Elektroneneinfallsion

Elektroneneinfallsion, auch Elektronenstoßionisation genannt, ist ein Ionisationsprozess, bei dem ein freies Elektron mit hoher kinetischer Energie auf ein Atom oder Molekül trifft und mindestens ein Elektron aus dem Ziel herausschlägt. Dabei entsteht ein positiv geladenes Ion und ein weiteres Elektron. Der Prozess tritt vor allem in der Gasphase auf und spielt eine zentrale Rolle in der Analytik, Plasmaphysik und Materialforschung.

Mechanismus und Merkmale: Das einfallende Elektron überträgt Energie und Impuls auf das Ziel. Überschreitet die Energie die Ionisationsenergie des Ziels, wird ein Elektron aus dem Bindungszustand entfernt, und ein Ion entsteht. Bei höheren Energiezufuhren können zusätzlich weitere Elektronen entfernt oder das Molekül fragmentieren, sodass verschiedene Ionenfragmente entstehen. Der Ionisationsquerschnitt hängt stark von der Energie des einfallenden Elektrons und von der chemischen Struktur ab.

Theoretische Orientierung und Messgrößen: In groben Zügen lässt sich der Prozess durch Theorien wie das Born- oder Binary-Encounter-Modell beschreiben; bei höheren Energien liefert die Bethe-Theorie annähernd eine logarithmische Abhängigkeit des Querschnitts. Praktisch bestimmt der Ionisationsquerschnitt, wie wahrscheinlich die Ionisation bei einer bestimmten Energie ist, und beeinflusst die Intensität der erzeugten Ionen in Mess- oder Reaktionssystemen.

Anwendungen und Bedeutung: Die Elektroneneinfallsion ist die klassische Ionisationsquelle in der Massenspektrometrie (EI-MS) und wird in der Plasmaphysik, Vacuum-Technologie und der Oberflächenanalytik genutzt. Vorteile sind reproduzierbare Fragmentierungsmuster, während komplexe Spektren eine sorgfältige Analyse erfordern.

Beispiele und Grenzen: Die ersten Ionisationsenergien liegen typischerweise im Bereich mehrerer zehn Elektronenvolt (je nach Substanz). Aufgrund der Fragmentierung ergeben sich oft zahlreiche Ionenfragmente statt eines einzigen Tochterions.