การปล่อยประจุเรืองแสง
การปล่อย ประจุเรืองแสงคือพลาสมาที่เกิดขึ้นจากการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซ มักสร้างขึ้นโดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้า สองขั้ว ในหลอดแก้วที่มีก๊าซความดันต่ำ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่าที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้ากระตุ้น การแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และหลอดจะเรืองแสงเป็นสีต่างๆ สีของแสงจะขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่ใช้
การปล่อยประจุเรืองแสงถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในอุปกรณ์ต่างๆ เช่นหลอดไฟนีออน หลอดฟลูออเรสเซนต์ แบบแคโทดเย็นและโทรทัศน์จอพลาสมาการวิเคราะห์แสงที่เกิดขึ้นด้วยสเปกโทรสโกปีสามารถเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับการปฏิสัมพันธ์ของอะตอมในก๊าซได้ ดังนั้นการปล่อยประจุเรืองแสงจึงถูกใช้ในฟิสิกส์พลาสมาและเคมีวิเคราะห์นอกจากนี้ยังใช้ในเทคนิคการปรับสภาพพื้นผิวที่เรียกว่าการสปัตเตอร์อีก ด้วย
การนำไฟฟ้าในก๊าซ
การนำไฟฟ้าในแก๊สต้องอาศัยตัวนำประจุ ซึ่งอาจเป็นอิเล็กตรอนหรือไอออน ตัวนำประจุเกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลแก๊สบางส่วน ขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแก๊ส การแตกตัวเป็นไอออนจะเกิดขึ้นโดยกลไกใดกลไกหนึ่งในสามแบบ ได้แก่ การปล่อยประจุในที่มืด การปล่อยประจุเรืองแสง และการปล่อยประจุแบบอาร์ค
- ในการปล่อยประจุในที่มืด ก๊าซจะถูกแตกตัวเป็นไอออน (เกิดตัวนำขึ้น) โดยแหล่งกำเนิดรังสี เช่น แสงอัลตราไวโอเลตหรือรังสีคอสมิกที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ตัวนำที่หลุดออกมาจะได้รับพลังงานมากพอที่จะทำให้เกิดตัวนำเพิ่มเติมขึ้นระหว่างการชนกัน กระบวนการนี้เรียกว่าปรากฏการณ์ทาวน์เซนด์หรือการเพิ่มจำนวนแบบทวีคูณ
- ในการปล่อยประจุเรืองแสง กระบวนการสร้างตัวนำจะถึงจุดที่อิเล็กตรอนเฉลี่ยที่ออกจากแคโทดจะทำให้อิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งออกจากแคโทดได้เช่นกัน ดังนั้นการปล่อยประจุจึงเกิดขึ้นได้เองอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนเฉลี่ยอาจทำให้เกิดการชนกันที่ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนหลายสิบครั้งผ่านปรากฏการณ์ทาวน์เซนด์อะวาแลนซ์ ไอออนบวกที่เกิดขึ้นจะมุ่งหน้าไปยังแคโทด และไอออนบวกบางส่วนที่ชนกับแคโทดจะทำให้เกิดการหลุดออกของอิเล็กตรอนโดยการปล่อยทุติยภูมิ
- ในการปล่อยประจุอาร์คอิเล็กตรอนจะออกจากแคโทดโดยการปล่อยเทอร์มิออนิกและการปล่อยสนามและก๊าซจะถูกทำให้เป็นไอออนโดยความร้อน[ 1 ]
