In­ter­mo­le­ku­la­rer Zer­fall be­schützt Mo­le­kü­le vor Strah­len­schä­den durch Rönt­gen­strah­lung

Durch eine Kombination von experimentellen Daten und theoretischen Simulationen konnte nachgewiesen werden, dass bestimmte intermolekulare Zerfallsprozesse kleine organische Moleküle davor schützen, nach der Bestrahlung mit Röntgenstrahlung auseinanderzubrechen.

Die Bestrahlung von Molekülen mit Röntgenstrahlung hat in der Regel die Photoionisation von Kernnahen Elektronenschalen zur Folge. Dadurch entstehen so genannte Innerschalen-Löcher, die wiederum durch den Auger-Zerfall und die Emission eines weiteren Elektrons zerfallen. Das Molekül wird dadurch doppelt positiv geladen und zerbricht typischerweise durch die Coulomb-Abstoßung der beiden Ladungen.
In einem Experiment wurden nun die entstehenden Ionen gemessen, wenn sich kleine organische Moleküle in der Nähe von Wasser befinden. Dabei wurde beobachtet, dass einige Moleküle nicht zerbrechen, obwohl sie innerschalen-ionisiert wurden.
Theoretische Rechnungen von Kooperationspartnern der Uni Heidelberg konnten die dafür verantwortlichen Prozesse identifizieren. Es zeigt sich, dass in wässriger Umgebung statt des Auger-Zerfalls ein intermolekularer Coulomb-Zerfall auftritt, bei dem die zweite Ladung einem benachbarten Wasser-Molekül entstammt. Das Molekül wird also nicht doppelt geladen und vor der Fragmentation geschützt.

Oben: Ein innerschalen-ionisiertes Molekül ist nach dem Auger-Zerfall doppelt geladen und zerbricht daraufhin aufgrund der wirkenden Coulomb-Abstoßung. Unten: In wässriger Umgebung kann das zweite Elektron von einem benachbarten Wassermolekül emittiert werden und so dass organische Molekül geschützt werden.

Solche Prozesse spielen vermutlich eine Rolle in der Strahlungsbiologie, wenn biologisches Gewebe ionisierender Strahlung ausgesetzt wird.


 

A. Hans et al., The Journal of Physical Chemistry Letters 12 7146 (2021)
DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c01879

Dr. Andreas Hans
AGE – Spektroskopie