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Orientierung

Ihr habt bestimmt schon einmal festgestellt, dass sich bei einem Wasser Saft Getränk nach einiger Zeit der Saft am Boden des Glases absetzt. Immer wenn sich Teilchen bzw. Partikel in Flüssigkeiten in Abhängigkeit der Gewichtskraft absetzen, wie in dem soeben genannten Beispiel, so wird von der Sedimentation gesprochen. Wie schnell sich die Partikel absetzen ist hierbei nicht allein durch die Gewichtskraft, sondern ebenfalls von der Größe der Partikel abhängig. Dieses Prinzip verwendet die Analytische Scheibenzentrifuge, um die Größe bzw. die Größenverteilung der Teilchen in einer Lösung zu bestimmen.

Erklärung

Die analytische Scheibenzentrifuge ist eine Zentrifuge die mit Hilfe der Sedimentationsgeschwindigkeit die unterschiedlichen Größen und die Partikelgrößenverteilung einer Lösung bestimmt. Hierbei lagern sich Teilchen mit einer größeren Sedimentationsgeschwindigkeit zuerst ab. Der Prozess der Ablagerung wird bei der analytischen Scheibenzentrifuge beschleunigt, indem die Gewichtskraft durch die Zentrifugalkraft der Rotationsbewegung ersetzt wird. Für die Bestimmung der Partikelgröße wird zu Beginn der Charakterisierung die Lösung, in der unterschiedlich große Partikel enthalten sind, in die Mitte der rotierenden Scheibe eingespritzt. In der folgenden Abbildung ist solch eine Analytische Scheibenzentrifuge dargestellt.

Schemataischer Aufbau der Scheibenzentrifuge in der Frontansicht (Quelle: http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-27927/Diss_Mahl.pdf)

Abbildung 1: Schemataischer Aufbau der Scheibenzentrifuge in der Frontansicht (Quelle: http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-27927/Diss_Mahl.pdf)

Die Sedimentationsgeschwindigkeit ist lediglich abhängig von dem Radius bzw. der Größe des Partikels und der Zentrifugalkraft. Da allerdings die Zentrifugalkraft bei allen Partikeln in der Lösung gleich ist, sedimentieren die unterschiedlich großen Partikel nach dem Einspritzen abhängig von ihrer Größe unterschiedlich schnell nach außen. Dieses unterschiedliche Sedimentieren wird durch das Einspritzen einer Saccharoselösung (Dichtgradient) unterstützt. Die Detektion der Partikel und die damit verbundene Ermittlung der unterschiedlichen Sedimentationszeiten erfolgt mit Hilfe eines Lasers am Rand der Scheibe. Durch die ermittelten Sedimentationszeiten wird daraufhin die Größe der Partikel bestimmt, wodurch letztlich eine Partikelgrößenverteilung erstellt wird.

Handlungswissen

Möchtet ihr die Größenverteilung eurer synthetisierten Nanopartikel mit Hilfe der Analtischen Scheibenzentrifuge charakterisieren, so solltet ihr folgende Punkte beachten:

1. Die synthetisierten Nanopartikel müssen in einer Lösung vorliegen.

2. Zu Beginn muss ein Dichtgradient in die Mitte der Zentrifuge eingespritzt werden.

3. Daraufhin kann die Nanopartikellösung eingespritzt werden.

4. Die Größenverteilung muss dem Graphen am Bildschirm entnommen werden. (Falls die Graphen später ausgewertet werden sollen, muss die Datei auf einen Stick gezogen werden.)

Aufgabe

Welche der folgenden Aussagen treffen auf die Analytische Scheibenzentrifuge zu?

1. Setzen sich Teilchen abhängig von der Gewichtskraft ab, so wird von der Sedimentation gesprochen.

2. Die Sedimentationsgeschwindigkeit ist lediglich von der Zentrifugalkraft und somit von der Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge abhängig.

3. Durch das Einspritzen eines Dichtgradienten sedimentieren die Partikel gleichzeitig an den Rand.

4. Die Analytische Scheibenzentrifuge beschleunigt die Sedimentation, indem sie die Gewichtskraft durch die Zentrifugalkraft ersetzt.

Quellen für weitere Recherchen

Partikelgrößenbestimmung mittels Scheibenzentrifuge

Informationen zu: Zentrifuge

Informationen zu: Sedimentationsgeschwindigkeit

Scheibenzentrifuge

Analtische Scheibenzentrifugation (Dissertation S.32-35)

Literatur

Mahl, D. (2011): Synthese, Löslichkeit und Stabilität von Gold-Nanopartikeln in biologischen Medien. Dissertation, Duisburg, Online verfügbar unter http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-27927/Diss_Mahl.pdf, (Zugriff: 17.06.2014)

o.V. (2014): Stokessche Gleichung. Online verfügbar unter http://de.wikipedia.org/wiki/Stokessche_Gleichung, (Zugriff: 17.06.2014)

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