イオン化：物理的および化学的プロセスの基礎

イオン化（英: ionization）は、電荷的に中性な原子、分子、または塩が、正または負の電荷を帯びたイオンへと変化する現象、あるいはその操作を指します。物理学の文脈では電離とも呼ばれます。

物理学におけるイオン化

物理学的な視点では、原子や分子が外部からエネルギー（熱、電磁波、衝突など）を受け取り、電子を放出したり、逆に電子を取り込んだりする過程を指します。原子核のクーロン力によって束縛されている電子を軌道から引き剥がすために必要な最小限のエネルギーをイオン化エネルギーと呼びます。

電子が光子を吸収したり、他の粒子との衝突によって励起され、このイオン化エネルギーを超えると、電子は軌道を離れ、別の原子の軌道へ移動することがあります。この電子の移動により、電子を放出した原子は正電荷を帯びた陽イオンとなり、電子を受け取った原子は負電荷を帯びた陰イオンとなります。

化学におけるイオン化（解離）

化学の分野では、電解質が溶液中や融解状態で陽イオンと陰イオンに分かれる現象を解離と呼びます。極性溶媒中では、溶媒分子がイオンを取り囲む「溶媒和」が起こるため、気相中よりもイオンが安定して存在しやすくなります。

イオン化の安定性と電子配置

原子は、最外殻電子が満たされた状態（閉殻構造やオクテット則）において最も安定します。典型元素のイオン化は、この安定した電子配置を目指して電子の授受が行われる過程です。例えば、アルカリ金属は電子を1つ放出して陽イオンになることで安定し、ハロゲンは電子を1つ受け取って陰イオンになることで安定します。

質量分析における応用

質量分析法では、試料をイオン化させるために様々な手法が用いられます。手法は大きく分けて以下の2つに分類されます。

• ハードイオン化法：電子衝撃法のように、分子に高いエネルギーを与えてイオン化させる手法。分子のフラグメンテーション（断片化）が起こりやすい。
• ソフトイオン化法：マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（MALDI）のように、分子の断片化を抑えつつイオン化させる手法。