Entwicklung der multidimensionalen Analyse von Partikelsystemen mittels analytischer Zentrifugation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 369794822

In den letzten Jahren werden in vielen Bereichen von Naturwissenschaft und Technik zunehmend komplexere Partikelsysteme hergestellt und eingesetzt, deren Eigenschaften u.a. von Teilchengröße und -form abhängen. Dabei spielt die Charakterisierung der Partikeln eine wichtige Rolle, wobei gängige Methoden wie die dynamische Lichtstreuung (DLS) oder die Elektronenmikroskopie im Hinblick auf Auflösung, Genauigkeit und Aufwand an ihre Grenzen stoßen. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist daher die Weiterentwicklung der analytischen Zentrifugation (AZ) für die Partikelmesstechnik sowie ihre Etablierung als Referenzmethode mit bisher kaum erreichter Genauigkeit und Auflösung. Im Vergleich zu den genannten etablierten Methoden bietet die AZ deutliche Vorteile, da sie auf einem absoluten Messprinzip beruht und bis zu zwölf Proben gleichzeitig untersucht werden können. In diesem Projekt soll vor allem die Analyse multivariater Partikeleigenschaften, wie z.B. Partikelgröße, -form und -dichte im Zentrum stehen und in einem breiten Partikelgrößenbereich von 10 nm bis 100 µm anwendbar sein. Die multidimensionale Charakterisierung von kolloidalen Systemen mittels AZ erfordert nicht nur eine methodische Weiterentwicklung sondern auch eine Verbesserung des bestehenden Messaufbaus. Durch den Kooperationspartner LUM GmbH wird hardwareseitig die Temperaturkontrolle verbessert, indem ein neuer Rotor für die AZ entwickelt wird. Hiermit wird der Einfluss von Temperaturinstabilitäten minimiert und somit die Genauigkeit der Messung erhöht. Weiterhin werden von der LUM GmbH sektorförmige Zellen entwickelt. Parallel zu den Entwicklungsarbeiten der LUM GmbH werden am Lehrstuhl des Antragstellers die Messbereiche der AZ hinsichtlich Partikelgröße, Partikeldichte und Partikelkonzentration untersucht. Durch definierte Messbereiche kann ein potentieller Nutzer abschätzen, ob die AZ als Messmethode für sein kolloidales System anwendbar ist. Mit Hilfe der von LUM GmbH gefertigten sektorförmigen Messzellen lässt sich im Anschluss eine zweidimensionale Partikelanalyse durchführen, welche die hochaufgelöste und simultane Bestimmung von zwei Partikeleigenschaften wie Partikelgröße und -form ermöglicht. Weiterhin werden neue Messprotokolle und eine Vielzahl an Auswertemethoden zur zweidimensionalen Partikelanalyse etabliert, die für die analytische Ultrazentrifugation (AUZ) bereits zur Verfügung stehen und nun erstmals auch auf die AZ übertragen werden. Damit kann das volle Potential der multidimensionalen Analyse in der AZ genutzt werden. Durch die Implementierung der entwickelten Methoden in die bestehende Anwendersoftware wird erstmalig die AZ als hochauflösende Messmethode für ein breites Anwenderfeld in Wissenschaft und Industrie zugänglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: LUM GmbH