355 nm激光光电离甲醛飞行时间质谱的研究

王燕; 姚志; 冯春雷; 刘佳宏; 丁洪斌

doi:10.7498/aps.61.013301

摘要

利用脉宽为5 ns脉冲Nd: YAG 355 nm激光在功率密度为10111012 W/cm2条件下实现了甲醛含水团簇多光子电离, 并用飞行时间质谱对其电离产物和电离过程进行了研究. 实验中观测到了甲醛的质子化团簇系列 (CH2O)nH+(n=14), 甲醛的去质子化团簇系列(CH2O)nCHO+ (n=13), 以及两个起源于H2CO去质子和质子化的含水团簇系列HCO+(H2O)n(n=1,3,5)和H3CO+(H2O)n(n=1,3,5), 并对其中的一些团簇结构构型进行了猜测. 研究在不同的激光功率密度下甲醛团簇质谱峰的变换情况, 当激光密度达到9.3 1011 W/cm2, 开始出现CH2O和H2O本体及其光致碎片的信号, 但对应的各质量峰没有明显地分辨开, 而是以包络的形式出现, 这是激光电离产生高能离子释放的一种表现, 提出认等离子体动力学鞘层加速机制(模型)来解释高能离子形成的物理机制.

关键词:

Abstract

Multiphoton ionization of formaldehyde hydrated clusters is studied by time-of-flight mass spectrometry using 5 ns, 355 nm Nd: YAG laser beam with a power intensity of 10111012 W/cm2. The main products including protonated formaldehyde cluster series (CH2O)nH+(n=1-4), deprotonated formaldehyde clusters series (CH2O)nCHO+ (n=1-3, and two series based on molecules originating from H2CO ( the deprotonated and protonated forms ), H3CO+(H2O)n(n=1, 3, 5) and HCO+(H2O)n(n=1,3,5) are observed, and the simple structures are gave for some clusters. The transformation of formaldehyde mass peak is studied in different laser power density conditions. We find the ion peaks of formaldehyde monomer and water molecle ar a laser intensity of about 9.3 1011 W/cm2. Those mass peaks exist in envelope form and cannot be resolved under our experiment condition. The simple dynamic plasma sheath accelerating model is proposed to explain the physical mechanism of the envelope phenomenon.

Keywords:

作者及机构信息

1.
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室, 大连理工大学物理与光电工程学院, 大连 116024;

2.
大连民族学院理学院, 大连 116024

基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10875023)、辽宁省科学基金(批准号: 20082168)、教育部科技重点项目(批准号: 108034)和教育部博士点基金(批准号: 20081411040)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams Ministry of Education, Dalian University of Technology School of Physics and Optoelectronic Technology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;

2.
College of Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116605, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10875023), the Science Foundation of Liaoning Province, China (Grant No. 20082168), the Research Foundation for Ministry of Education, China (Grant No. 108034), and the Specilized Research Found for the Doctoral Progrom of Higher Education of China (Grant No. 200801411040).

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