ต่ำกว่าแรงดันพังทลายจะมีการเรืองแสงน้อยมากหรือไม่มีเลย และสนามไฟฟ้าจะสม่ำเสมอ เมื่อสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้นมากพอที่จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน การปล่อยประจุแบบทาวน์เซนด์จะเริ่มต้นขึ้น เมื่อการปล่อยประจุแบบเรืองแสงเกิดขึ้น สนามไฟฟ้าจะถูกปรับเปลี่ยนอย่างมากโดยการมีอยู่ของไอออนบวก สนามจะกระจุกตัวอยู่ใกล้แคโทด การปล่อยประจุแบบเรืองแสงเริ่มต้นเป็นแบบเรืองแสงปกติ เมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น พื้นผิวแคโทดส่วนอื่นๆ จะมีส่วนร่วมในการเรืองแสงมากขึ้น เมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกินระดับที่พื้นผิวแคโทดทั้งหมดมีส่วนร่วม การปล่อยประจุจะเรียกว่าการเรืองแสงผิดปกติ หากกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีก ปัจจัยอื่นๆ จะเข้ามามีบทบาท และการปล่อยประจุแบบอาร์คจะเริ่มต้นขึ้น[ 2 ]
กลไก
การปล่อยประจุเรืองแสงแบบง่ายที่สุดคือ การปล่อยประจุเรืองแสง แบบกระแสตรงในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้วในเซลล์ที่ความดันต่ำ (0.1–10 torr ; ประมาณ 1/10000 ถึง 1/100 ของความดันบรรยากาศ) ความดันต่ำใช้เพื่อเพิ่มระยะทางเฉลี่ยอิสระสำหรับสนามไฟฟ้าคงที่ ระยะทางเฉลี่ยอิสระที่ยาวขึ้นจะช่วยให้ประจุไฟฟ้าได้รับพลังงานมากขึ้นก่อนที่จะชนกับอนุภาคอื่น เซลล์มักจะบรรจุด้วยนีออน แต่ก็สามารถใช้ก๊าซอื่นได้เช่นกันศักย์ไฟฟ้าหลายร้อยโวลต์ถูกใช้ระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสอง ส่วนน้อยของประชากรอะตอมภายในเซลล์จะถูกทำให้เป็นไอออน ในตอนเริ่มต้น ผ่านกระบวนการแบบสุ่ม เช่น การชนกันทางความร้อนระหว่างอะตอมหรือโดยรังสีแกมมา ไอออนบวกจะถูกผลักไปยังแคโทดโดยศักย์ไฟฟ้า และอิเล็กตรอนจะถูกผลักไปยังแอโนดโดยศักย์ไฟฟ้าเดียวกัน ประชากรไอออนและอิเล็กตรอนเริ่มต้นจะชนกับอะตอมอื่นทำให้เกิดการกระตุ้นหรือการทำให้เป็นไอออน ตราบใดที่ศักยภาพยังคงอยู่ กลุ่มของไอออนและอิเล็กตรอนก็จะคงอยู่ต่อไป
การปล่อยมลพิษทุติยภูมิ
พลังงานจลน์บางส่วนของไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังแคโทด กระบวนการนี้เกิดขึ้นบางส่วนจากการที่ไอออนพุ่งชนแคโทดโดยตรง อย่างไรก็ตาม กลไกหลักนั้นไม่ตรงไปตรงมานัก ไอออนจะพุ่งชนอะตอมของก๊าซที่เป็นกลางซึ่งมีจำนวนมากกว่า และถ่ายโอนพลังงานบางส่วนไปยังอะตอมเหล่านั้น จากนั้นอะตอมที่เป็นกลางเหล่านี้จะพุ่งชนแคโทด ไม่ว่าจะเป็นชนิดใด (ไอออนหรืออะตอม) ที่พุ่งชนแคโทด การชนกันภายในแคโทดจะกระจายพลังงานนี้ใหม่ ส่งผลให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากแคโทด กระบวนการนี้เรียกว่าการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ เมื่ออิเล็กตรอนหลุดออกจากแคโทดแล้ว สนามไฟฟ้าจะเร่งอิเล็กตรอนเข้าไปในบริเวณที่มีการปล่อยประจุเรืองแสง จากนั้นอะตอมจะถูกกระตุ้นได้โดยการชนกับไอออน อิเล็กตรอน หรืออะตอมอื่นๆ ที่ถูกกระตุ้นจากการชนมาก่อนแล้ว
การผลิตแสง
เมื่ออะตอมถูกกระตุ้นแล้ว พวกมันจะสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว วิธีการสูญเสียพลังงานหลายวิธีนั้น วิธีที่สำคัญที่สุดคือการแผ่รังสี ซึ่งหมายความว่ามีการปล่อยโฟตอนออกมาเพื่อนำพลังงานนั้นไปด้วย ในสเปกโทรสโกปีอะตอมเชิงแสง ความยาวคลื่นของโฟตอนนี้สามารถใช้ในการระบุชนิดของอะตอม (นั่นคือธาตุทางเคมี ) และจำนวนโฟตอนจะแปรผันตรงกับความเข้มข้นของธาตุนั้นในตัวอย่าง การชนกันบางครั้ง (ที่มีพลังงานสูงพอ) จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน ในสเปกโทรเมตรี มวลอะตอม ไอออนเหล่านี้จะถูกตรวจจับ มวลของไอออนจะระบุชนิดของอะตอม และปริมาณของไอออนจะบ่งบอกถึงปริมาณของธาตุนั้นในตัวอย่าง
ภูมิภาค
ภาพประกอบทางด้านขวามือแสดงให้เห็นถึงบริเวณหลักๆ ที่อาจพบได้ในการปล่อยประจุเรืองแสง บริเวณที่เรียกว่า "เรืองแสง" จะเปล่งแสงออกมามาก ส่วนบริเวณที่เรียกว่า "พื้นที่มืด" จะไม่เปล่งแสง เมื่อการปล่อยประจุขยายออกไปมากขึ้น (เช่น ยืดออกในแนวนอนตามรูปทรงเรขาคณิตของภาพประกอบ) คอลัมน์บวกอาจกลายเป็นริ้วๆกล่าวคือ อาจเกิดบริเวณมืดและสว่างสลับกัน การบีบอัดการปล่อยประจุในแนวนอนจะส่งผลให้มีบริเวณน้อยลง คอลัมน์บวกจะถูกบีบอัดในขณะที่แสงเรืองแสงลบจะยังคงมีขนาดเท่าเดิม และหากมีช่องว่างเล็กพอ คอลัมน์บวกก็จะหายไปทั้งหมด ในการปล่อยประจุเรืองแสงเชิงวิเคราะห์ การปล่อยประจุส่วนใหญ่จะเป็นแสงเรืองแสงลบ โดยมีบริเวณมืดอยู่ด้านบนและด้านล่าง
ชั้นแคโทด
ชั้นแคโทดเริ่มต้นด้วยพื้นที่มืดของแอสตัน และสิ้นสุดด้วยบริเวณเรืองแสงเชิงลบ ชั้นแคโทดจะสั้นลงเมื่อความดันก๊าซเพิ่มขึ้น ชั้นแคโทดมีประจุบวกและสนามไฟฟ้าแรงสูง[ 3 ] [ 4 ]
แอสตัน ดาร์ก สเปซ
อิเล็กตรอนออกจากแคโทดด้วยพลังงานประมาณหนึ่งอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งไม่เพียงพอที่จะทำให้ไอออนไนซ์หรือกระตุ้นอะตอม ทำให้เกิดชั้นสีดำบางๆ อยู่ข้างแคโทด[ 3 ]
แสงเรืองของแคโทด
อิเล็กตรอนจากแคโทดจะได้รับพลังงานมากพอที่จะกระตุ้นอะตอมได้ในที่สุด อะตอมที่ถูกกระตุ้นเหล่านี้จะกลับสู่สถานะพื้นฐานอย่างรวดเร็ว ปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับความแตกต่างระหว่างแถบพลังงานของอะตอม แสงเรืองนี้จะมองเห็นได้ใกล้กับแคโทดมาก[ 3 ]
พื้นที่มืดของแคโทด
เมื่ออิเล็กตรอนจากแคโทดได้รับพลังงานมากขึ้น พวกมันมีแนวโน้มที่จะแตกตัวเป็นไอออนมากกว่าที่จะกระตุ้นอะตอม อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะตกลงสู่ระดับพื้นดินอย่างรวดเร็วและปล่อยแสงออกมา อย่างไรก็ตาม เมื่ออะตอมแตกตัวเป็นไอออน ประจุตรงข้ามจะแยกออกจากกันและไม่รวมตัวกันทันที ส่งผลให้มีไอออนและอิเล็กตรอนมากขึ้น แต่ไม่มีแสง[ 3 ] บริเวณนี้บางครั้งเรียกว่าCrookes dark space และบางครั้งเรียกว่าcathode fallเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกมากที่สุดในหลอดเกิดขึ้นในบริเวณนี้
