ILACS

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Lumineszierende Komplexe unter UV-Licht (365nm).

ILACS (engl.in situ luminescence analysis of coordination sensor) beschreibt ein Prinzip der in-situ Analyse mit Koordinationssensoren. Bei diesem Verfahren werden emittierende Lanthanoiden-Ionen (Koordinationssensoren) wie z.B. Eu3+, Eu2+ oder Ce3+ in ein zu untersuchenden System eingeführt und mit Hilfe von in-situ Lumineszenzmessungen wird dann die Reaktion unter realen Bedingungen verfolgt. Es können sowohl sehr kleine Kristallite als auch amorphe Materialien untersucht werden.[1] [2]

Hintergrund[Bearbeiten]

Datei:OLED EarlyProduct.JPG
Lumineszierende Materialien finden z.B. in OLEDs Anwendung

Viele moderne Technologien sind von der Entdeckung von Materialien mit neuen oder verbesserten Eigenschaften abhängig und einen wesentlichen Anteil daran bilden Festkörperverbindungen. Allerdings ist nahezu allen Festkörpersynthesen gemein, dass am Ende oftmals nur zufällig gebildete Produkte untersucht werden können. Die Produkte sind aber umso vielfältiger bei ihren Einsatzmöglichkeiten, da durch verschiedene Strukturen auch unterschiedliche Eigenschaften hervorgehoben werden, wie zum Beispiel Magnetismus, elektrische Leitfähigkeit, Verformbarkeit sowie Farbigkeit oder Farbeffekte.

Wenn man jedoch Synthesestrategien entwickeln oder neue Verbindungen entdecken möchte, so müssen die Prozesse während der Reaktion wie z.B. Keimbildung und Keimwachstum oder die Bildung von Intermediaten untersucht werden. Da diese Intermediate oft schnell ineinander übergehen sind ex-situ-Methoden ungeeignet.

Einige effiziente Verfahren zur in-situ-Verfolgung, wie z.B. Röntgenbeugung, Kernspinresonanz und Infrarot-Spektroskopie weisen jedoch eine ungenügende Nachweisgrenze oder eine beschränkte zeitliche Auflösung auf. Die Lumineszenz-Analyse mit hochauflösenden CCD-Detektoren wurde bislang noch nicht zur in-situ-Verfolgung von Reaktionen eingesetzt und bietet sowohl bei der Nachweisgrenze, als auch in der zeitlichen Auflösung viele Vorteile. [1]

Einsatzmöglichkeiten[Bearbeiten]

Das Verfahren lässt sich gut zur Beobachtung von Festkörpersynthesen durch Coprezipitation verwenden. Bei der Coprezipitation werden die Edukte zunächst in Lösung gebracht, wodurch es zu einer homogenen Durchmischung kommt, um sie dann anschließend in einer Fällungsreaktion auszufällen. So ist es zum Beispiel möglich die Umwandlung der verschiedenen Phasen von Calciumphosphat und -carbonat hinsichtlich der Bildung amorpher Phasen (amorphe Intermediate) vor Beginn der Kristallisation zu untersuchen. [1]

Phasenübergänge in Calciumphosphaten[Bearbeiten]

Calciumphosphate (CaP) sind wichtige anorganische Bestandteile des menschlichen Körpers, insbesondere in Knochen und Zähnen. Die Umwandlung der verschiedenen Calciumphosphatphasen zu verstehen erlaubt neue Erkenntnisse zum Unterscheiden von gesundem und krankem Gewebe. So kann durch das Einbringen von z.B. Ce3+ in CaP die Umwandlung von Ca3(PO4)5OH zu CaHPO4·2H2O beobachtet werden. Die geschieht beispielsweise durch das Auswerten der zugeordneten Intensitäten auf die f-d Übergänge von Ce3+.[3]

Verfahren[Bearbeiten]

Das ILACS-Prinzip: Lanthanoid Ionen werden in ein System eingeführt und die strukturellen Veränderungen während der Synthese werden mittels in-situ Lumineszensmessungen aufgezeichnet.

Um genaue Daten zum Reaktionsablauf zu erhalten wird nicht ausschließlich auf die spektroskopische Messung zurückgegriffen, sondern es findet häufig eine Kombination mit anderen Messmethoden in einer in-situ-Kristallisationszelle statt. Dafür wird ein Laborreaktorsystem benötigt, welches sowohl die Temperatur messen, als auch die Reaktoren heizen und kühlen, eine Lösung über eine Dosiereinheit in den Reaktor überführen kann und über eine magnetische Rühroption verfügt. Über den Deckel des Reaktors können dann Sonden zur pH-Wert-, Redoxpotential-, Leitfähigkeits- und Lumineszenzmessung eingeführt werden. In dem Reaktorsystem wird dann eine Lösung (die Lanthanoid-Ionen enthält) vorgelegt und während der geplanten Synthese wird eine zweite Lösung hinzugegeben, die zur Fällung des gewünschten Produktes führt, dabei ändert sich die Koordinationsumgebung des Lanthanoid-Ions und es werden die Reaktionsparameter aufgezeichnet. Eine Messung des Lumineszenzspektrums wird erreicht, in dem die Lösung mit UV-Licht bestrahlt und das emittierte Licht mithilfe eines Glasfaserkabels zum Spektrometer geführt wird. Da die Lumineszenzeigenschaften von Lanthanoiden-Ionen stark von der Koordinationsumgebung abhängig sind, liefert dieses Verfahren Informationen über die Änderungen der Koordinationszahl, der Bindungslängen, der Kovalenz der Liganden und über die Symmetrie des Kationenplatzes während einer Reaktion. [1]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Huayna Terraschke, Laura Ruiz Arana, Patric Lindenberg and Wolfgang Bensch: Development of a new in situ analysis technique applying luminescence of local coordination sensors: principle and application for monitoring metal-ligand exchange processes In: Analyst2016, 141, 2588
  2. ILACS Website des Instituts für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Abgerufen am 9. September 2016.
  3. A.-M. Tsirigoni, L. Ruiz Arana, P. Lindenberg, H. Terraschke*. In-situ Monitoring of Calcium Phosphate Phase Transitions: a Spectroscopic Approach. Z. Anorg. Allg. Chem., 1073 (2016). doi:10.1002/zaac.201605095.
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