Chemie kann auch anders sein

Fast jeder hat sofort eine klischeehafte Vorstellung vom Berufsleben eines universitär arbeitenden Chemikers: Kittel, meist verschmutzt und löcherig, Schutzbrille, Handschuhe, im Labor stehend; Das Labor angefüllt mit Glasgeräten: Reagenzgläser, Erlenmeyerkolben, Rundkolben, Rückflusskühler, Destillationskolonnen; Es raucht und kocht im Abzug, bunte Flüssigkeiten fließen durch Glasrohre, es stinkt und regelmässig steht irgendwas in Flammen.

Ich bin Chemiker (und dank interdisziplinärem Bachelor-Studium auch zu einem guten Drittel Informatiker) aber mit meinem Arbeitsalltag hat das wenig bis gar nichts zu tun, denn mich hat es während des Studiums in die Physikalische Chemie verschlagen, ich bin also genau genommen Physikochemiker. Die Physikalische Chemie bewegt sich, wie der Name schon sagt, an der Grenze zwischen Physik und Chemie und wendet Methoden aus der Physik auf chemische Fragestellungen und Probleme an. Das kann je nach Ausrichtung der jeweiligen Universität und der Arbeitsgruppe viel bedeuten: Elektrochemie, Entwicklung besonderer spektroskopischer Verfahren, Verknüpfungen mit technischen Fragestellungen und Grundlegende technische Cheme, Oberflächen-Chemie und noch vieles mehr. 

In unserer Arbeitsgruppe bedeutet “PC” vor allem Atmosphärenchemie, also die Chemie der Erdatmosphäre und Atmosphärendruck-Ionisations-Massenspektrometrie (API-MS) womit auch ich mich beschäftige. Ein Massenspektrometer ist ein Gerät, mit dem man die Masse von Molekülen und Atomen bestimmen und verschiedene Substanzen anhand ihres Molekulargewichtes unterscheiden kann. Egal ob Dioxin in Eiern, Doping in Sportlern oder Lebensspuren auf dem Mars, fast immer wenn man in komplex zusammengesetzten Proben sehr kleine Konzentrationen von Substanzen untersuchen möchte benutzt man heute Massenspektrometer.

Das Hauptproblem bei Massenspektrometrie ist, dass man nur Ionen, also elektrisch geladene Moleküle oder Atome, untersuchen kann. Das bedeutet, dass man die zu untersuchende Substanz, die im Normalfall nicht ionisch vorliegt, zunächst in einer Ionenquelle in Ionen überführen, “ionisieren” muss. Dazu gibt es gleich eine ganze Reihe verschiedener Methoden, die ganz unterschiedliche Eigenschaften haben. Eins haben die meisten modernen Massenspektrometern aber gemeinsam: In der Ionenquelle herrscht ein Gasdruck, der dem normalen atmosphärischen Luftdruck, also einem Bar, entspricht, was man dann API, “Atmospheric Pressure Ionization” nennt. Auch hier gibt es eine große Zahl verschiedener Methoden, die sich mal nur im Detail mal aber auch ganz grundsätzlich unterscheiden. Das Hauptproblem bei API ist, dass man die Ionen in den Masseanalysator des Spektrometers, also den Teil des Geräts in dem die eigentliche Massebestimmung stattfindet, hineinbekommen muss. Schwierig ist das, weil in den Analysatoren immer ein Hochvakuum herrschen muss. Hochvakuum bedeutet, dass hier der Gasdruck noch wenige Hunderttausendstel Millibar beträgt, man muss den Hintergrunddruck auf etwa ein 10 Millionstel des ursprünglichen Drucks reduzieren und möchte dabei möglichst keine Ionen verlieren. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer AP-Ionisationsmethoden und diesem Transfer der Ionen in den Masseanalysator. 

Während in der präparativen und synthetischen Chemie das Klischee des Chemikeralltags noch halbwegs hinkommt und typische Arbeitsgeräte in der Tat Rotationsverdampfer, Glaskolben und Pipette sind, hat man bei uns Hochspannungsnetzteile, große Laser, den Lötkolben und Oszilloskope in der Hand und beschäftigt sich beispielsweise mit der Erzeugung von Ionen durch UV und Vakuum-UV Licht oder aber auch mit den chemischen Reaktionen die in einer elektrischen Entladung stattfinden können.

In meinem speziellen Fall, bin ich sogar noch weiter von der klassischen Chemie entfernt, denn ich beschäftige mich vor allem mit der numerischen Simulation von Gasströmungen (Computational Fluid Dynamics - CFD) und Ionentransportvorgängen unter Atmosphärendruck. Meinw wichtigsten Arbeitswerkzeuge sind daher der Rechner, die Simulationssoftware, verschiedene Programmiersprachen und mein Quelltext-Editor. Aber ich verbringe meine Zeit (glücklicherweise muss ich sagen) auch nicht nur im Büro vor dem Bildschirm sondern betreue noch Studenten in Praktika und Übungen und ein gutes Drittel meiner Zeit treibe ich mich auch im Labor herum und mache Experimente um die Simulationsergebnisse auf die Probe zu stellen, denn numerische Modelle müssen sich immer an der Realität messen lassen. 

Man sieht, “Chemie” bietet neben dem was man sich klassischerweise unter dem Fach vorstellt noch sehr viele weitere spannende und herausfordernde Möglichkeiten sich zu beschäftigen und das macht wirklich immer wieder verdammt viel Spaß!