Fourier-Transform-PFG-NMR mit starken Feldgradientenimpulsen zur selektiven Selbstdiffusionsmessung von Gemischkomponenten bei niedrigen Beweglichkeiten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die NMR-Diffusometrie mit intensivsten gepulsten magnetischen Feldgradienten (PFG NMR) wurde für die Untersuchung von molekularen Beweglichkeiten der Einzelkomponenten in Gemischen weiterentwickelt. Zur Unterscheidung der einzelnen Komponenten im Gemisch wurde für die Fourier-Transform (FT) PFG NMR ein Verfahren entwickelt, in dem der notwendige Abgleich der intensiven Feldgradientenimpulse ohne Lesegradient während der Signalaufzeichnung automatisch erfolgen kann. Somit steht die Information über die chemische Verschiebung im NMR-Spektrum für eine Unterscheidung chemisch unterschiedlicher Komponenten in der PFG NMR weiter zur Verfügung. Zur Erhöhung der spektralen Auflösung in Systemen mit reduzierter molekularer Beweglichkeit erwies sich die Kombination aus Magic-Angle-Spinning (MAS) und PFG NMR als ein bei nicht zu kleinen Beweglichkeiten gangbarer Weg, Diffusionskoeffizienten in Gemischen zu messen. Die Funktionsfähigkeit dieser beiden Verfahren wurde an zeolithischen Wirt-Gast-Systemen und an Metall-Organischen Gerüstverbindungen demonstriert. Für chemisch gleichartige Komponenten, die im untersuchten System jedoch in Bereichen mit unterschiedlichen Beweglichkeiten vorliegen, wurden zwei Verfahren für die Anwendung mit intensiven gepulsten Feldgradienten adaptiert. Einerseits kann der Lesegradient genutzt werden, um in einem der NMR-Bildgebung entlehnten Verfahren chemisch gleiche aber räumlich getrennte Komponenten in einem porösen System zu unterscheiden. Diese Herangehensweise erwies sich als nutzbringend bei der Untersuchung des Übergangs von Wasser von Zuschlagstoffen in härtende Zementpasten. Andererseits müssen zwei automatische Abgleichsprozeduren kombiniert werden, um in modernen zwei-dimensionalen Diffusions-Diffusions-Korrelationsexperimenten jedes der beiden unabhängig geschalteten Feldgradientenpaare unter sich dem notwendigen Abgleich zu unterziehen. Diese Methode wurde an einem zeolithischen Wirt-Gast-System zur Untersuchung der Diffusionskoeffizienten und Verweilzeiten in der adsorbierten und der umgebenen flüssigen Phase benutzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Boundary Effects of Molecular Diffusion in Nanoporous Materials: A Pulsed Field Gradient Nuclear Magnetic Resonance Study, J. Chem. Phys. 120 (2004) 367-373
O. Geier, R. Q. Snurr, F. Stallmach, J. Kärger
- NMR Diffusion and Relaxation Studies during Cement Hydration – A Non-Destructive Approach for Clarification of the Mechanism of Internal Post Curing of Cementitious Materials, Cement and Concrete Research 36 (2006) 817-826
K. Friedemann, F. Stallmach, J. Kärger
- NMR Studies on the Diffusion of Hydrocarbons on the Metal-Organic-Framework Material MOF-5, Angew. Chem. Int. Ed. 45 (2006) 2123-2126
F. Stallmach, S. Gröger, V. Künzel, J. Kärger, O. M. Yaghi, M. Hesse, U. Müller
- Selective Multi-Component Diffusion Measurement in Zeolites by Pulsed Field Gradient NMR, Micropor. Mesopor. Mat. 90 (2006) 271-277
A. Pampel, F. Engelke, P. Galvosas, C. Krause, F. Stallmach, D. Michel, J. Kärger
- Spin Echo NMR Diffusion Studies, Annual Reports on NMR Spectroscopy, 61 (2007) 51-131
F. Stallmach, P. Galvosas
- Effects of Self-Assembly on Diffusion Mechanisms of Triblock Copolymers in Aqueous Solution, PRL 102 (2009) 037801
K. Ulrich, P. Galvosas, J. Kärger, F. Grinberg
- Multidimensional NMR Diffusion Studies in Microporous Materials, Micropor. Mesopor. Mat. 125 (2009) 30-34
M. Gratz, M. Wehring, P. Galvosas, F. Stallmach
- Study of the Diffusion of Liquids and their Binary Mixtures in Mesoporous Aluminosilicates under Freezing Conditions, Micropor. Mesopor. Mat. 120 (2009) 104-108
M. Krutyeva, F. Grinberg, J. Kärger, C. Chorro, N. Donzel, D.J. Jones
