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{{要改訳}}'''ペニングイオン化'''（{{lang-en|Penning ionization}}）は[[化学イオン化]]の一種であり、[[中性子|中性原子]]または[[分子]]間の反応を伴う[[イオン化]][[プロセス (曖昧さ回避)|プロセス]]である。<ref name="pmid171556242">{{cite journal|last1=Arango|first1=C. A.|last2=Shapiro|first2=M.|last3=Brumer|first3=P.|year=2006|title=Cold atomic collisions: coherent control of penning and associative ionization|journal=Phys. Rev. Lett.|volume=97|issue=19|pages=193202|arxiv=physics/0610131|bibcode=2006PhRvL..97s3202A|doi=10.1103/PhysRevLett.97.193202|pmid=17155624}}</ref><ref name="pmid170168312">{{cite journal|last1=Hiraoka|first1=K.|last2=Furuya|first2=H.|last3=Kambara|first3=S.|last4=Suzuki|first4=S.|last5=Hashimoto|first5=Y.|last6=Takamizawa|first6=A.|year=2006|title=Atmospheric-pressure Penning ionization of aliphatic hydrocarbons|journal=Rapid Commun. Mass Spectrom.|volume=20|issue=21|pages=3213–22|doi=10.1002/rcm.2706|pmid=17016831}}</ref> 

ペニング効果は、ランプの電気的特性を改善するためにランプに[[ペニングガス]]を充填する[[ネオン管]]や[[蛍光灯]]などで実用化されている。

== 歴史 ==
このプロセスは、1927年に最初に報告した[[オランダ]]の物理学者であるF. M. Penningにちなんで命名された。

ペニングは、希ガスの放電の調査を継続するために、[[アイントホーフェン]]のPhilips Natuurkundig Laboratoriumで働き始めた。その後、彼は陽イオンと準安定原子による金属表面からの電子放出、特に準安定原子によるイオン化に関連する効果の測定を始めた<ref>{{Cite journal|last=Penning|first=F. M.|year=1927|title=Über Ionisation durch metastabile Atome|journal=Die Naturwissenschaften|volume=15|issue=40|page=818|language=German|bibcode=1927NW.....15..818P|doi=10.1007/bf01505431}}</ref>。   

== 反応 ==
ペニングイオン化とは、電子励起状態にある中性原子、分子が他の原子や分子と衝突することで起こるイオン化のことであり、衝突の結果、分子がイオン化され、カチオンM <sup>+　</sup>生成され、電子E <sup>- 、</sup>および中性ガス分子、G、基底状態で ペニング電離は、高エネルギー電子を排出することによって、カチオン種の形成に向けて進化し、複雑な高エネルギー衝突の形成を介して起こる<ref>{{Cite journal|last=Falcinelli|first=Stefano|last2=Candori|first2=Pietro|last3=Bettoni|first3=Marta|last4=Pirani|first4=Fernando|last5=Vecchiocattivi|first5=Franco|year=2014|title=Penning Ionization Electron Spectroscopy of Hydrogen Sulfide by Metastable Helium and Neon Atoms|journal=The Journal of Physical Chemistry A|volume=118|issue=33|pages=6501–6506|language=en|bibcode=2014JPCA..118.6501F|doi=10.1021/jp5030312|pmid=24796487}}</ref>。  

: ペニングイオン化は次式のようにあらわされる。[[ファイル:Penning_ionization.jpg|リンク=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Penning_ionization.jpg|サムネイル|励起分子と標的分子間のイオン化相互作用のプロセス]]<chem>{A^\ast} + B -> {A} + {B^{+}} + {{\it{e}^-}}</chem> 
ここで、{{math|A{{sup|*}}}}は{{math|A}}の電子励起状態、{{math|B}}は原子あるいは分子、''{{mvar|e}}'' は電子である。

{{math|B}}にペニングイオン化が起こるためには、{{math|A{{sup|*}}}}の励起エネルギー{{math|(E_m)}}が{{math|B}}のイオン化エネルギーより高くなければならない<ref>{{Cite journal|和書|last=奨|first=藤巻|last2=寛子|first2=古屋|last3=静香|first3=神原|last4=賢三|first4=平岡|date=2004|title=ガス分析用大気圧ペニングイオン源の開発|url=https://doi.org/10.5702/massspec.52.149|journal=Journal of the Mass Spectrometry Society of Japan|volume=52|issue=3|pages=149–153|publisher=日本質量分析学会|doi=10.5702/massspec.52.149}}</ref>。

ペニングイオン化は、ターゲット分子の[[イオン化エネルギー|イオン化ポテンシャル]]が励起状態の原子または分子の励起エネルギーよりも低い場合に発生。 

== バリエーション ==
衝突する粒子の全電子励起エネルギーが十分である場合、一緒に結合した2つの粒子の結合エネルギーも、結合ペニングイオン化作用に寄与することができ  <ref>{{Cite journal|last=Jones|first=D. M.|last2=Dahler|first2=J. S.|date=April 1988|title=Theory of associative ionization|journal=[[Physical Review A]]|volume=37|issue=8|pages=2916–2933|bibcode=1988PhRvA..37.2916J|doi=10.1103/PhysRevA.37.2916|pmid=9900022}}</ref> <ref>{{Cite journal|last=Cohen|first=James S.|date=1976|title=Multistate curve-crossing model for scattering: Associative ionization and excitation transfer in helium|journal=Physical Review A|volume=13|issue=1|pages=99–114|bibcode=1976PhRvA..13...99C|doi=10.1103/PhysRevA.13.99}}</ref> また結合性ペニング電離も発生する可能性がある。 