แสงเรืองรองเชิงลบ
การแตกตัวเป็นไอออนในช่องว่างมืดของแคโทดส่งผลให้มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง แต่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ช้าลง ทำให้อิเล็กตรอนสามารถรวมตัวกับไอออนบวกได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้เกิดแสงที่เข้มข้น ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การแผ่รังสี เบร็มส์ตราห์ลุง[ 3 ]
อวกาศมืดของฟาราเดย์
เมื่ออิเล็กตรอนสูญเสียพลังงานไปเรื่อยๆ แสงที่ปล่อยออกมาก็จะน้อยลง ส่งผลให้เกิดพื้นที่มืดขึ้นอีก[ 3 ]
ชั้นแอโนด
ชั้นแอโนดเริ่มต้นด้วยคอลัมน์บวกและสิ้นสุดที่แอโนด ชั้นแอโนดมีประจุลบและสนามไฟฟ้าปานกลาง[ 3 ]
คอลัมน์บวก
เมื่อมีไอออนน้อยลง สนามไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อิเล็กตรอนมีพลังงานประมาณสองอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งเพียงพอที่จะกระตุ้นอะตอมและทำให้เกิดแสงได้ สำหรับหลอดปล่อยประจุเรืองแสงที่ยาวขึ้น พื้นที่ที่ยาวขึ้นจะถูกครอบครองโดยคอลัมน์บวกที่ยาวขึ้น ในขณะที่ชั้นแคโทดยังคงเท่าเดิม[ 3 ] ตัวอย่างเช่น ในป้ายนีออน คอลัมน์บวกจะครอบครองเกือบตลอดความยาวของหลอด
แสงเรืองรองของขั้วบวก
การเพิ่มขึ้นของสนามไฟฟ้าส่งผลให้ขั้วบวกเรืองแสง[ 3 ]
พื้นที่มืดของขั้วบวก
เมื่อสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีกครั้ง จำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออนที่เพิ่มขึ้น แต่พลังงานเฉลี่ยของพวกมันก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าการชนกันส่วนใหญ่จะส่งผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนแทนที่จะเป็นการกระตุ้น[ 3 ]
ริ้ว
แถบแสงสลับกับความมืดในคอลัมน์บวกเรียกว่าริ้วไม่มีกลไกสากลใดที่อธิบายริ้วในทุกสภาวะของก๊าซและความดันที่ทำให้เกิดริ้วเหล่านี้ แต่การศึกษาเชิงทฤษฎีและการสร้างแบบจำลองล่าสุด ซึ่งได้รับการสนับสนุนด้วยผลการทดลอง กล่าวถึงความสำคัญของปรากฏการณ์ดูฟูร์[ 5 ]
การสปัตเตอร์
นอกจากจะทำให้เกิดการปล่อยรองแล้ว ไอออนบวกยังสามารถพุ่งชนแคโทดด้วยแรงที่มากพอที่จะขับไล่อนุภาคของวัสดุที่ใช้ทำแคโทด กระบวนการนี้เรียกว่าการสปัตเตอร์ริ่งและมันจะค่อยๆกัดกร่อนแคโทด การสปัตเตอร์ริ่งมีประโยชน์เมื่อใช้ สเปก โทรสโก ปี ในการวิเคราะห์องค์ประกอบของแคโทด เช่นเดียวกับที่ทำใน สเปกโทรส โกปีการปล่อยแสงแบบเรืองแสง[ 6 ]
อย่างไรก็ตาม การสปัตเตอร์ไม่ใช่สิ่งที่พึงประสงค์เมื่อใช้การปล่อยประจุเรืองแสงเพื่อการให้แสงสว่าง เนื่องจากจะทำให้อายุการใช้งานของหลอดไฟสั้นลง ตัวอย่างเช่นป้ายนีออนมีแคโทดกลวงที่ออกแบบมาเพื่อลดการสปัตเตอร์ให้น้อยที่สุด และมีถ่านเพื่อกำจัดไอออนและอะตอมที่ไม่พึงประสงค์อย่างต่อเนื่อง[ 7 ]
