In operando

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In operando ist die inkorrekt grammatisch häufig geschriebene Form des lateinischen Begriffs operando und findet in den analytischen Wissenschaften Verwendung. Er bezeichnet insbesondere die Messung von Systemen im Betrieb. operando ist der Ablativ des lateinischen operare (arbeiten, wirken, funktionieren) und wird, im Gegensatz zu den in ähnlichen Zusammenhängen benutzten Begriffe ex situ und in situ ohne die Präposition "in" benutzt.

Der Begriff "operando" taucht in der wissenschaftlichen Literatur erstmals im Zusammenhang mit der Messung von Katalysatoren auf [1]. Einsichtig wird der Begriff ""operando"" aus der Perspektive der Materialforschung, in welcher Materialien bzw. Werkstoffe zunächst hinsichtlich ihrer äußeren physikalischen Eigenschaften (spezifisches Gewicht bzw. Dichte, optische, magnetische, mechanische und elektrische Eigenschaften) gemessen werden. Der Einfluss der Umgebungseigenschaften, unter welchen der Werkstoff gemessen wird, ist dabei für gewöhnlich unerheblich. Mit fortschreitender technologischer Entwicklung und wissenschaftlicher Erkenntnis vergrösserte sich das Interesse, die Eigenschaften von Materialien im Konzert mit anderen Stoffen und Umgebungseinflüssen zu verstehen. Ein praktisches Beispiel aus der Chemie ist die Katalyse, in der man die chemischen Eigenschaften von Katalysatoren verstehen möchte. So kann man zum Beispiel den Oxidationszustand eines chemischen Elements in einer Katalysatorverbindung vermittels Röntgenspektroskopie ""ex situ"" messen, wenn man das Katalysatormaterial sprichwörtlich in den Strahlengang des Röntgenspektrometers hält. Hierbei herrschen normaler Luftdruck und normale Umgebungstemperatur im Röntgenlabor.

Interessanter wäre natürlich, wenn man den Katalysator unter den Bedingungen misst, denen er beim Betrieb ausgesetzt ist. Bei der Entschwefelung [2] von Rohöl, welche mittels Katalysatoren technisch erleichtert wird, können das mehrere Hundert Grad Celsius sein in einer Gasatmosphäre aus schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen. Baut man hierzu ein Gefäß, in welchem diese Bedingungen technisch realisiert werden, dann kann man den Katalysator hierin mit Röntgenspektroskopie ""in situ"" messen, also unter bestimmten Bedingungen, für die der Katalysator entwickelt wurde.

Geht man nun einen Schritt weiter und konzipiert das Gefäß zu einem chemischen katalytischen Reaktor, in dem der Katalysator tatsächlich einen chemischen Umsatz macht, zum Beispiel die chemische Abspaltung des Schwefelatoms aus einem Thiophen Molekül, dann kann man das Katalysatormaterial "im Betrieb" mit Röntgenstrahlen untersuchen. Man hierbei zum Beispiel feststellen, dass die Änderung des Oxidationszustandes des Metallanteils im Katalysator, zum Beispiel Molybdän, von den Betriebsbedingten im Reaktorgefäß wie Temperatur, Gasdruck und Gasfluss abhängt. in diesem Fall spricht man von einer "operando"-Messung bzw. operando Spektroskopie.

Für die zulässigen Verwendung des Begriffs ist es nicht erforderlich, dass es sich tatsächlich um einen industriell oder kommerziell erhältlichen Katalysator handelt. Es ist auch nicht erforderlich, dass die umgesetzten Reaktanden Bezug zur industriellen Chemie haben. Ausschlaggebend ist, dass man ein System unter den Bedingungen misst, unter den es dem Konzept nach eine Funktion haben soll, mithin "funktionieren" soll (lateinisch "operare" für wirken, arbeiten, funktionieren).

Die lateinische Fassung dieses Begriffs ist der Praxis klassischen akademischen Fakultäten entlehnt, lateinische Begriffe in der Literatur zu verwenden. so etwa ""modus operandi"" aus der Jurisprudenz oder ""in vitro"" und ""in vivo"" in der Medizin. In der Literatur zur Öberflächenphysik wird sehr häufig der Begriff ""in situ"" verwendet, weil Oberflächen von Materialien stark mit ihrer Umgebung wie Temperatur, Luftzusammensetzung und Luftfeuchtigkeit wechselwirken und es daher oft geboten ist, Materialoberflächen mindestens im Vakuum (""in vacuo"") zu messen oder aber unter bestimmten wohldefinierten Gasatmosphären (""in situ"").

operando Messungen sind nicht auf katalytische Systeme beschränkt. So können auch Batterien [3], Brennstoffzellen [4], Superkondensatoren und Solarzellen oder Leuchtdioden operando gemessen werden, ohne aber, nota bebe, kommerziell verfügbare Produkte sein zu müssen. Eine Elektrode, ein Elektrolyt im weit vortechnologischen Stadium können operando gemessen werden.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. M. A. Bañares: Raman spectroscopy during catalytic operations with on-line activity measurement (operando spectroscopy): a method for understanding the active centres of cations supported on porous materials. In: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY. 12, Nr. 11, 2002, S. 3337-3342. doi:10.1039/b204494c.
  2. G. A. Katsapov: Deuterium Tracer Experiments Prove the Thiophenic Hydrogen Involvement During the Initial Step of Thiophene Hydrodesulfurization. In: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY. 138, Nr. 3-4, 2010, S. 224-230. doi:10.1007/s10562-010-0400-6.
  3. A. Braun: Hard X-rays in - soft X-rays out: An operando piggyback view deep into a charging lithium ion battery with X-ray Raman spectroscopy. In: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 200, Nr. Special Issue, 2015, S. 257-263. doi:10.1016/j.elspec.2015.03.005.
  4. G. Nurk: A versatile salt evaporation reactor system for SOFC operando studies on anode contamination and degradation with impedance spectroscopy. In: Journal of Power Sources. 196, Nr. 6, 2011, S. 3134-3140. doi:10.1016/j.jpowsour.2010.11.023.