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 Beschichtung lässt Muscheln abrutschen
18.08.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht PKW-Verglasung aus Plastik?
15.08.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen