丁酮分子的多光子电离-离解机理

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1、第20卷第2期原子与分子物理学报Vol.20，№.22003年4月CHINESEJOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICSApr.，2003文章编号：1000-0364（2003）02-0138-06丁酮分子的多光子电离-离解机理✷郭文跃1，胡松青1，方黎2，张冰2，张树东2，蔡继业2（1.石油大学应用物理系，东营257061；2.中国科学院安徽光学精密机械研究所，合肥230031）摘要：研究了丁酮分子经（n，3d）共振的多光子电离—离解机理（MPID）。多光子电离—飞行时间质谱测0得的主要离子产物是C+和CH+

2、，C+的强度为CH+的2~5倍，还有少量C+，C+2H3O3CH22H3O3CH22H22H3和CH+离子，未见到母体离子。主要离子产物的分质量多光了电离谱结构相似，而各离子产物的光强指3数不同。实验结果说明丁酮分子的多光子电离—离解机理符合母体离子阶梯模型，文中用梯开关模型对主要产物离子的产生机理进行了解释。关键词：丁酮；多光子电离-离解；梯开关；飞行时间质谱中图分类号：O561.4文献标识码：A1引言单描述。装置主要包括激光光源、分子束、飞行时间（TOF）质谱仪、信号检测和数据采集系统等几部多光子电离过程是光物理和光化学感兴趣的分。激

3、光光源为XeCl准分子激光泵浦染料激光器主要研究领域之一［1~4］，多光子电离（MPI）—质谱（FL2000）激光染料为香豆素102（中心波长为480与电子轰击（EI）—质谱的明显区别在于多光子电nm），激光脉冲能量约为4mJ，脉冲宽度约为10离—离解是多步过程，中间共振态可以解离，母体ns，重复频率为2Hz，激光束经fE50mm的石英离子可以再吸收光子解离，碎片也可以再吸收光子透镜聚焦后与啧嘴产生的丁酮分子束垂直相交，相电离或解离。另外，由于存在激发和解离的竞争，交处的激光强度约为1029photon／cm2s。激光强度不同的激光强可产

4、生不同分支比的产物。的改变是向光路中加入不同数目中性衰减片来实酮类分子是一类重要的有机分子，多光子电离现的。离子产物由飞行时间质谱仪（飞行管长为［5~7］技术已被广泛地用于研究酮类分子的光谱。1.2m）探测，质谱仪由CS的MPI产物C+（m／e2丙酮是甲基和乙酰基的良好供体，多光子电离—质E12）和（m／eE44）标定。反应时，腔内真空度约［8~10］谱对其进行了很多研究，对环烷酮系列也进为5.0*10-3Pa，腔内的气压可由针阀控制进行气行了多光子电离和碎裂的实验研究［10］。丁酮分子量来调节。每幅质谱图为100次激光脉冲产生的在467

5、~488nm之间的共振多光子电离谱已有另信号累加平均的结果。文报道［11］，本文报道丁酮分子的多光子电离质谱的研究结果。3结果和讨论2实验图1是丁酮分子在波长为479nm处电离得到的多光子电离—飞行时间（MPI-TOF）质谱。主实验装置在文献［12］中已有介绍，在此仅作简要离子产物是C+（m／eE43）和（CH+2H3O3CH2✷收稿日期：2002-10-16基金项目：中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目基金（批准号：B001809）；石油大学（华东）博士科研基金资助（批准号：Y991802）作者简介：郭文跃（1965-），男，安

6、徽桐城人，石油大学（华东）应用物理系副教授，博士，主要从事分子和团簇的激光光谱学研究。E-mail：wyguo@mail.hdpu.edu.cn第20卷第2期郭文跃等：丁酮分子的多光子电离-离解机理139（m／eE29），CHO+的强度约为CHCH+的2~电离，即（n，3d）态的丁酮分子再吸收一个光子，233205倍，还有弱的CH+、CH+和CH+等离子。未能量就超过电离势而电离。丁酮分子（n0，3d）里22233见到母体离子CHCHCOCH+和亚稳区反应物德堡态不是快速离解或预离解态，里德堡态与离子323CHCHCO+。态的势能面结构相

7、似，电离截面大，在本实验的强32激光场下其电离速率远大于离解速率。同时，若丁酮分子的MPID产物由中间态离解的中性碎片再吸收光子电离产生，则与图3的分质量REMPI谱的结构相似的实验结果不符。因此，丁酮分子MPID顺序应是先电离再离解，丁酮分子MPID产物中未见到母体离子，说明了母体离子再激发—离解的速率很大。图2是丁酮分子在479nm处多光子电离的主要产物CHO+和CH+的信号强度与气压的双2325指数关系。用最小二乘法进行直线拟合，得到的斜率分别为0.95和0.90，都接近于1，因此在形成碎片离子过程中二次碰撞可以忽略。为了进一步认识

8、丁酮母体离子的离解机理，在479nm处测得了丁酮分子MPID的碎片离子Si强度和总离子强度S与激光强度I的双指数关T系，分别如图4（a）和（b）所示。用最小二乘法进行直线拟合得到的光强指数如表