Resonance-ionization spectroscopy
Resonance-ionization spectroscopy (RIS) เป็นวิธีการวัดที่มีความไวสูงและเลือกได้อย่างมาก มันใช้เลเซอร์ในการขับอิเล็กตรอนออกจากอะตอมหรือโมเลกุลบางชนิดโดยแยกสายพันธุ์ที่เป็นกลางออกเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอนอิสระที่มีประจุลบ ไอออนหรืออิเล็กตรอนเหล่านั้นจะถูกตรวจจับและนับด้วยวิธีการต่าง ๆ เพื่อระบุองค์ประกอบหรือสารประกอบและกำหนดความเข้มข้นในตัวอย่าง วิธี RIS นั้นมีต้นกำเนิดมาตั้งแต่ปี 1970 และปัจจุบันได้มีการนำไปใช้ในแอปพลิเคชั่นจำนวนมากขึ้นเพื่อพัฒนาความรู้ด้านฟิสิกส์เคมีและชีววิทยา มันถูกนำไปใช้ในระบบการตรวจวัดที่ใช้งานได้หลากหลายเพราะมันมีข้อดีของการเลือกสูงระหว่างอะตอมและความไวที่แตกต่างกันในระดับอะตอมเดียว
การประยุกต์ใช้ตัวนับอะตอมอย่างง่ายรวมถึงการศึกษาทางกายภาพและเคมีของประชากรที่กำหนดไว้ของอะตอม ระบบขั้นสูงเพิ่มเติมรวมรูปแบบต่าง ๆ ของสเปกโตรมิเตอร์มวลสารซึ่งเสนอคุณสมบัติเพิ่มเติมของการเลือกไอโซโทป ระบบ RIS ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นเหล่านี้สามารถใช้งานได้จนถึงวันที่วัสดุทางจันทรคติและอุกกาบาตศึกษาหมวกน้ำบาดาลและน้ำแข็งแบบเก่าวัดการส่งออกนิวตริโนของดวงอาทิตย์กำหนดองค์ประกอบการติดตามในวัสดุเกรดอิเล็กทรอนิกส์ค้นหาทรัพยากรเช่นน้ำมัน ทองคำและทองคำขาวศึกษาบทบาทขององค์ประกอบการติดตามในการแพทย์และชีววิทยากำหนดโครงสร้างดีเอ็นเอและแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมจำนวนมาก
กระบวนการไอออไนเซชัน
การพิจารณาพลังงานขั้นพื้นฐาน
ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการศึกษาการเกิดไอออนเรโซแนนซ์ (ดูด้านบนโครงสร้างอะตอมพื้นฐาน) เว้นแต่ว่าอะตอมจะได้รับอิทธิพลจากภายนอกมันจะอยู่ในสถานะของพลังงานต่ำสุด (สถานะพื้น) ซึ่งอิเล็กตรอนจะเติมเต็มวงโคจรทั้งหมดจากระบบที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสออกไปสู่วงโคจรขนาดใหญ่ที่มีอิเล็กตรอนนอกวง อิเล็กตรอนวาเลนซ์สามารถเลื่อนไปยังวงโคจรได้ไกลกว่าจากนิวเคลียสถ้าดูดซับโฟตอน เพื่อเริ่มต้นการกระตุ้นโฟตอนจะต้องมีพลังงานที่อยู่ในช่วงแคบ ๆ เนื่องจากพลังงานของวงโคจรรอบ ๆ นิวเคลียสรวมถึงพลังงานที่ไม่ได้บรรจุนั้นถูกกำหนดอย่างเข้มงวดโดยกลไกควอนตัม แต่ละองค์ประกอบมีชุดระดับพลังงานที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเองซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการปล่อยสเปคโทรสโคปและการดูดกลืนสเปคโทรส การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนถูกดึงออกจากอะตอมอย่างสมบูรณ์ ช่องว่างระหว่างพลังงานที่ถูกครอบครองโดยอะตอมในสถานะพื้นและระดับพลังงานที่ขอบของความต่อเนื่องของไอออไนเซชันคือศักยภาพไอออนไนเซชัน
พลังงานโฟตอนที่ใช้ในการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม (หรือโมเลกุล) ต่ำเกินไปที่จะทำให้เป็นไอออนของอะตอมโดยตรงจากสถานะพื้น ดังนั้นอย่างน้อยสองขั้นตอนจะใช้ การดูดซับครั้งแรกเป็นกระบวนการกำทอนดังที่แสดงไว้ในตัวอย่างในรูปที่ 14 และสิ่งนี้ยืนยันว่าจะไม่สังเกตการไอออไนเซชันยกเว้นว่าเลเซอร์ถูกปรับให้เข้ากับอะตอม - นั่นคือการทำงานที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสม กลศาสตร์ควอนตัมไม่ได้ จำกัด พลังงานของอิเล็กตรอนอิสระในความต่อเนื่องดังนั้นโฟตอนของพลังงานขั้นต่ำใด ๆ สามารถถูกดูดซับเพื่อทำให้กระบวนการเรโซแนนซ์ - อิออไนเซชันสมบูรณ์
ด้วยเลเซอร์พัลซิ่งบางกระบวนการ RIS สองโฟตอนสามารถอิ่มตัวเพื่อให้อิเล็กตรอนหนึ่งตัวถูกลบออกจากอะตอมแต่ละชนิดที่เลือก นอกจากนี้เครื่องตรวจจับไอออนไนซ์สามารถนำมาใช้เพื่อรับรู้อิเล็กตรอนเดียวหรือไอออนบวก ดังนั้นแต่ละอะตอมสามารถนับได้ ด้วยการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเลเซอร์ที่ปรับค่าได้เพื่อใช้ชุดรูปแบบ RIS ที่หลากหลายจึงเป็นไปได้ที่จะตรวจจับเกือบทุกอะตอมในตารางธาตุ คุณสมบัติที่รวมกันของหัวกะทิความไวและความสามารถทั่วไปทำให้ RIS เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
