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Massenspektrometer - Die Ionenquelle - Elektronenstoß-Ionisation

Einfluss der Elektronenenergie

Die Ausbeute der durch Elektronenstoß-Ionisation gebildeten Ionen und die erzeugten Massenspektren variieren stark bei einer Änderung der Energie der Stoßelektronen.

Für die Ionisation des Probenmoleküls ist die Energie ausreichend, die dem Ionisationspotenzial entspricht. Bis etwa 20eV ist die Ionenausbeute sehr klein, Massenspektren können also nur mit geringer Empfindlichkeit aufgenommen werden. Es überwiegt die Bildung von Molekülionen. Bei Erhöhung der Elektronenenergie wird eine deutliche Steigerung der Ionenausbeute beobachtet, bis bei etwa 70eV ein Maximum erreicht wird.

Abb.1
Abhängigkeit der Ionenausbeute von der Energie der Stoßelektronen

Deshalb wird diese Energie als Standardwert bei der Elektronenstoß-Ionisation verwendet. Geringe Schwankungen der Elektronenenergie, die bei experimentellen Untersuchungen auftreten können, haben bei diesem Wert keinen wesentlichen Einfluss auf die Ionenausbeute. Bei 70eV wird eine reproduzierbare Fragmentierung beobachtet.

Die zugeführte Überschussenergie führt zu einer Fragmentierung der Probenmoleküle. Die Fragmentierung tritt umso stärker auf, je höher die Energie der Stoßelektronen ist. Bestimmte Moleküle können auch vollständig zerfallen, die Massenspektren enthalten dann sehr viele Peaks und man beobachtet unter Umständen kein Molekülion. In diesem Fall kann man die molekulare Masse der Probe nur bestimmen, wenn man die Energie der Stoßelektronen absenkt oder indem weiche Ionisationsmethoden eingesetzt werden.

Durch die Aufnahme von Massenspektren mit unterschiedlicher Energie der Stoßelektronen kann das Ionisationspotenzial von Substanzen (näherungsweise) bestimmt werden. Einfach positiv geladene Molekülionen treten genau dann auf, wenn die Energie des Elektronenstrahls die Ionisationsenergie des Moleküls übersteigt. So ist es auch möglich, das Auftrittspotenzial für jedes Fragmention zu bestimmen. Dieser Wert entspricht der Summe aus Ionisationspotenzial und Energie für die Fragmentierung. Er kann zur Berechnung der Bildungswärme und der Bindungsdissoziationsenergie herangezogen werden.

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