ก๊าซพาหะ
ในบริบทของการสปัตเตอร์ ก๊าซในท่อเรียกว่าก๊าซพาหะเพราะมันพาอนุภาคจากแคโทด[ 6 ]
ความแตกต่างของสี
เนื่องจากการเกิดสปัตเตอร์ที่แคโทด สีที่เปล่งออกมาจากบริเวณใกล้แคโทดจึงแตกต่างจากแอโนดอย่างมาก อนุภาคที่สปัตเตอร์จากแคโทดจะถูกกระตุ้นและปล่อยรังสีจากโลหะและออกไซด์ที่ประกอบเป็นแคโทด รังสีจากอนุภาคเหล่านี้จะรวมกับรังสีจากก๊าซพาหะที่ถูกกระตุ้น ทำให้บริเวณแคโทดมีสีขาวหรือสีน้ำเงิน ในขณะที่ส่วนที่เหลือของหลอด รังสีจะมาจากก๊าซพาหะเท่านั้นและมีแนวโน้มที่จะเป็นสีเดียวมากกว่า[ 6 ]
อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้แคโทดมีพลังงานน้อยกว่าส่วนอื่นๆ ของหลอด บริเวณรอบแคโทดมีสนามลบ ซึ่งจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อถูกขับออกจากพื้นผิว มีเพียงอิเล็กตรอนที่มีความเร็วสูงสุดเท่านั้นที่สามารถหลุดพ้นจากสนามนี้ได้ ส่วนอิเล็กตรอนที่ไม่มีพลังงานจลน์เพียงพอจะถูกดึงกลับเข้าไปในแคโทด เมื่ออยู่นอกสนามลบแล้ว แรงดึงดูดจากสนามบวกจะเริ่มเร่งอิเล็กตรอนเหล่านี้ไปยังแอโนด ในระหว่างการเร่งความเร็วนี้ อิเล็กตรอนจะถูกเบี่ยงเบนและชะลอความเร็วลงโดยไอออนบวกที่เคลื่อนที่ไปยังแคโทด ซึ่งจะทำให้เกิด การแผ่รังสีเบ ร็มส์ตราห์ลุง สีน้ำเงินขาวสว่าง ในบริเวณเรืองแสงลบ[ 8 ]
ใช้ในเคมีวิเคราะห์
การปล่อยประจุเรืองแสงสามารถใช้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี และบางครั้งอาจรวมถึงองค์ประกอบระดับโมเลกุลของของแข็ง ของเหลว และก๊าซ แต่การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของของแข็งเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด ในการจัดเรียงนี้ ตัวอย่างจะถูกใช้เป็นแคโทด ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ไอออนของก๊าซและอะตอมที่พุ่งชนพื้นผิวของตัวอย่างจะทำให้เกิดการหลุดของอะตอมออกจากตัวอย่าง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการสปัตเตอร์
อะตอมที่กระเด็นออกมาซึ่งอยู่ในสถานะแก๊ส สามารถตรวจจับได้ด้วยวิธีการดูดกลืนอะตอมแต่เป็นกลยุทธ์ที่ค่อนข้างพบได้น้อย โดยปกติแล้วจะใช้การปล่อยอะตอมและการวิเคราะห์มวลสาร แทน
การชนกันระหว่างอะตอมของตัวอย่างในสถานะแก๊สกับแก๊สพลาสมาจะส่งผ่านพลังงานไปยังอะตอมของตัวอย่าง พลังงานนี้สามารถกระตุ้นอะตอมได้ หลังจากนั้นอะตอมเหล่านั้นจะสูญเสียพลังงานผ่านการปล่อยแสงอะตอม โดยการสังเกตความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมา เราสามารถระบุชนิดของอะตอมได้ และโดยการสังเกตความเข้มของการปล่อยแสง เราสามารถกำหนดความเข้มข้นของอะตอมชนิดนั้นได้
พลังงานที่ได้รับจากการชนกันยังสามารถทำให้โมเลกุลของตัวอย่างแตกตัวเป็นไอออนได้ จากนั้นไอออนเหล่านี้สามารถตรวจจับได้ด้วยเครื่องแมสสเปกโทรเมตรี ในกรณีนี้ มวลของไอออนจะเป็นตัวระบุธาตุ และจำนวนไอออนจะสะท้อนถึงความเข้มข้น วิธีนี้เรียกว่า แมสสเปกโทรเมตรีแบบปล่อยประจุเรืองแสง (GDMS) และมีขีดจำกัดการตรวจจับต่ำถึงระดับต่ำกว่า ppb สำหรับธาตุส่วนใหญ่ ซึ่งแทบจะไม่ขึ้นอยู่กับเมทริกซ์เลย
