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 Unerwartetes Materialverhalten: Vom 2D-Kristall zum 1D-Draht
29.01.2020 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Schnellster hochpräziser 3D-Drucker
28.01.2020 | 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: Struktur und Funktion von Lichtrezeptor bei Cyanobakterien aufgeklärt

Chemie: Veröffentlichung in PNAS

Bestimmte Proteine dienen Pflanzen und auch Cyanobakterien als Lichtrezeptoren. Das Team des Center for Structural Studies (CSS) der Heinrich-Heine-Universität...

Im Focus: Protein pores packed in polymers make super-efficient filtration membranes

A multidisciplinary team of engineers and scientists has developed a new class of filtration membranes for a variety of applications, from water purification to small-molecule separations to contaminant-removal processes, that are faster to produce and higher performing than current technology. This could reduce energy consumption, operational costs and production time in industrial separations.

Led by Manish Kumar, associate professor in the Cockrell School of Engineering at The University of Texas at Austin, the research team describes their new...

Im Focus: Schnellster hochpräziser 3D-Drucker

3D-Drucker, die im Millimeterbereich und größer drucken, finden derzeit Eingang in die unterschiedlichsten industriellen Produktionsprozesse. Viele Anwendungen benötigen jedoch einen präzisen Druck im Mikrometermaßstab und eine deutlich höhere Druckgeschwindigkeit. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein System entwickelt, mit dem sich in bisher noch nicht erreichter Geschwindigkeit hochpräzise, zentimetergroße Objekte mit submikrometergroßen Details drucken lassen. Dieses System präsentieren sie in einem Sonderband der Zeitschrift Advanced Functional Materials. (DOI: 10.1002/adfm.201907795).

Um nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Zuverlässigkeit ihres Aufbaus zu demonstrieren, haben die Forscherinnen und Forscher eine 60 Kubikmillimeter...

Im Focus: Wie man ein Bild von einem Lichtpuls macht

Um die Form von Lichtpulsen zu messen, brauchte man bisher komplizierte Messanlagen. Ein Team von MPI Garching, LMU München und TU Wien schafft das nun viel einfacher.

Mit modernen Lasern lassen sich heute extrem kurze Lichtpulse erzeugen, mit denen man dann Materialien untersuchen oder sogar medizinische Diagnosen erstellen...

Im Focus: Ein ultraschnelles Mikroskop für die Quantenwelt

Was in winzigen elektronischen Bauteilen oder in Molekülen geschieht, lässt sich nun auf einige 100 Attosekunden und ein Atom genau filmen

Wie Bauteile für künftige Computer arbeiten, lässt sich jetzt gewissermaßen in HD-Qualität filmen. Manish Garg und Klaus Kern, die am Max-Planck-Institut für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

HDT-Tagung: Sensortechnologien im Automobil

24.01.2020 | Veranstaltungen

Tagung befasst sich mit der Zukunft der Mobilität

22.01.2020 | Veranstaltungen

ENERGIE – Wende. Wandel. Wissen.

22.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Intelligentes Robotersystem an der TU Bergakademie Freiberg verbessert Trinkwasserkontrolle in Binnengewässern

29.01.2020 | Informationstechnologie

Struktur und Funktion von Lichtrezeptor bei Cyanobakterien aufgeklärt

29.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Unerwartetes Materialverhalten: Vom 2D-Kristall zum 1D-Draht

29.01.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics