Analytische Ultrazentrifuge mit Absorptions- und Interferenzdetektor

• Fachliche Zuordnung: Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430159603

Die dispersen Eigenschaften von Partikeln, das bedeutet deren Größe, Form, Dichte, Oberfläche und optische Eigenschaften, definieren unmittelbar die Produkteigenschaften in einer Vielzahl von Anwendungen. Dieser als Eigenschaftsfunktion bezeichnete Zusammenhang ist für Industrie und Hochschule von grundlegender Bedeutung. Ein genauer Zugang zu den dispersen Eigenschaften ist unerlässlich, um Produkteigenschaften von Partikelsystemen im Sinne von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen charakterisieren und steuern zu können.Die analytische Ultrazentrifugation ist eine sehr leistungsfähige Methode, mittels derer auch komplexe und polydisperse Partikelsysteme in der Flüssigphase untersucht werden können. Die Verteilung von Partikeln und Makromolekülen wird als Funktion von Zeit und radialer Position in einem Zentrifugalfeld mit bis zu 250.000 g detektiert. Auf Basis dieser Daten werden die Sedimentations- und Diffusionskoeffizientenverteilungen bestimmt. Die hydrodynamischen Eigenschaften können wiederum mit der Partikelgröße, -masse, -form und -dichte korreliert werden. Mit dem beantragten Gerät werden zum einen interferometrische Messungen durchgeführt, sodass auch nicht-streuende und nicht-absorbierende Analyten untersucht werden können. Die Messungen erfolgen mit einer hohen zeitlichen und radialen Auflösung. Dies ist für die Untersuchung polydisperser Proben wichtig, da die partikelgrößenabhängige Sedimentation über die hohe Auflösung des Detektors kompensiert wird. Für Konzentrationsstudien werden wiederum die geringen Änderungen in den Sedimentationsfronten aufgelöst, sodass die Einflüsse der Nichtidealität untersucht werden können. Für Systeme in denen der Interferenzdetektor nicht eingesetzt werden kann, da die Probe beispielsweise nicht dialysiert werden kann oder die Einflüsse von Additiven auf das Messsignal nicht bestimmt werden können, wird auf den Absorptionsdetektor zurückgegriffen. Dieser kann simultan betrieben werden und ermöglicht es für Analyten zeitlich und räumlich aufgelöste Absorptions- bzw. Trübungsmessungen durchzuführen. Somit werden Analyten nicht nur anhand ihrer hydrodynamischen Eigenschaften, sondern auch mittels ihrer spektralen Eigenschaften unterschieden. Für langsam sedimentierende Analyten können mit Hilfe des Detektors mehrere Wellenlängen in aufeinanderfolgenden Messungen abgebildet werden, was globale Analysen ermöglicht. Der Absorptionsdetektor kann für Messungen im tiefen UV-Bereich eingesetzt werden und ist damit v.a. für Polymere, Proteine und Quantenpunkte von großer Bedeutung. Für viele Stoffsysteme ist es möglich beide Detektoren zu verwenden, sodass Experimente mittels globaler Modelle ausgewertet werden können.Das beantragte Gerät wird die Möglichkeiten der Partikelanalytik am Institut des Antragstellers signifikant erweitern. Hierdurch profitieren eine Vielzahl an universitären, nationalen und internationalen Kooperationspartnern, da das Gerät in zahlreiche Forschungsinitiativen eingebunden werden soll.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Analytische Ultrazentrifuge mit Absorptions- und Interferenzdetektor
• Gerätegruppe: 1210 Ultrazentrifugen (über 25.000 1/Min)
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert