Étude par spectrométrie de résonance cylclotronique ionique de réactions et relaxations d'ions à énergie de collision thermique
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
A new type of Ion Cyclotron Resonance spectrometer (tricyclotron) constructed to study reactions and relaxations of ions at thermal energies is presented. In this multistage ICR spectrometer, the production of the ions, their relaxation and their reactions and detection are time and space separated. In this work, we have in a first step perfected the apparatus and in a second one developed experimental procedures for two kinds of studies:Energy dependence of ion reactivity: The following systems, NH₃⁺ (X. V) + CH₃ OH, O⁺ + H₂O and N₂ ⁺(X. V) + N₂O, have been studied either as a function of internal energy or kinetic energy. Radiative relaxation of vibrationally excited positive ions in their electronic ground state: Using the chemical ion monitor technique to probe the ion internal energy, we developed an experimental method intended to measure the radiative lifetimes of positive ions. The first results obtained to diatomic ions are presented and discussed: NO⁺ (95 ms for v=1, 45 ms for v= 2), HCl⁺ (3 ms for v= 1) and DCl⁺ + (11 ms for v=1). The astrophysically important HCO⁺ triatomic ion has been investigated, and lifetimes of 35 ms, 12 ms and 4 ms have been measured for the three first vibrational leveIs of the C-O stretching mode. It is aIso shown that the bending mode has a very long lifetime (π ≃500 ms for v=1). Our results show also that if there is no collision, there is no coupling between the different vibrational modes of HCO ⁺ for internal energies up to 0. 7 eV. The present work has for the first time permitted the comparison of ab initio calculation results with experimental data for positive ions.
Abstract FR:
Un spectromètre de Résonance Cyclotronique Ionique à trois étages (tricyclotron) conçu pour l'étude des réactions et des relaxations d'ions à énergie thermique est présenté. Cet appareil original permet de séparer, dans l'espace et dans le temps, la préparation des ions, leur éventuelle relaxation, leurs réactions et leur détection. Le présent travail porte sur la mise au point de cet appareil et sur le développement des procédures expérimentales qui ont permis d'étudier:La réactivité en fonction de l'énergie: les systèmes, NH ₃⁺ (X. V) + CH₃OH, O⁺ (²P. ²D. ⁴S) + H₂ O et N₂⁺ (X. V) + N₂ O, ont été étudiés soit en fonction de l’énergie interne, soit en fonction de l’énergie cinétique des ions. La relaxation radiative d'ions positifs vibrationnellement excités dans l'état électronique fondamental: Utilisant la méthode chimique de l'ion moniteur pour sonder l'énergie interne de l'ion, nous présentons une technique expérimentale pour mesurer la durée de vie radiative d'ions positifs. Nous donnons les premiers résultats obtenus pour des ions diatomiques: NO⁺ (95 ms pour le niveau v=1, 45 ms pour v=2), HCl⁺ (3 ms pour v=1) et DCl⁺+ (11ms pour v=1). En ce qui concerne l'ion triatomique HCO⁺, important en astrophysique, nous avons mesuré des durées de vie radiatives de 35 ms, 12 ms et 4 ms pour les trois premiers niveaux vibrationnels de l'élongation C-O. Nous avons aussi montré que le mode pliage a une durée de vie très longue (π ≃ 500 ms pour le niveau v=1). Nos résultats montrent aussi qu'en l'absence de collisions il n'y a pas de couplage entre les différents modes de vibration de HCO⁺ pour des énergies internes inférieures à 0. 70 eV. Nos mesures ont permis de confronter pour la première fois résultats de calculs ab initio et valeurs expérimentales pour des ions positifs.