Ein Sensor für Wasserstoffbrücken

  • 28. September 2011

In Röntgenspektren steckt ein Peak, der empfindlich auf das Brechen von Wasserstoffbrückenbindungen reagiert.

Sie geben dem Wasser seine besonderen Eigenschaften, sie sind der Grund für viele biochemische Phänomene und ihre Existenz wird schon im Chemie-Unterricht behandelt: die Wasserstoffbrückenbindungen. Anziehende Kräfte, die sich zwischen benachbarten Wassermolekülen bilden beziehungsweise allgemeiner ausgedrückt: zwischen einem Wasserstoff-Atom und einem elektronegativen Atom wie Sauerstoff oder Stickstoff.


Abb.: Schematische Darstellung eines Wassermoleküls,
welches von Acetonitrilmolekülen umgeben ist. (Bild: HZB)


Diese anziehenden Kräfte verändern die Geometrie und die elektronische Struktur des Moleküls. Wenn man flüssige Proben mit Röntgenmethoden untersucht, zeigen sich diese Kräfte in den Röntgenspektren, indem sie die verschiedenen Peaks beeinflussen.

Forscher vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben untersucht, welchen Einfluss die Wasserstoffbrückenbindungen auf ihre Röntgenemissionsspektren haben. Sie haben dazu in einer Messreihe zunächst reines Wasser vermessen und dieses dann zunehmend mit Acetonitril verdünnt. Durch die Vermischung mit Acetonitril bricht das Wasserstoffbrücken-Netzwerk zwischen den Wassermolekülen auf. Dieses Aufbrechen konnten die Wissenschaftler nun erstmals im Spektrum nachweisen: Sie fanden einen Peak, dessen Intensität innerhalb der Verdünnungsreihe abnahm, wobei die Intensitätsabnahme mit der geringer werdenden Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen korrellierte. Damit konnten sie diesen Peak als Sensor für Wasserstoffbrückenbindungen identifizieren.

Die Röntgenspektren haben die Wissenschaftler an der Synchrotronquelle BESSY II des HZB aufgenommen. An dem Messplatz hat die Gruppe um Emad Aziz dafür eine Mikrojet-Anlage aufgebaut. Erst mit den dort erzeugten feinen Flüssigkeitsstrahlen war es möglich, flüssige Proben frei von Membranen mithilfe von Synchrotronstrahlung zu untersuchen.

HZB / PH

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