Spektroskopi resonansi-ionisasi
Resonansi-ionisasi spektroskopi (RIS) adalah metode pengukuran analitik yang sangat sensitif dan sangat selektif. Ini menggunakan laser untuk mengeluarkan elektron dari jenis atom atau molekul tertentu, membelah spesies netral menjadi ion positif dan elektron bebas dengan muatan negatif. Ion atau elektron tersebut kemudian dideteksi dan dihitung dengan berbagai cara untuk mengidentifikasi elemen atau senyawa dan menentukan konsentrasinya dalam sampel. Metode RIS berasal dari tahun 1970-an dan sekarang digunakan dalam semakin banyak aplikasi untuk memajukan pengetahuan dalam fisika, kimia, dan biologi. Ini diterapkan dalam berbagai sistem pengukuran praktis karena ia menawarkan keuntungan gabungan selektivitas tinggi antara berbagai jenis atom dan sensitivitas pada tingkat satu atom.
Aplikasi penghitung atom sederhana termasuk studi fisik dan kimia dari populasi atom yang ditentukan. Sistem yang lebih maju menggabungkan berbagai bentuk spektrometer massa, yang menawarkan fitur tambahan selektivitas isotop. Sistem RIS yang lebih rumit ini dapat digunakan, misalnya, hingga saat ini bahan bulan dan meteorit, mempelajari air tanah tua dan lapisan es, mengukur output neutrino Matahari, menentukan elemen jejak dalam bahan kelas elektronik, mencari sumber daya seperti minyak, emas, dan platinum, mempelajari peran elemen dalam kedokteran dan biologi, menentukan struktur DNA, dan mengatasi sejumlah masalah lingkungan.
Proses ionisasi
Pertimbangan energi dasar
Pemahaman dasar tentang struktur atom diperlukan untuk mempelajari ionisasi resonansi (lihat di atas Struktur atom dasar). Kecuali jika atom mengalami pengaruh eksternal, itu akan berada dalam keadaan energi terendah (keadaan dasar) di mana elektron secara sistematis mengisi semua orbit dari yang terdekat dengan nukleus ke beberapa orbit yang lebih besar yang mengandung elektron terluar (valensi). Elektron valensi dapat dipromosikan ke orbit yang lebih jauh dari nukleus jika ia menyerap foton. Untuk memulai eksitasi, foton harus memiliki energi yang terletak dalam kisaran yang sangat sempit, karena energi semua orbit yang mengelilingi inti, termasuk yang tidak terisi, ditentukan dengan ketat oleh mekanika kuantum. Setiap elemen memiliki tingkat energi yang unik, yang merupakan dasar untuk spektroskopi emisi dan spektroskopi penyerapan. Ionisasi atom terjadi ketika sebuah elektron dilucuti sepenuhnya dari atom dan dikeluarkan ke dalam rangkaian ionisasi. Kesenjangan antara energi yang dimiliki oleh atom dalam keadaan dasarnya dan tingkat energi di tepi kontinum ionisasi adalah potensi ionisasi.
Energi foton yang digunakan dalam ionisasi resonansi (stepwise) suatu atom (atau molekul) terlalu rendah untuk mengionisasi atom langsung dari keadaan dasarnya; dengan demikian setidaknya dua langkah digunakan. Penyerapan pertama adalah proses resonansi seperti diilustrasikan dalam contoh pada Gambar 14, dan ini menjamin bahwa ionisasi tidak akan diamati kecuali laser disetel ke atom — yaitu, beroperasi pada panjang gelombang yang sesuai. Mekanika kuantum tidak membatasi energi elektron bebas dalam kontinum, sehingga foton dari energi minimum dapat diserap untuk menyelesaikan proses resonansi-ionisasi.
Dengan laser berdenyut tertentu, proses RIS dua-foton dapat jenuh sehingga satu elektron dihapus dari setiap atom dari jenis yang dipilih. Selanjutnya, detektor ionisasi dapat digunakan untuk merasakan satu elektron atau ion positif. Oleh karena itu, atom individu dapat dihitung. Dengan memanfaatkan teknologi laser merdu untuk menerapkan berbagai skema RIS, layak untuk mendeteksi hampir setiap atom dalam tabel periodik. Kombinasi fitur selektivitas, sensitivitas, dan generalisasi membuat RIS cocok untuk berbagai macam aplikasi.