: <chem>{G^\ast} + M -> {MG^{+\bullet}} + e^-</chem>

表面ペニングイオン化（オージェ脱励起）とは、励起状態のガスと表面Sの相互作用を指し、電子の放出をもたらしている。 

: <chem>{G^\ast} + S -> {G} + {S} + e^-</chem><chem>{G^\ast} + S -> {G} + {S} + e^-</chem>

== 用途 ==

=== 電子分光 ===
ペニング電離がペニング電離電子分光法'''（PIES）'''のために適用された[[ガスクロマトグラフィー|ガスクロマトグラフィー反応]] {{Sup|*}}を使用またはNE{{Sup|*}}によって検出器におけるグロー放電するが <ref name="pmid17016831">{{Cite journal|last=Hiraoka|first=K.|last2=Furuya|first2=H.|last3=Kambara|first3=S.|last4=Suzuki|first4=S.|last5=Hashimoto|first5=Y.|last6=Takamizawa|first6=A.|year=2006|title=Atmospheric-pressure Penning ionization of aliphatic hydrocarbons|journal=Rapid Commun. Mass Spectrom.|volume=20|issue=21|pages=3213–22|doi=10.1002/rcm.2706|pmid=17016831}}</ref> <ref name="Yoshiya1990">{{Cite journal|last=Harada|first=Yoshiya|year=1990|title=Penning ionization electron spectroscopy of organic molecules: stereochemistry of molecular orbitals|journal=Pure Appl. Chem.|volume=62|issue=3|pages=457–462|doi=10.1351/pac199062030457}}</ref> 放出された電子の運動エネルギーは、ターゲット（気体または固体）と準安定原子との衝突によって分析され、弱い磁場の存在下でアナライザーのフライトチューブ内の遅延場をスキャンする反応によって  <ref>{{Cite journal|last=Yoshihiro|first=Y.|last2=Hideyasu|first2=T.|last3=Ryo|first3=M.|last4=Hideo|first4=Y.|last5=Fuminori|first5=M.|last6=Koichi|first6=O.|year=200|title=A highly sensitive electron spectrometer for crossed-beam collisional ionization: A retarding-type magnetic bottle analyzer and its application to collision-energy resolved Penning ionization electron spectroscopy|journal=Review of Scientific Instruments|volume=71|issue=3|pages=3042–49|bibcode=2000RScI...71.3042Y|doi=10.1063/1.1305819}}</ref> 生成された電子の運動エネルギーEは次の式で決定される。 

: <math>E = E_\text{m} + IE</math>

E {{Sub|m}}とIEはどちらもHe {{Sup|*}}エネルギーと種のイオン化エネルギーの原子定数または分子定数であるため、ペニングイオン化電子エネルギーは実験条件やその他の種に依存ぜず <ref name="pmid17016831">{{Cite journal|last=Hiraoka|first=K.|last2=Furuya|first2=H.|last3=Kambara|first3=S.|last4=Suzuki|first4=S.|last5=Hashimoto|first5=Y.|last6=Takamizawa|first6=A.|year=2006|title=Atmospheric-pressure Penning ionization of aliphatic hydrocarbons|journal=Rapid Commun. Mass Spectrom.|volume=20|issue=21|pages=3213–22|doi=10.1002/rcm.2706|pmid=17016831}}</ref> 有機固体に適用されるペニングイオン化電子分光法。 これにより、個々の分子軌道の局所電子分布の研究が可能になり、最表面層の外側に露出。 <ref>{{Cite journal|last=Harada|first=Yoshiya|last2=Ozaki|first2=Hiroyuki|year=1987|title=Penning Ionization Electron Spectoscopy: Its Application to Surface Characterization of Organic Solids|journal=Jpn. J. Appl. Phys.|volume=26|issue=8|pages=1201–1214|bibcode=1987JaJAP..26.1201H|doi=10.1143/JJAP.26.1201}}</ref> 

=== 質量分析 ===
グロー放電質量分析やリアルタイムの質量分析での直接分析を含む複数の質量分析技術<ref>{{Cite journal|last=Gross|first=J. H.|year=2014|title=Direct analysis in real time --- a critical review on DART-MS|journal=Anal Bioanal Chem|volume=406|pages=63–80|doi=10.1007/s00216-013-7316-0|pmid=24036523}}</ref> 、ペニングイオン化に依存。 

グロー放電質量分析法は、固体試料中の微量元素を直接測定するが直接電子衝撃イオン化とペニングイオン化の2つのイオン化メカニズムで発生しグロー放電に固有のプロセス、すなわちペニングイオン化と組み合わせたカソードスパッタリングは、半定量的な結果を直接取得できるイオン集団を生成する。 <ref>{{Cite journal|last=King|first=F. L.|last2=Teng|first2=J.|last3=Steiner|first3=R. E.|year=1995|title=Special feature: Tutorial. Glow discharge mass spectrometry: Trace element determinations in solid samples|journal=Journal of Mass Spectrometry|volume=30|issue=8|pages=1060–1075|bibcode=1995JMSp...30.1061K|doi=10.1002/jms.1190300802}}</ref> 

== 関連項目 ==
* [[ペニングガス]]
* [[化学イオン化]] 

== 脚注 ==
{{Reflist}}

== 外部リンク ==
* 平岡賢三、「[[doi:10.5702/massspec.S17-08|ペニングイオン化を源流とする気相イオン化法]]」『Journal of the Mass Spectrometry Society of Japan』 2017年 65巻 3号 p.107-113, {{doi|10.5702/massspec.S17-08}}, 日本質量分析学会
* ABDUREYIM Abuduaini, 「[[hdl:10623/60924|ペニングイオン化電子分光による有機薄膜の分析]]」『新潟産業大学経済学部紀要』 2016年 46巻 p.53-70, 新潟産業大学附属東アジア経済文化研究所

{{DEFAULTSORT:へにくいおんか}}
[[Category:イオン]]