Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Neue Methode erlaubt Spektroskopie an einzelnen Molekülen

An der Grenze der Nachweisbarkeit

08.03.2019

A. Battenberg / TUM

Prof. Dr. Juergen Hauer (li) und Erstautor Erling Thyrhaug mit ihrem Messinstrument. Im Hintergrund Spektren, die damit aufgenommen wurden.

Während spektroskopische Messungen normalerweise über viele Moleküle mitteln, liefert eine an der Technischen Universität München (TUM) entwickelte, neue Methode präzise Aussagen über die Wechselwirkung genau eines Moleküls mit seiner Umgebung. Damit lassen sich beispielsweise schneller effiziente Moleküle für zukünftige Technologien in der Photovoltaik finden.

Einem internationalen Team um den TUM-Chemiker Professor Jürgen Hauer ist es nun gelungen, die spektralen Eigenschaften einzelner Moleküle zu bestimmen. Die Forscher konnten Absorptions- und Emissionsspektren der untersuchten Moleküle über einen breiten Spektralbereich in einer einzigen Messung erfassen und so exakt bestimmten, wie ein Molekül mit seiner Umgebung interagiert, wie es Energie aufnimmt und wieder abgibt.

Normalerweise wird bei solchen Messungen über tausende, manchmal Millionen von Molekülen gemittelt, dadurch gehen wichtige Detailinformationen verloren. „Bisher ließen sich Emissionsspektren routinemäßig erfassen, Absorptionsmessungen an Einzelmolekülen waren jedoch extrem aufwendig“, erklärt Hauer. „Wir sind damit an der ultimativen Grenze der Nachweisbarkeit angelangt.“

Kompaktes Gerät, schnelle Messung

Die neue Methode basiert auf einem kompakten, nur DIN-A4-großen Instrument, das die Münchner Chemiker in Zusammenarbeit mit den Kollegen am Politecnico di Milano entwickelten.

Der Trick dabei: Es erzeugt einen doppelten Laserimpuls mit kontrollierter Verzögerung zwischen den Anregungen. Der zweite Puls moduliert das Emissionsspektrum auf eine spezifische Art, die ihrerseits Informationen über das Absorptionsspektrum enthält. Diese Informationen lassen sich dann über eine Fourier-Transformation auswerten.

„Der Hauptvorteil ist, dass wir einen herkömmlichen Messaufbau zur Erfassung von Emissionsspektren mit nur wenig Aufwand in ein Gerät zu Messung von Emissions- und Absorptionsspektren verwandeln können“, sagt Hauer. Die Messung selbst ist relativ einfach. „Um neun Uhr morgens haben wir das Gerät in den Aufbau an der Universität Kopenhagen eingebaut“, erzählt Hauer. „Schon um halb zwölf gab es erste brauchbare Messdaten.“

Der Photosynthese auf der Spur

Mit Hilfe der neuen Spektroskopie-Methode wollen die Chemiker nun einzelne Moleküle studieren, etwa den Energiefluss in metall-organischen Verbindungen oder physikalische Effekte bei Molekülen, wenn sie mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel in Kontakt kommen.

Der Einfluss eines Lösungsmittels ist auf Einzelmolekülebene noch wenig erforscht. Die Chemiker wollen den Energiefluss auch zeitlich aufgelöst darstellen und so verstehen, warum er in bestimmten Molekülen schneller und effizienter stattfindet als in anderen. „Konkret interessieren wir uns für den Energietransfer in biologischen Molekülverbänden, in denen Photosynthese stattfindet“ sagt Hauer.

Das Ziel: Organische Solarzellen

Besonders im Fokus hinsichtlich späterer Anwendungen steht der Lichtsammelkomplex LH2. „Wenn wir natürliche Lichtsammelkomplexe verstanden haben, können wir über künstliche Systeme nachdenken, wie sie in der Photovoltaik zum Einsatz kommen“, sagt Hauer. Die Erkenntnisse könnten die Grundlage für zukünftige Technologien in der Photovoltaik sein. Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen organischen Solarzelle.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über TU München
  • News

    Münchner Gründer immer erfolgreicher

    Neun der „Top 50 Start-ups 2018“ kommen von der Technischen Universität München (TUM). Dies ist das Ergebnis einer Auswertung des Magazins Für-Gründer.de. Mit zehn Start-ups ist München die bestplatzierte Stadt in diesem Ranking. Auch ein aktueller Bericht der Unternehmensberatung Ernst & Y ... mehr

