Neues Verfahren zur Molekültrennung
Mit Licht trennen
- von Beate Kostka
- 24.10.2018
Eine neue Methode, mit der gleichartige Moleküle mit räumlich unterschiedlich angeordneten Atomen (Konformere) gezielt isoliert werden können, haben jetzt Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) und Wien gefunden: Ihnen gelang der Nachweis, dass sich Konformere mithilfe eines Lichtstrahls voneinander trennen lassen, weil komplexe Moleküle eine Wellennatur besitzen.
„Damit ist uns ein echter Durchbruch gelungen. Er eröffnet ganz neue Zugänge für die Erforschung von Biomolekülen sowie für die Atmosphärenchemie, Astrophysik und Katalyseforschung“, freut sich der UDE-Quantenphysiker Prof. Klaus Hornberger. Ihre Ergebnisse wurden jetzt im Fachjournal ‚Physical Review Letters‘ veröffentlicht.
Bei fast allen größeren Molekülen können die Atome – trotz gleicher Bindungsverhältnisse – räumlich unterschiedlich angeordnet sein. Dies wirkt sich oft darauf aus, wie schnell sie chemisch reagieren und mit externen Feldern wechselwirken. „Das Aussortieren einer bestimmten Struktur, eines sogenannten Konformers, ist allerdings sehr schwierig“, so Hornberger, „weil sich die molekularen Geometrien so ähnlich sind.“
Wie ein Zauberwürfel
„Flexible Moleküle ähneln in gewisser Weise einem Zauberwürfel. Der Würfel bleibt identisch, aber das Muster, das man sieht, hängt stark davon ab, wie man die einzelnen Komponenten zueinander verdreht“, sagt Christian Brand von der Uni Wien und Erstautor der Studie. Etablierte Methoden zur Konformerenauswahl nutzen Unterschiede in der Verteilung der Elektronen innerhalb des Moleküls. Für Moleküle mit vielen verschiedenen Konformeren taugt dies allerdings nicht, da sich ihre Eigenschaften oftmals fast nicht unterscheiden.
Die Idee der neuen Methode ist, dass jedes Konformer leicht unterschiedlich auf Licht einer bestimmten Farbe – der Wellenlänge – reagiert. Während ein Konformer Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, spüren alle anderen lediglich eine anziehende Kraft. Stimmt man diese Wechselwirkungen für alle Konformere aufeinander ab, ist es möglich, die verschiedenen Strukturen durch Beugung an einem Lichtgitter voneinander zu trennen. „Die quantenmechanische Wellennatur der Moleküle erlaubt uns sehr effektiv einzelne molekulare Strukturen anzusprechen und jedes vorhandene Konformer zu isolieren“, sagt Benjamin Stickler (UDE), einer der führenden Autoren dieser Studie.
Zum Bild:
Durch Quanteninterferenz in Kombination mit einer Schlitzmaske lassen sich Moleküle entsprechend ihrer Geometrie trennen:
Weitere Informationen:
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.173002
Dr. Benjamin Stickler, Theoretische Quantenphysik, benjamin.stickler@uni-due.de, Tel. 0203/37 9 4753, https://www.uni-due.de/tqp
Redaktion: Beate Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de