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Kristallstrukturen auf der Spur

Mit Hilfe der Röntgeneinkristallstrukturanalyse wird an der Professur Anorganische Chemie die Identität einkristalliner Verbindungen aufgeklärt

  • Ein Job mit Spürsinn: Dr. Tobias Rüffer, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur Anorganische Chemie der TU Chemnitz, führt im Labor Röntgeneinkristallstrukturanalysen durch. Foto: Jürgen Lösel
  • Nachfolgende Aufnahmen, die unter dem optischen Mikroskop entstanden, zeigen ein Auswahl von Einkristallen, die im Labor mit Hilfe der Röntgeneinkristallstrukturanalyse untersucht werden. Foto: Dr. Tobias Rüffer
  • Foto: Dr. Tobias Rüffer
  • Foto: Dr. Tobias Rüffer
  • Foto: Dr. Tobias Rüffer

Er ist der Detektiv im Team der Professur Anorganische Chemie der Technischen Universität Chemnitz: Dr. Tobias Rüffer. Sein täglicher "Tatort" ist ein Labor im Institut für Chemie. Und seine Lupe ist ein Einkristalldiffraktometer. Damit lässt sich eine Röntgeneinkristallstrukturanalyse durchführen. Die zu untersuchenden Präparate sind zwischen 100 und 200 Mikrometer groß. Sie werden mit einem definierten Röntgenstrahl durchstrahlt, die reflektierte Strahlung wird vermessen. Dabei interessiert den Wissenschaftler sowohl die Intensität des reflektierten Strahls als auch der Winkel, unter dem der Strahl reflektiert wird.

"Damit können die Identität, der molekulare Aufbau und die dreidimensionale Anordnung von einkristallinen Verbindungen - also von festen Körpern mit einer regelmäßigen Anordnung der Atome in nur einem einzigen Gitter - aufgeklärt werden", sagt Rüffer. Und da die Anlage mit einer Tieftemperatureinheit ausgestattet ist, sind Messungen zwischen Raumtemperatur und minus 173 °C möglich. "Da der größte Teil der Röntgenstrahlung an den Elektronen der Atome gestreut wird, kann mit Hilfe der Röntgeneinkristallstrukturanalyse auch die Elektronendichteverteilung im Kristall untersucht werden", so Rüffer. "Durch die Beugung von einfallender Röntgenstrahlung am natürlichen Gitter des Kristalls treten eine Vielzahl zu detektierender Röntgenreflexe auf, aus deren Intensität und 3D-Anordnung die Natur einer chemischen Verbindung im festen Zustand zweifelsfrei aufgeklärt und verstanden werden kann", erläutert der Wissenschaftler.

Die Röntgeneinkristallstrukturanalyse ist für die moderne Synthesechemie eine essentielle Methode zur Charakterisierung dargestellter Verbindungen. Vorraussetzung dafür ist das Vorliegen der Verbindung in Form von Einkristallen, die ein durchgehend einheitliches und homogenes Kristallgitter bilden. Zudem können mit dieser Methode Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufgedeckt werden, die erst die Entwicklung neuartiger Moleküle mit maßgeschneiderten Eigenschaften erlaubt. "So ist es beispielsweise möglich, das Wachstum von Clustermaterialien zu untersuchen oder auch intermolekulare Wechselwirkungen in Festkörpern im Hinblick auf Materialeigenschaften zu verifizieren", ergänzt Rüffer. Derartige Strukturaufklärungen sind eine unabdingbare Vorraussetzung für das erfolgreiche und zielgerichtete Arbeiten in der Synthesechemie. "Deshalb sind sie am Institut für Chemie der TU Chemnitz auch zur erfolgreichen Einwerbung von Drittmitteln sehr wichtig", schätzt Rüffer ein.

Weitere Informationen erteilt Dr. Tobias Rüffer, Telefon 0371 531-31836, -29519, E-Mail tobias.rueffer@chemie.tu-chemnitz.de

Mario Steinebach
10.12.2011

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