Столкновительное возбуждение: от астрономических линий до масс-спектрометрии.
Collisional excitation
Столкновительное возбуждение в астрономии: как столкновения частиц создают спектральные линии в туманностях и областях H II. Важный процесс ионизации и эмиссии фотонов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Коллизионное возбуждение — это процесс, в котором кинетическая энергия сталкивающейся частицы преобразуется во внутреннюю энергию реагирующего вида.
Collisional excitation is a process in which the kinetic energy of a collision partner is converted into the internal energy of a reactant species.
Астрономия
В астрономии коллизионное возбуждение приводит к образованию спектральных линий в спектрах астрономических объектов, таких как планетарные туманности и области H II. В этих объектах большинство атомов ионизируются фотонами от горячих звезд, находящихся внутри туманного газа, теряя электроны. Выбитые электроны (называемые фотоэлектронами) могут сталкиваться с атомами или ионами в газе, возбуждая их. Когда эти возбужденные атомы или ионы возвращаются в основное состояние, они излучают фотон. Спектральные линии, формирующиеся в результате излучения этих фотонов, называются линиями, образованными столкновительным возбуждением (часто сокращенно CEL). CEL наблюдаются только в газах с очень низкой плотностью (обычно менее нескольких тысяч частиц на см³) для запрещенных переходов. Для разрешенных переходов плотность газа может быть существенно выше. При более высокой плотности обратный процесс – коллизионное дезактивация – подавляет эти линии. Даже самый глубокий вакуум, создаваемый на Земле, все еще слишком плотен для наблюдения CEL. Именно поэтому, когда Уильям Хаггинс впервые обнаружил CEL в спектре туманности Кошачий глаз, он не знал, что это такое, и приписал их гипотетическому новому элементу, названному «небулием». Однако впоследствии было установлено, что линии, которые он наблюдал, испускаются чрезвычайно разреженным кислородом. CEL играют важную роль в изучении газовых туманностей, поскольку их можно использовать для определения плотности и температуры газа.
In astronomy, collisional excitation gives rise to spectral lines in the spectra of astronomical objects such as planetary nebulae and H II regions. In these objects, most atoms are ionised by photons from hot stars embedded within the nebular gas, stripping away electrons. The emitted electrons, (called photoelectrons), may collide with atoms or ions within the gas, and excite them. When these excited atoms or ions revert to their ground state, they will emit a photon. The spectral lines formed by these photons are called collisionally excited lines (often abbreviated to CELs). CELs are only seen in gases at very low densities (typically less than a few thousand particles per cm³) for forbidden transitions. For allowed transitions, the gas density can be substantially higher. At higher densities, the reverse process of collisional de excitation suppresses the lines. Even the hardest vacuum produced on earth is still too dense for CELs to be observed. For this reason, when CELs were first observed by William Huggins in the spectrum of the Cat's Eye Nebula, he did not know what they were, and attributed them to a hypothetical new element called nebulium. However, the lines he observed were later found to be emitted by extremely rarefied oxygen. CELs are very important in the study of gaseous nebulae, because they can be used to determine the density and temperature of the gas.
Массовая спектрометрия
Коллизионное возбуждение в масс-спектрометрии — это процесс, при котором ион сталкивается с атомом или молекулой, что приводит к увеличению внутренней энергии иона. Молекулярные ионы ускоряются до высокой кинетической энергии и затем сталкиваются с нейтральными молекулами газа (например, гелием, азотом или аргоном). В результате столкновения часть кинетической энергии преобразуется во внутреннюю энергию, что вызывает фрагментацию в процессе, известном как диссоциация, индуцированная столкновением.
Collisional excitation in mass spectrometry is the process where an ion collides with an atom or molecule and leads to an increase in the internal energy of the ion. Molecular ions are accelerated to high kinetic energy and then collide with neutral gas molecules (e. g. helium, nitrogen or argon). In the collision some of the kinetic energy is converted into internal energy which results in fragmentation in a process known as collision induced dissociation.