    Giftig und aggressiv und doch viel genutzt

    In Zahnpasta, Teflon, LEDs und Medikamenten zeigt es seine positiven Seiten – doch elementares Fluor ist extrem aggressiv und hochgiftig. Versuche, die Kristallstruktur von festem Fluor mit Röntgenstrahlen zu bestimmen, endeten vor 50 Jahren mit Explosionen. Mit Neutronen der Forschungs-Neu ... mehr

    Staatliche Forschung stärkt Cleantech-Start-ups

    US-amerikanische Cleantech-Start-ups, die mit staatlichen Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten, sind sowohl bei Patenten als auch bei der Investorenakquise erfolgreicher als ihre Konkurrenten. Dies zeigt eine Studie der Technischen Universität München (TUM), der University of Maryland u ... mehr

  • Videos

    Scientists pair up two stars from the world of chemistry

    Many scientists consider graphene to be a wonder material. Now, a team of researchers at the Technical University of Munich (TUM) has succeeded in linking graphene with another important chemical group, the porphyrins. These new hybrid structures could also be used in the field of molecular ... mehr

  • Veranstaltungen
    Startup-Event
    25.06.2019
    Garching bei M..., DE

    IKOM Start-Up 2019

    Start-Ups geben dem Arbeitsmarkt seit Jahren mehr Farbe. Sie bereichern ihn vor allem durch ihre neuen Geschäftsmodelle und frischen Ideen. Besonders in der IT-Branche dominieren sie seit Jahren das Bild. Von dieser Vielfalt inspiriert, wurde im Jahre 2013 die IKOM Start-Up ins Leben gerufe ... mehr

  • Universitäten

    Technische Universität München

    Mit ihren 13 Fakultäten und 460 Professoren bildet die TUM in 133 Studiengängen ca. 25.000 Studierende aus, davon 20 Prozent aus dem Ausland. Die Schwerpunktfelder sind die Ingenieur- und Naturwissenschaften, Medizin und Lebenswissenschaften sowie die Wirtschaftswissenschaften und Lehrerbil ... mehr

    Technische Universität München im Wissenschaftszentrum Straubing

    mehr

  • q&more Artikel

    Ernährung, Darmflora und Lipidstoffwechsel in der Leber

    Die Natur bringt eine enorme Vielfalt an Lipidmolekülen hervor, die über unterschiedliche Stoffwechselwege synthetisiert werden. Die Fettsäuren sind Bausteine verschiedener Lipide, einschließlich Zellmembranlipiden wie die Phospholipide und Triacylglyceride, die auch die Hauptkomponenten de ... mehr

    Translation

    Die Struktur der chemischen und pharmazeutischen Großindustrie hat sich gewandelt. Traditionelle Zentralforschungsabteilungen, in denen grundlagennahe Wissenschaft ­betrieben wurde, sind ökonomischen Renditebetrachtungen zum Opfer gefallen. mehr

    Molekülgenaue ­Detektivarbeit

    Die drei Ausdrücke im Titel ebenso wie „Known Unknowns“ und „Unknown Unknowns“ sind eingedeutschte Schlagwörter, die derzeit die analytische Wasserszene durcheinanderwirbeln. Die Vorgehensweise in der Nutzung eben dieser Technologien ist jedoch häufig noch nicht ­einheitlich. mehr

  • Autoren

    Dr. Josef Ecker

    Josef Ecker, Jahrgang 1978, studierte Biologie an der Universität in Regensburg. Er promovierte 2007 und forschte danach als Postdoc am Uniklinikum in Regensburg am Institut für Klinische Chemie. Nach einer anschließenden mehrjährigen Tätigkeit in der Industrie im Bereich der Geschäftsführu ... mehr

    Prof. Dr. Arne Skerra

    Arne Skerra, Jg. 1961, studierte Chemie an der TU Darmstadt und wurde 1989 zum Dr. rer. nat. am GenZentrum der LMU München promoviert. Nach Stationen am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien und am Max-Planck-Institut für Bio­physik in Frankfurt/M. wurde er 2004 P ... mehr

    Dr. Thomas Letzel

    Thomas Letzel, geb. 1970, studierte Chemie (1992–1998) an der TU München sowie der LMU München und promovierte 2001 mit einem umweltanalytischen Thema an der TU München und absolvierte im Anschluss einen zweijährigen Postdoc-Aufenthalt an der Vrijen Universiteit Amsterdam. 2009 habilitierte ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.