Summenfrequenz-Spektroskopie: Untersuchungen zu ionenspezifischen Effekten und Entwicklung eines ortsauflösenden Verfahrens - University of Regensburg Publication Server

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Date of publication of this fulltext: 05 Apr 2012 11:45

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	5 April 2012
Referee:	Prof. Dr. Hubert Motschmann and PD Dr. Rainer Müller and Prof. Dr. Dominik Horinek
Date of exam:	9 February 2012
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Keywords:	Summenfrequenz-Spektroskopie, SFG, ionenspezifische Effekte, Hofmeister-Reihe, DPPC, Ortsauflösung
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	23623

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Abstract (German)

Abstract (German)

Mittels der oberflächenspezifschen Summenfrequenz-Spektroskopie wurden Untersuchungen an Langmuir-Monoschichten von Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC) mit Natriumtetraphenalborat (NaBPh4) in der Subphase unter verschiedenen Temperaturen und Oberflächendrücken durchgeführt. Diese führten zum besseren Verständnis der Eigenschaften dieses Systems. Aus den Isothermen ist zu entnehmen, dass Tetraphenylborat-Ionen bei der kondensierten Phase der DPPC-Monoschicht in der Subphase vorliegen, während sie bei geringeren Oberflächendrücken an der Oberfläche zu finden sind.
In der kondensierten Phase unterscheidet sich der Neigungswinkel der Alkylketten mit NaBPh4 in der Subphase von dem mit Millipore-Wasser in der Subphase nicht. Jedoch ist aus den Spektren des Alkyl- und Carbonylbereichs zu folgern, dass Tetraphenylborat-Ionen mit der Phosphatidylcholin-Kopfgruppe wechselwirken.

Ferner wurde die Tendenz zur Kontaktionenpaar-Bildung bei dicht gepackten Langmuir-Monoschichten aus Dodecylsulfaten mit unterschiedlichen Gegenionen über den indirekten Weg der Interpretation von Wasserspektren der Probenoberfläche untersucht.
Die Spektren mit Wasser als Sonde für den Zwischenraum zwischen den Ladungsträgern weisen keine signifikanten Unterschiede in den Intensitäten der Wasserbanden auf. Es wurde festgestellt, dass für Kaliumdodecylsulfat und Natriumdodecylsulfat an der Wasseroberfläche das Collins-Konzept nicht bestätigt werden kann. Dieses besagt, dass Ionenpaare aus Ionen mit ähnlichen Wasseraktivitäten in wäßriger Lösung Kontaktionenpaare bilden, mit unterschiedlichen Wasseraffinitäten nicht.

Eine analoge Studie von anorganischen Salzen in wäßriger Lösung zeigt, dass für dieses System an der Wasseroberfläche das Collins-Konzept bestätigt werden kann. Bei den Salzen handelte es sich um Kombinationen der Ionen Cs+, Li+, Cl- und I-, die aufgrund ihrer stärker unterschiedlichen Polarisierbarkeiten entsprechend dem Collins-Konzept ein stärker ausgeprägtes Verhalten bezüglich der Kontaktionenpaarbildung aufweisen sollten.

Es gelang ferner, das SFG-Signal von Partikeln aus einkristallinem Quarz mit einer lateralen Ortsauflösung von 2,3µm zu messen. Hierbei wurde die Felderhöhung eines optischen evaneszenten Feldes an einer AFM-Spitze angewandt.

Translation of the abstract (English)

Surface sensitive sum frequency generation (SFG) spectroscopy studies of Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC)-Langmuir monolayers with sodium tetraphenylborate (NaBPh4) in the subphase at different temperatures and surface pressures contribute to a better understanding of that system.
From the isothermes, tetraphenylborate ions are located in the subphase at the condensed phase of the DPPC monolayer, whereas they are at the interface at low surface pressures.
The tilt angle of the DPPC-alkylchains in the condensed phase with NaBPh4 in the subphase does not differ significantly from the one with pure water in the subphase. However the SFG-spectra of the alkyl- and carbonyl region reveal an interaction between the tetraphenylborate ions and the phosphatidycholine headgroup.

The propensity for contact ion pair formation was studied of closely packed Langmuir monolayers of dodecylsulfates with different counterions.
Regarding to the concept of matching water affinities, introduced by Kim Collins, oppositely charged ions of different water affinities are separated in aqueous solution, whereas oppositely charged ions of comparable water affinities form contact ion pairs.
In the case of monolayers consisting of molecules with charged headgroups and counterions in the subphase, water molecules which are oriented by the electric field between the charges, can be used as an indirect probe for the distance between the charges. The respective spectra of the water vibrations do not confirm the predicted different spacing with sodium or potassium as counterion.

Analogous measurements of inorganic salts in aqueous solution show a behavior which corresponds to the Collins concept. As salts, all possible combinations of the cations Cs+ and Li+ and the anions Cl- and I- were used. Due to their different polarisabilities, those systems show a strongly marked behavior regarding contact ion pair formation.

Furthermore, in this thesis, the SFG signal of quartz particles could be laterally enhanced to 2.3µm. This was gained by employing the field enhancement of an optical evanescent field at an metallic AFM-tip.

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