การวิเคราะห์เชิงลึก
การวิเคราะห์ของแข็งทั้งแบบโดยรวมและแบบเชิงลึกสามารถทำได้โดยใช้การปล่อยประจุเรืองแสง การวิเคราะห์แบบโดยรวมนั้นถือว่าตัวอย่างมีความเป็นเนื้อเดียวกันค่อนข้างดี และจะหาค่าเฉลี่ยของสัญญาณการปล่อยแสงหรือสัญญาณสเปกตรัมมวลในช่วงเวลาหนึ่ง ในขณะที่การวิเคราะห์แบบเชิงลึกนั้นอาศัยการติดตามสัญญาณตามเวลา ดังนั้นจึงเหมือนกับการติดตามองค์ประกอบทางเคมีตามความลึก
การวิเคราะห์เชิงลึกต้องอาศัยการควบคุมพารามิเตอร์การทำงานที่แม่นยำยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ต้องปรับสภาวะ (กระแสไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า ความดัน) เพื่อให้หลุมที่เกิดจากการสปัตเตอร์มีก้นแบนราบ (กล่าวคือ เพื่อให้ความลึกที่วิเคราะห์ทั่วพื้นที่หลุมมีความสม่ำเสมอ) ในการวัดแบบปริมาณมาก ก้นหลุมที่ขรุขระหรือโค้งมนจะไม่ส่งผลเสียต่อการวิเคราะห์ ภายใต้สภาวะที่ดีที่สุด สามารถบรรลุความละเอียดเชิงลึกในระดับนาโนเมตรเดียวได้ (อันที่จริง ได้มีการสาธิตความละเอียดระดับภายในโมเลกุลแล้ว)
เคมีของไอออนและอนุภาคที่เป็นกลางในสภาวะสุญญากาศเรียกว่าเคมีไอออนในเฟสแก๊สและเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาเชิงวิเคราะห์ซึ่งรวมถึงการปล่อยประจุเรืองแสง
โหมดการจ่ายพลังงาน
ในเคมีวิเคราะห์การปล่อยประจุเรืองแสงมักทำงานในโหมดกระแสตรง สำหรับกระแสตรงนั้น แคโทด (ซึ่งก็คือตัวอย่างในการวิเคราะห์ของแข็ง) ต้องเป็นตัวนำ ในทางตรงกันข้าม การวิเคราะห์แคโทดที่ไม่เป็นตัวนำจำเป็นต้องใช้กระแสสลับความถี่สูง
ศักย์ไฟฟ้า ความดัน และกระแสไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กัน มีเพียงสองอย่างเท่านั้นที่สามารถควบคุมได้โดยตรงในคราวเดียว ในขณะที่อย่างที่สามจะต้องปล่อยให้เปลี่ยนแปลงได้ โดยทั่วไปแล้วความดันจะถูกคงที่ไว้ แต่ก็อาจใช้รูปแบบอื่นได้ เช่น ความดันและกระแสไฟฟ้าอาจถูกคงที่ไว้ ในขณะที่ศักย์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงได้ ความดันและแรงดันไฟฟ้าอาจถูกคงที่ไว้ ในขณะที่กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงได้ และกำลังไฟฟ้า (ผลคูณของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า) อาจถูกคงที่ไว้ ในขณะที่ความดันเปลี่ยนแปลงได้
การปล่อยประจุเรืองแสงอาจดำเนินการในย่านความถี่วิทยุได้เช่นกัน การใช้ย่านความถี่นี้จะสร้างแรงดันไบแอส DC ลบที่พื้นผิวของตัวอย่าง แรงดันไบแอส DC เป็นผลมาจากรูปคลื่นกระแสสลับที่อยู่ตรงกลางรอบศักย์ลบ ดังนั้นจึงแสดงถึงศักย์เฉลี่ยที่อยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างโดยประมาณ ความถี่วิทยุมีความสามารถในการไหลผ่านฉนวน (วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า) ได้
