 ± 0,25 8,4 ± 0,6 8,3 ± 0,2 — — Te2+ — — — — 20,6 ± 0,25 — — 27,3 18.6 Рис. 2. Енергетична залежність утво­ рення іонів телуру. На вставці: а — по­ рогова ділянка; б — порівняння порого­ вих ділянок 49ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 5 Іонізація телуру в газовій фазі електронами Різниця між ними складає 2,1 еВ, що відповідає енергії дисоціації молекули Te2. Тому мож на вважати, що в газовій фазі при наших температурах більшу частину в пучку склада­ ють молекули Te2, тоді сам процес іонізації має відбувається переважно за схемою: Te2 + e– = Te+ + Te + 2e–. (5) На рис. 3 наведено енергетичні залежності утворення молекулярних (Te2 +) та двоза­ рядних (Te2+) іонів телуру. Двозарядні іони телуру утворюються відповідно до рівняння (3), а молекулярні — за схемою: Te2 + e– = Te2 + + 2e–. (6) Відповідно до рівнянь (3), (6) початок кривих енергетичних залежностей суттєво різ­ ниться по шкалі енергій. Також відрізняється загальний хід кривих в дослідженій облас ті енергій: функція іонізації Te2 + від порогу до 14 еВ швидко зростає, далі переріз практично не змінюється з енергією аж до 70 еВ. Що стосується функції іонізації Te2+, то вона навпаки — дуже повільно зростає від порогу до 50 еВ. Абсолютна величина ефективного перерізу за даними [10] при енергії електронів Е = 70 еВ відноситься як Te2 +/Te2+ = 10, такого ж порядку і відношення інтенсивності відповідних піків іонів Te2 + до Te2+ у мас­спектрі (див. рис. 1). У табл. 2 представлені одержані нами енергії появи іонів телуру: Te+, Te2 + та Te2+, які визначені методом найменших квадратів [12] за пороговими ділянками їх відносного пе­ рерізу іонізації (див. рис. 2 та 3), а для порівняння наведені також дані з інших робіт. Слід підкреслити, що представлені дані по енергіях появи та потенціалу іонізації, крім роботи [6], відносяться до 60­х років минулого сторіччя. Аналізуючи результати табл. 2, бачимо, що найбільш повна інформація по іонах телуру надана в нашій роботі, крім того, значення енергій появи і іонізації молекулярних та атомар­ них іонів телуру розрізняються, особливо для Te2+. Рис. 3. Енергетичні залежності утворення молекулярних (Te2 +) та двозаряд­ них (Te2+) іонів телуру 50 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 5 О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець Таким чином, методом мас­спектроскопії з використанням методики пучків, що пе­ ретинаються, досліджено процеси іонізації телуру в газовій фазі електронним ударом. Вивчено мас­спектр телуру в дiапазонi 50—350 Да при різних енергіях іонізуючих елек­ тронів від 6 до 70 еВ та в інтервалі температур 400—600 К. Мас­спектр складається з трьох груп піків, які відповідають атомарним Te+, молекулярним Te2 + та двозарядним Tе2+ іонам телуру. У кожній групі чітко виділяються піки, що відповідають ізотопам телуру, а мак­ симальні за інтенсивністю серед них належать 65 Te2+, 128 Te+ 130 Te+, 256 Te2 + 260 Te2 +. Показано, що співвідношення інтенсивності ізотопних піків до основного зберігається як для ато­ марних, так і для молекулярних іонів. Знайдено, що у газовій фазі при наших температ у­ рах експерименту переважають двоатомнi молекули телуру. Досліджено функції іонізації iонiв Te+, Te2 + та Te2+, методом найменших квадратів за пороговими ділянками кривих ви­ значено значення енергій появи і іонізації молекулярних та атомарних іонів телуру. Вперше у мас­спектрі телуру знайдено двозарядний іон Te2+, для якого отримана енергетична за­ лежність іонізації електронним ударом і визначена енергія іонізації Е = 20,6 ± 0,25 еВ. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Topouzkhanian A., Wellegehausen B., Effantin C., D’incan J. and Verges J. New Continuous Laser Emissions in Те2. Laser Chem. 1983. 1. № 5. P. 195—209. 2. Willey K.F., Cheng P.Y., Taylor T.G., Bishop M.B., and Duncan M.A. Photoionization and Mass­Selected Photodlssociation of Tellurium Clusters. J. Phys. Chem. 1990. 94. № 4. P. 1545—1549. doi: https://doi.org/ 10.1021/j100367a061 3. Hearley Andrew K., Johnson Brian F.G., McIndoe J. Scott, Tuck Dennis G.. Mass spectrometric identification of singly­charged anionic and cationic sulfur, selenium, tellurium and phosphorus species produced by laser ablation. Inorganica Chimica Acta. 2002. 334. P. 105—112. doi: https://doi.org/10.1016/S0020­1693 (02) 00738­7 4. Albeck Michael & Shaik Sason. Identification of Telurium­Containing Compounds by Means of Mass Spec­ trometry. J. Organometalk Chem. 1975. 