Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gelöstes Eisen – mit vergleichbaren Eigenschaften wie ein Festkörper

06.07.2012
HZB-Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, um in Flüssigkeit gelöste Metall-Ionen besser untersuchen zu können – Fortschritt für die Katalysatorforschung

Wissenschaftler am HZB haben die neue Methode – die „Inverse Partial Fluorescence Yield“ (iPFY) – entwickelt, mit der sie die Absorption von Röntgenstrahlung in einem Flüssigkeitsstrahl messen können, der sich frei durch ein Vakuum bewegt.


Gelöste Metall-Ionen lassen sich mithilfe der weichen Röntgenstrahlung untersuchen. In dem freien Flüssigkeitsstrahl im Vakuum befindet sich zusätzlich zu den Metall- Ionen Sauerstoff, der durch die Bestrahlung mit Röntgenlicht leuchtet und die Absorption der Metall-Ionen beeinflusst. Daraus können Forscher die Absorptionsstärke der Metall- Ionen berechnen und Rückschlüsse auf ihre elektronische Struktur ziehen.
Abb.: HZB

Solche Untersuchungen sind für die Strukturanalyse von Substanzen erforderlich, die in der Flüssigkeit gelöst sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Metall-Ionen handeln, die als Bestandteil von Proteinen Katalysatoren biochemischer Reaktionen in Zellen sind.

Bisher konnten die Analysen nur erfolgen, wenn sich die Flüssigkeit zwischen zwei Membranen befand. Die dabei auftretenden, störenden Wechselwirkungen sind beim freien Flüssigkeitsstrahl im Vakuum ausgeschlossen.

Ihre neue Methode haben die Forscher um Prof. Dr. Emad Aziz, Gruppenleiter der Nachwuchsgruppe Struktur und Dynamik funktionaler Materialien am HZB, bereits erfolgreich zur Strukturmessung von Eisen-Ionen eingesetzt. Die Ergebnisse sind jetzt im Journal of Physical Chemistry Letters veröffentlicht worden (DOI: 10.1021/jz300403n).

In ihrer Studie haben die HZB-Forscher in Wasser gelöste Eisen-Ionen mit Hilfe der vom Elektronenspeicherring BESSY II bereitgestellten weichen Röntgenstrahlung untersucht. Dazu bestrahlten sie einen Flüssigkeitsstrahl des Wassers im Vakuum. Die Untersuchungen hat Malte Gotz durchgeführt, der im Rahmen des Projekts seine Masterarbeit angefertigt hat: „Wir haben die Stärke der Absorption und der Energie dieser Röntgenstrahlung gemessen“, sagt er: „Daraus konnten wir konkrete Rückschlüsse auf die elektronische Struktur des untersuchten Materials im Wasser, der Eisen-Ionen ziehen.“ Die HZB-Forscher nutzten für die Messungen eine neue Herangehensweise, um die Absorption zu bestimmen, erklärt Gotz: „Wichtig ist ein weiteres chemisches Element, nämlich Sauerstoff, der sich zusätzlich zu den Eisen-Ionen im Flüssigkeitsstrahl befindet. Wird der Sauerstoff im Wasser mit Röntgenlicht bestrahlt und dadurch verändert, so sendet er für einen kurzen Zeitraum nach der Bestrahlung selbst Licht aus. Das kann man mit einem im Dunkeln leuchtenden Uhrzeiger vergleichen.“
Die ausgesendete Strahlung ist umso stärker, je stärker die einfallende Strahlung ist. Wird diese nun durch die Absorption eines anderen Materials – in diesem Fall Eisen-Ionen – reduziert, so drückt sich das direkt in der Reduktion der vom Sauerstoff ausgesandten Strahlung aus. „So können wir die Absorptionsstärke der Eisen-Ionen messen“, sagt Gotz.

Die Messungen sind am freien Flüssigkeitsstrahl besonders exakt, wie Arbeitsgruppenleiter Emad Aziz betont: „Der Vorteil unseres Verfahrens ist, dass wir im freien Flüssigkeitsstrahl nur die Flüssigkeit selbst – ohne Wechselwirkung mit einem Behälter – und eine ständig frische Probe messen.“ Dabei stellten die Wissenschaftler so etwas wie ein Leuchten der Probe mit einer unerwarteten Farbe fest. Sie fanden heraus, dass bei den Eisen-Ionen, die in der Flüssigkeit einzeln vorliegen, aufgrund der Wechselwirkung mit der Lösung sogenannte Coster-Kroenig-Zerfallsketten möglich sind, die sonst aus Eisen in fester Form bekannt sind. Aziz: „Daraus konnten wir schlussfolgern, dass die Ionen stärker mit Wasser interagieren als bisher gedacht.“

Eine wichtige Erkenntnis, die neue Rückschlüsse auf die Struktur und Funktion von Eisen und anderen Übergangsmetallen wie Kobalt, Mangan oder Kupfer ermöglicht: Die Metalle dienen in Ionenform an den verschiedensten Orten als Katalysatoren chemischer Reaktionen und erfüllen biologische Schlüsselfunktionen – beispielsweise Eisen beim Sauerstofftransport in Blut. Neue, detaillierte Erkenntnisse über Struktur und Funktion dieser Katalysatoren sind in der Wissenschaft deshalb hochwillkommen.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Emad F. Aziz
Gruppenleiter der Nachwuchsgruppe Struktur und Dynamik funktionaler Materialien
Tel.: +49 (0)30‐8062‐15003
emad.aziz@helmholtzberlin.de

Malte Gotz
Nachwuchsgruppe Funktionale Materialien in Flüssigkeiten
malte.gotz@helmholtzberlin.de

Pressestelle
Dr. Ina Helms
Tel.: +49 (0)30‐8062‐42034
Fax: +49 (0)30‐8062‐42998
ina.helms@helmholtzberlin.de

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Fjz300403n
http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=13536&sprache=de&typoid

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung
14.12.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Warum Teige an Oberflächen kleben
14.12.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten