Magnetische Suszeptibilität
Mithilfe der "Magnetischen Suszeptibilität" lassen sich wichtige Materialeigenschaften verschiedenartiger Stoffe wie Metalle, Metallsalze und deren Lösungen sowie auch von organischen Verbindungen bestimmen und berechnen.
Dazu werden diese Substanzen in möglichst reiner Form (oft als "Einkristall") in das starke, inhomogene Feld verschiedener Magnete (früher meist starke Elektromagnete) gebracht und die hier entstehende Kraft auf verschiedene Weise, meistens mithilfe von umgebauten Waagen ("Gouy"- und "Faraday-Curie"-Methode), aber auch durch Messung einer Höhenänderung in kommunizierenden Röhren ("Quincke-Methode") bestimmt.
Für verläßliche Messungen an Stoffmengen im Milligramm-Bereich wurde es notwendig, zum einen die Feldstärke des Magneten so groß und zum zweiten die Messung der auf die Probe wirkenden Kraft so empfindlich wie nur möglich zu machen.
Diese schwierigen Voraussetzungen wurden von Cunningham und Wallmann im Rahmen des "Metallurgischen Projektes" in Chikago überwunden, in dem diese für die Messung der Kraft die gleiche Technik einsetzten, die Cunningham zuvor für die Gewichtsmessungen im Submikrogrammbereich erarbeitet hatte; das heißt, die auftretenden minimalen Kräfte an der Probe wurden durch die Messung der Torsion eines sehr dünnen Quarzfadens bestimmt.
Beide Bilder aus:
B.B. Cunningham, Microchemical Methods Used In Nucl.Chem.Research, United States Atomic Energie Commission, Berkeley, 1949
Der Autor hat die Methode Cunninghams mit einfacheren Mitteln versucht nachzuahmen, wenn auch mit einem starken Neodym-FeB-Magneten, der Cunningham damals noch nicht zur Verfügung stand.
Die geringen Kräfte im Magnetfeld konnten so auch noch an Proben mit 200 µg (!) eines Cobaltsalzes bestimmt werden.
Nach Festlegung einer Eichkurve aus verschiedenen CoCl2-Konzentrationen in verdünnter HCl konnten darüberhinaus (unter bestimmten weiteren Bedingungen) z.B. der relative Co-Gehalt von cobalthaltigen Mineralen (z.B.: Kolwezit) mithilfe der Magnetischen Suszeptibilität bestimmt werden.
Oben die gewählte Anordnung mit der Probe (6 µl-Lösung in einem 1,3 mm weiten Kapillargefäß) an einem verstellbaren 0,2 mm Messingdraht, der Neodymmagnet in einer Halterung aus Aluminium, ebenfalls verstellbar an einem Mikromanipulator und (im Vordergrund) einem "Kathetometer".
Eine CoCl2-Probe (1n-Lösung) über dem Magneten.
Der Magnet wird millimeterweise von unten an die Probe herangefahren, bis der maximale Ausschlag des Waagbalkens erreicht ist.
Das Kathetometer; ein "mikroskopisches Fernrohr", das einerseits einen großen Arbeitsabstand zum Magneten und andererseits eine mikrometer-genaue Messung der Stellung des Waagbalkens erlaubt
Hier die eigentliche Messung der Kolwezit-Probe mit der tiefgrünen, salzsauren Lösung "am Haken".
Hier der Waagbalken im Sichtfeld des Kathetometers; eine "Strichplatte" im Okular läßt eine µm-genaue Ablesung der wirkenden Kraft zu.
Eine Absenkung des Waagbalkens um etwa 40 Teilstriche (auf der Skala des Okularmikrometers) entsprächen im gewählten Aufbau etwa 1,2 mm und wären etwa 2,5 mg (eines angehängten Gewichtes) äquivalent.
Eine umfangreiche Darstellung in:
A.Weiss, H.Witte, Magnetochemie, Grundlagen und Anwendungen, Verlag Chemie, 1972