91. P. 307—313. doi: https://doi.org/10.1016/S0022­328X (00) 88997­4. 5. Snodgrass J.T., Coe J.V., McHugh K.M., Freidhoff C.B., and Bowen K.H. Photoelectron Spectroscopy of Selenium­ and Tellurium­Containing Negative Ions: Se0, Se, and Te. J. Phys. Chem. 1989. 93. P. 1249—1254. doi: https://doi.org/10.1021/j100341a016 6. Viswanathan R., Balasubramanian R., Raj D. Darwin Albert, Baba M. Sai, Narasimhan T.S. Lakshmi. Vaporization studies on elemental tellurium and selenium by Knudsen effusion mass spectrometry. J. Alloys and Compounds. 2014. 603 P. 75—85. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.03.040. 7. Kukhta A.V., Kukhta I.N., Zavilopulo A.N., Agafonova A.S., Shpenik O.B. Ionization of 4,4’­bis(phenylethynyl)­ anthracene by electron impact. Eur. J. Mass Spectrom. 2009. 15. P. 563—570. doi: https://doi.org/10.1255/ ejms.1018 8. NIST Standard Reference Database. (http://www.webbook.nist.gov) 9. Шпеник О.Б., Ердевді М.М., Маркуш П.П., Контрош Є.Е., Чернишова І.В. Електронне збудження та іонізація парів сірки, селену, телуру. Укр. фiз. журн. 2015. 60. № 3. С. 217—223. doi: https://doi.org/ 10.15407/ujpe60.03.0217 10. Freund Robert S., Wetzel Robert C., Shul Randy J., and Hayes Todd R.. Cross­section measurements for electron­impact ionization of atoms. Phys. Rev. A. 1990. 41. P. 3575—3590. doi: https://doi.org/10.1103/ PhysRevA.41.3575 11. Zavilopulo A.N., Markush P.P., Shpenik O.B., Mykyta M.I. Electron Impact Ionization and Dissociative Ionization of Sulfur in the Gas Phase. Tech. Phys. 2014. 59. № 7. P. 951—958. doi: https://doi.org/10.1134/ S1063784214070299 51ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 5 Іонізація телуру в газовій фазі електронами 12. Zavilopulo A.N., Shpenik O.B., Mylymko A.M. Examination of a Molecular Se Beam by Mass Spectro­ met ry with Electron Ionization. Tech. Phys. 2017. 62. № 3. P. 359–364. doi: https://doi.org/10.1134/ S106378421703029X 13. McFarlane J. & LeBlanc J.C. Fission­Product Tellurium and Cesium Telluride Chemistry Revisited. Whi­ teshell Laboratories Pinawa, Manitoba ROE. 19961L0 AECL­11333. COG­95­276­I. P.51 14. Franklin J.L. & Dillard J.G. Ionization potentials, appearance potentials, and heats of formation of gaseous positive ions. 1969. 15. Moore C.E. Ionization Potentials and Ionization Limits Derived from the Analysis of Optical Spectra. 1970. Надійшло до редакції 18.01.2018 REFERENCES 1. Topouzkhanian, A., Wellegehausen, B., Effantin, C., D’incan, J. & Verges, J. (1983). New Continuous Laser Emissions in Те2, Laser Chem., 1, No. 5, pp. 195­209. 2. Willey, K. F., Cheng, P. Y., Taylor, T. G., Bishop, M. B. & Duncan, M. A. (1990). Photoionization and Mass­ Selected Photodlssociation of Tellurium Clusters. J. Phys. Chem., 94, No. 4, рр.1545­1549. doi: https://doi. org/10.1021/j100367a061 3. Hearley, Andrew K., Johnson, Brian F.G., McIndoe, J. Scott & Tuck, Dennis G. (2002). Mass spectrometric identification of singly­charged anionic and cationic sulfur, selenium, tellurium and phosphorus species produced by laser ablation. Inorganica Chimica Acta, 334, рр. 105­112. doi: https://doi.org/10.1016/S0020­ 1693(02)00738­7 4. Albeck, Michael & Shaik, Sason. (1975). Identification of Telurium­Containing Compounds by Means of Mass Spectrometry. J. of Organometalk Chem., 91, pp. 307­313. doi: https://doi.org/10.1016/S0022­328X (00)88997­4 5. Snodgrass, J. T., Coe, J. V., McHugh, K. M., Freidhoff, C. B. & Bowen, K. H. (1989). Photoelectron Spectroscopy of Selenium­ and Tellurium­Containing Negative Ions: Se0, Se, and Te. J. Phys. Chem., 93, pp. 1249­1254. doi: https://doi.org/10.1021/j100341a016 6. Viswanathan, R., Balasubramanian, R., Raj, D. Darwin, Albert, Baba, M. Sai & Narasimhan, T.S. Lakshmi. (2014). Vaporization studies on elemental tellurium and selenium by Knudsen effusion mass spectrometry. J. Alloys and Compounds, 603, pp. 75­85. