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Große Geräte für große Taten

Drei neue Großgeräte zur Materialcharakterisierung werden an der TU Wien eingeweiht. Sie dienen der interdisziplinären Forschung und sollen von verschiedenen Forschungsgruppen genutzt werden können.

H. Danninger, E. Frei, S. Straubinger, J. Fröhlich, S. Seidler, A. Foelske-Schmitz, B. Lendl, C. Hametner (v.l.n.r.) [1]

H. Danninger, E. Frei, S. Straubinger, J. Fröhlich, S. Seidler, A. Foelske-Schmitz, B. Lendl, C. Hametner (v.l.n.r.) [1]

H. Danninger, E. Frei, S. Straubinger, J. Fröhlich, S. Seidler, A. Foelske-Schmitz, B. Lendl, C. Hametner (v.l.n.r.) [1]

H. Danninger, E. Frei, S. Straubinger, J. Fröhlich, S. Seidler, A. Foelske-Schmitz, B. Lendl, C. Hametner (v.l.n.r.) [1]

Das neue Gerät für die Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie

Das neue Gerät für die Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie

Das neue Gerät für die Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie

Das neue Gerät für die Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie

AFM-SNOM-Raman

AFM-SNOM-Raman

AFM-SNOM-Raman

AFM-SNOM-Raman

Hochfeld-Kernresonanzspektrometer

Hochfeld-Kernresonanzspektrometer

Hochfeld-Kernresonanzspektrometer

Hochfeld-Kernresonanzspektrometer

Mit Papier und Bleistift alleine kommt man in den technischen Wissenschaften nicht weit. Um in der Forschung mit der internationalen Spitze mithalten zu können, braucht man eine hervorragende Geräteausstattung. Die TU Wien verfügt bereits über zahlreiche, hochmoderne Großgeräte, drei weitere aus dem Bereich der Spektroskopie für die chemische und physikalische Analyse kommen nun dazu. Ein spezielles Rasterkraft-Nahfeld-Raman-Mikroskop, ein Röntgenphotoelektronen-Spektrometer und ein Kernresonanz-Spektrometer werden am 19. Mai feierlich eingeweiht.

Teure Geräte gemeinsam nutzen
„Mit hochkomplexen Forschungsinstrumenten kann nur in optimaler Laborumgebung und durch Experten-Betreuung der für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler maximale Nutzen gezogen werden“, betont der Vizerektor für Forschung Prof. Johannes Fröhlich. Daher wurden an der TU Wien mit den „Forschungsgerätezentren“ Strukturen geschaffen, die eine Nutzung der Messgeräte auf höchstem Niveau gewährleisten sollen. Das Rasterkraft-Nahfeld-Raman-Mikroskop und das Röntgenphotoelektronen-Spektrometer werden vom „Analytical Instrumentation Center“ (AIC) verwaltet, das neue Kernresonanz-Spektrometer ist dem NMR-Zentrum der TU Wien zugeordnet.
Die Chemikerin Annette Foelske-Schmitz leitet das AIC. Sie forschte selbst an der Universität Düsseldorf und am Paul Scherrer Institut in der Schweiz. „Die Geräteausstattung der TU Wien ist im Bereich der physikalisch-chemischen Analytik hervorragend“, sagt Foelske-Schmitz. „Meine Aufgabe ist es, dafür zu sorgen, dass das so bleibt, dass im Lauf der Zeit weiterhin die nötigen Erweiterungen vorgenommen werden und dass die Geräte instituts- und fakultätsübergreifend genutzt werden.“

XPS – die Chemie der Oberfläche
Zu einer der stärksten Methoden auf dem Gebiet der Oberflächenanalytik zählt die Röntgenphotoelektronenspektroskopie. Röntgenstrahlen treffen auf eine Oberfläche und lösen Elektronen aus ihren Atomen heraus. Die Elektronen, die  das Material verlassen, werden so detektiert, dass dabei ihre Geschwindigkeit bestimmt wird. Aus der Energie der Einfallenden Röntgenstrahlen und der Geschwindigkeit der Elektronen lässt sich berechnen, wie fest die Elektronen an das Atom gebunden waren. Daraus kann man ablesen, um welche Atome es sich handelt.

Diese Methode gibt daher Aufschluss über die chemische Zusammensetzung des Materials. Weil nur die Elektronen aus den oberflächennahen Bereichen das Material verlassen können, lässt sich so ganz spezifisch die äußerste Schicht eines Materials untersuchen, ohne dass die Messung durch tieferliegende Atome aus dem Materialinneren verfälscht wird. Man verwendet die Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie für vielfältige Fragestellungen aus den Bereichen der Oberflächentechnik, wie z.B der Tribologie, Katalyse oder Halbleitertechnologie.

AFM-SNOM-Raman – Der Fingerabdruck der Moleküle
Das zweite Messgerät, das die Ausstattung des AIC nun ergänzen wird, besteht aus einer in Österreich einmaligen Gerätekombination. Das Herzstück ist ein mit vier Lasern ausgestattetes, konfokales Raman Mikroskop, das außerdem mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) sowie der Option zur optischen Nahfeldmikroskopie (SNOM) ausgerüstet ist. Bei der Raman Spektroskopie wird die Probe mit einem Laser bestrahlt und die inelastisch gestreuten, frequenzverschobenen Photonen werden detektiert. Unterschiedliche Moleküle weisen charakteristische Raman-Spektren auf, sodass man sie voneinander unterscheiden kann,  selbst wenn sie aus den gleichen Atomen bestehen. Gleichzeitig kann auch das Rasterkraftmikroskop zur Messung eingebracht werden um Materialeigenschaften wie die Rauigkeit der Oberfläche mit Nanometerauflösung zu ermitteln. Man verwendet Rasterkraft-Nahfeld-Raman-Mikroskop zur Analyse von biologischen Proben, nanostrukturierte Materialien und sogar zur Charakterisierung von Kunstobjekten.

Hochfeld-Kernresonanzspektrometer – Atome im Magnetfeld: Nuclear Magnetic Resonance (NMR)
Bei der Kernresonanz-Spektroskopie wird die Probe einem starken Magnetfeld ausgesetzt, bestimmte Atomkerne richten sich daraufhin in der Richtung des Feldes aus. Mit Hilfe eines zweiten oszillierenden Feldes kann man dann ihre Resonanzfrequenz messen, die für unterschiedliche Atome unterschiedlich groß ist.

Das neue, durch einen Kryo-Probenkopf mit supraleitenden Empfangsspulen hochempfindliche NMR-Instrument an der TU Wien wird man, insbesondere mit innovativer LC-NMR/MS-Kopplung (der Verbindung von Flüssigchromatographie mit Kernresonanz- und Massenspektrometer), für fast alle Bereiche der Chemie einsetzen können – etwa für die Charakterisierung neu synthetisierter pharmazeutischer Wirkstoffe, für die Strukturaufklärung neu isolierter Naturstoffe oder für Untersuchungen von Polymeren und Polymerisationszusatzstoffen.

[1] Foto: Matthias Heisler

Rückfragehinweis:
Dr. Annette Foelske-Schmitz
Analytical Instrumentation Center (AIC)
TU Wien
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
T: +43-1-58801-406640
annette.foelske-schmitz@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at