Partikelcharakterisierung

Team
Ralf Kägi, Brian Sinnet, Markus Boller

Ziel
Die Entwicklung von Technologien für die Charakterisierung von suspendierten Nanopartikeln mittels:
- Analyse und Charakterisierung von in natürlichen Gewässern suspendiertem Material im Nanobereich mit einer Kombination von REM (Rasterelektronenmikroskopie) und AFM (Rasterkraftmikroskopie).
- Untersuchung der Beziehung zwischen den Eigenschaften von suspendiertem Material und Wasseraufbereitungsverfahren.

Beschreibung
Die Analyse einzelner Partikel von Kolloiden ist sehr anspruchsvoll. Während inorganische Kolloide (Eisenhydrite, amorphe Manganoxide oder Schlammpartikel) im Nanobereich analysiert werden können mittels Kombination von Hochauflösungsmikroskopie wie TEM (Transmissionselektronenmikroskopie) und analytischen Methoden (X-Strahlenfluoreszenz, elektronischer Energieverlust) , kann die physikalische Zusammensetzung von organischen Kolloiden nicht dreidimensional beobachtet werden. AFM scheint dazu zumindest teilweise geeignet zu sein. Es zeigt die morphologische Beschaffenheit der Kolloide und das Vorhandensein bestimmter Ionengruppen, die Analyse der Elemetarzusammensetzung ist aber nicht möglich. Ein dreidimensionales Bild und Information über die qualitative Zusammensetzung von Kolloiden kann mittels REM erhalten werden. Struktureigenschaften wie Kristallinität, Zusammensetzung und Oxidationszustand können beobachtet werden. Der Nachteil von REM ist, dass die Proben unter Vakuum, dh. getrocknet, betrachtet werden und Bindungsveränderung durch Elektronenstrahlen möglich sind und somit ein Informationsverlust bezüglich der in-situ Kolloidmorphologie (reale Fraktalstruktur etc.) auftreten kann.
AFM analysiert die Probenoberfläche nach physikalischen Prinzipien ohne Bindungen oder Probenbeschaffenheit zu beeinflussen. Mittels Abtastung der Probenoberfläche zeigt AFM ein wahres dreidimensionales Bild wie es nur durch die Techniken der SPM (Raster-Sonden-Mikroskopie) möglich ist. Es konnte gezeigt werden, dass feine und fragile Strukturen wie DNS, organische Makromoleküle oder Aggregatdetails erhalten bleiben. Die Möglichkeit Partikel in ihrer natürlichen Umgebung (Temperatur und Druck oder in Flüssigkeit) aufzuzeigen ist unentbehrlich für die Charkaterisierung von Wasserproben. Zusätzlich können gewisse chemische Informationen (Kohesionskräfte, spezifische Gruppen) mittels AFM gewonnen werden. AFM und REM ergänzen einander ideal für die Analyse von strukturellen, morphologischen und dreidimensionalen Details die bisher noch nicht in Wasseraufbereitungsprozesse bekannt sind.