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.03.040 7. Kukhta, A. V., Kukhta, I. N., Zavilopulo, A. N., Agafonova, A. S. & Shpenik, O. B. (2009). Ionization of 4,4’­ bis(phenylethynyl)­ anthracene by electron impact. Eur. J. Mass Spectrom., 15. pp. 563­570. doi: https://doi. org/10.1255/ejms.1018 8. NIST Standard Reference Database. (http://www.webbook.nist.gov) 9. Shpenik, O. B., Erdevdy, M. M., Markush, P. P., Kontros, J. E. & Chernyshova, I. V. (2015). Electron Impact Excitation and Ionization of Sulfur, Selenium, and Tellurium Vapors. Ukr. J. Phys., 60, No. 3, pp. 217­223. doi: https://doi.org/10.15407/ujpe60.03.0217 10. Freund, Robert S., Wetzel, Robert C., Shul, Randy J. & Hayes, Todd R. (1990). Cross­section measurements for electron­impact ionization of atoms. Phys. Rev. A., 41, pp. 3575­3590. doi: https://doi.org/10.1103/ PhysRevA.41.3575 11. Zavilopulo, A. N., Markush, P. P., Shpenik, O. B. & Mykyta, M. I. (2014). Electron Impact Ionization and Dissociative Ionization of Sulfur in the Gas Phase. Technical Physics., 59. No. 7. pp. 951­958. doi: https://doi. org/10.1134/S1063784214070299 12. Zavilopulo, A. N., Shpenik, O. B. & Mylymko, A. M. (2017), Examination of a Molecular Se Beam by Mass Spectrometry with Electron Ionization. Technical Phys., 62, No. 3, pp. 359­364. doi: https://doi.org/10.1134/ S106378421703029X. 13. McFarlane, J. & LeBlanc, J.C. (1996) Fission­Product Tellurium and Cesium Telluride Chemistry Revisi­ ted. Whiteshell Laboratories Pinawa, Manitoba ROE 1L0 AECL­11333. COG­95­276­I. P.51. 14. Franklin, J.L. & Dillard, J.G. (1969). Ionization Potentials, Appearance Potentials, and Heats of Formation of Gaseous Positive Ions. 223­224, 228­229. 15. Moore, C. E. (1970). Ionization Potentials and Ionization Limits Derived from the Analysis of Optical Spectra. Received 18.01.2018 52 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 5 О.Б. Шпеник, А.М. Завілопуло, О.В. Пилипчинець О.Б. Шпеник, А.Н. Завилопуло, О.В. Пилипчинец Институт электронной физики НАН Украины, Ужгород E­mail: gzavil@gmail.com ИОНИЗАЦИЯ ТЕЛЛУРА В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ ЭЛЕКТРОНАМИ Методом масс­спектрометрии с использованием методики пересекающихся пучков исследованы про­ цессы ионизации теллура в газовой фазе электронным ударом. Изучен масс­спектр теллура в диапазоне массовых чисел 50—350 Да при различных энергиях ионизирующих электронов от 6 до 70 эВ и в интер­ вале температур 400—600 К. Масс­спектр состоит из трёх групп пиков, соответствующих атомарным Te+, молекулярным Te2 + и двухзарядным Tе2+ ионам теллура. Показано, что отношение интенсивности изо­ топных пиков к основному сохраняется как для атомарных, так и для молекулярных ионов. Найдено, что в газовой фазе при температурах эксперимента преобладают двухатомные молекулы теллура. Исследованы функции ионизации ионов Te+, Te2 + и Te2+ и методом наименьших квадратов по пороговым участкам кри­ вых определены значения энергий появления и ионизации молекулярных и атомарных ионов теллура. Впервые в масс­спектре теллура найдено двухзарядный ион Te2 +, для которого получена энергетическая зависимость ионизации электронным ударом и определена энергия ионизации, равная Е = 20,6 ± 0,25 эВ. Ключевые слова: ионизация, электронный удар, теллур, энергия появления. O.B. Shpenik, A.M. Zavilopulo, O.V. Pylypchynets Institute of Electronic Physics of the NAS of Ukraine, Uzhhorod E­mail: gzavil@gmail.com ELECTRON IMPACT IONIZATION OF TELLURIUM IN THE GAS PHASE The processes of ionization of tellurium in the gas phase by the electron impact have been studied by mass spec­ trometry, by using the technique of intersecting beams. The mass spectra of tellurium are studied in the range of mass numbers 50—350 Da at various energies of ionizing electrons from 6 to 70 eV and in the temperature range 400—600 K. The mass spectrum consists of three groups of peaks corresponding to atomic Te+, molecular Te2 +, and doubly charged Te2+ ions. It is shown that the ratio of the intensity of isotope peaks to the main one is conserved for both atomic and molecular ions. It is found that diatomic tellurium molecules prevail in the gas phase at ex­ perimental temperatures. The ionization functions of Te+, Te2 +, and Te2+ ions and the energies of appearance and ionization of molecular and atomic tellurium ions are determined by the method of least squares over the threshold sections of the curves. For the first time in the mass spectra of tellurium, a doubly charged Te2+ ion is found, for which the energy dependence of the ionization by the electron impact is obtained, and the ionization energy E = 20.6 ± 0.25 eV is determined. Keywords: ionization, electron impact, tellurium, energy of appearance.

Схожі ресурси