ทั้งการปล่อยประจุเรืองแสงด้วยคลื่นความถี่วิทยุและกระแสตรงสามารถทำงานในโหมดพัลส์ได้ โดยที่ศักย์ไฟฟ้าจะถูกเปิดและปิด วิธีนี้ช่วยให้สามารถใช้กำลังไฟฟ้าทันทีที่สูงขึ้นได้โดยไม่ทำให้แคโทดร้อนเกินไป กำลังไฟฟ้าทันทีที่สูงขึ้นเหล่านี้จะสร้างสัญญาณทันทีที่สูงขึ้น ช่วยในการตรวจจับ การผสมผสานการตรวจจับแบบแยกเวลาเข้ากับการจ่ายพลังงานแบบพัลส์ส่งผลให้เกิดประโยชน์เพิ่มเติม ในการปล่อยอะตอม อะตอมของสารวิเคราะห์จะปล่อยออกมาในช่วงเวลาที่ต่างจากอะตอมพื้นหลัง ทำให้สามารถแยกแยะทั้งสองได้ ในทำนองเดียวกัน ในสเปกโทรเมตรีมวล ไอออนของตัวอย่างและไอออนพื้นหลังจะถูกสร้างขึ้นในเวลาที่ต่างกัน
การประยุกต์ใช้กับการคำนวณแบบอนาล็อก
การประยุกต์ใช้ที่น่าสนใจสำหรับการใช้การปล่อยประจุเรืองแสงได้รับการอธิบายไว้ในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ในปี 2545 โดย Ryes, Ghanem และคณะ[ 9 ] ตามบทความข่าว Nature ที่อธิบายถึงงาน[ 10 ]นักวิจัยที่ Imperial College London ได้สาธิตวิธีการสร้างแผนที่ขนาดเล็กที่เรืองแสงตามเส้นทางที่สั้นที่สุดระหว่างสองจุด บทความข่าว Nature อธิบายระบบดังนี้:
- เพื่อสร้างชิปลอนดอนขนาดหนึ่งนิ้ว ทีมงานได้สลักแผนผังใจกลางเมืองลงบนแผ่นกระจก จากนั้นปิดด้วยฝาปิดเรียบ ทำให้ถนนกลายเป็นท่อกลวงที่เชื่อมต่อกัน พวกเขาเติมก๊าซฮีเลียมลงไปในท่อเหล่านี้ และเสียบขั้วไฟฟ้าไว้ที่จุดท่องเที่ยวสำคัญ เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าระหว่างสองจุด กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านถนนตามเส้นทางที่สั้นที่สุดจากจุด A ไปยังจุด B โดยธรรมชาติ และก๊าซจะเรืองแสงเหมือนแถบไฟนีออนขนาดเล็ก
แนวทางนี้เป็น แนวทาง การคำนวณแบบอนาล็อก ที่มองเห็นได้แบบใหม่ สำหรับการแก้ปัญหาการค้นหาในเขาวงกตหลากหลายประเภท โดยอาศัยคุณสมบัติของการส่องสว่างของการปล่อยประจุเรืองแสงในชิปไมโครฟลูอิดิก
การประยุกต์ใช้ในการควบคุมแรงดันไฟฟ้า
ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ก่อนที่จะมีการพัฒนา ชิ้นส่วน อิเล็กทรอนิกส์แบบโซลิดสเตทเช่นไดโอดซีเนอร์การควบคุมแรงดันไฟฟ้าในวงจรส่วนใหญ่มักทำได้โดยใช้หลอดควบคุมแรงดันไฟฟ้าซึ่งใช้หลักการปล่อยประจุเรืองแสง
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- เอส. ฟลุคเก, เอ็ด. (1956) Handbuch der Physik/สารานุกรมฟิสิกส์ แถบ/ปริมาตร XXI - การปล่อยอิเล็กตรอน • การปล่อยก๊าซ I . สปริงเกอร์-แวร์แล็ก .บทที่หนึ่งของบทความเรื่อง ผลกระทบรองโดย พีเอฟ ลิตเติล
- R. Kenneth Marcus, บรรณาธิการ (1993). สเปกโทรสโกปีการปล่อยประจุเรืองแสง . สำนักพิมพ์ Kluwer Academic Publishers (เคมีวิเคราะห์สมัยใหม่). ISBN 978-0-306-44396-1.