Niederfeld 1H-NMR-Relaxometer

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561967489

Im Fachbereich Natur- und Umweltwissenschaften an der RPTU Kaiserslautern-Landau werden die vielfältigen und komplexen Wechselwirkungen zwischen menschlichen Aktivitäten und natürlichen Systemen, z.B. terrestrischen und aquatischen Ökosysteme, erforscht. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung dynamischer Umweltprozesse an biogeoche-mischen Grenzflächen in porösen Medien, die durch anthropogene Stressoren wie Klimawandel, Bodenverbesserer oder Pestizide beeinflusst werden. Die Mobilität von Wassermolekülen („Wassermobilität“) in porösen Medien ist eine zentrale Eigenschaft und wird durch die physikalische Umgebung des Wassers bestimmt, das in den mineralischen Phasen von Böden, Sedimenten und Pseudosanden, aber auch in quellbaren organischen Stoffen anthropogener (synthetische Superabsorber) und biogener Herkunft (Schleimstoffe, Biofilme), eingeschlossen ist. Informationen über die räumlich-zeitlichen Veränderungen des Wasserein-schlusses in porösen Medien ermöglichen die Untersuchung zahlreicher Umweltprozesse, wie z. B. die Umverteilung des Porenwassers nach Umweltstress oder Quell- und Schrumpfungsphänomene. Das am Institut vorhandene 1H-NMR Relaxometer ermöglicht die Bestimmung der Rotationsmobilität von Wassermolekülen in porösen Medien durch Messung der transversalen und longitudinalen Relaxationszeiten von Wasserprotonen. Eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten von Wasser und eine Unterscheidung zwischen quellbaren organischen Substanzen, quellbaren Tonmineralien und nicht quellbaren Mineralien ist jedoch momentan nicht möglich, was die Analyse von Umweltproben in unterschiedlichen Quellungszuständen oder die Untersuchung von Benetzungsprozessen stark einschränkt. Die Messung des transversalen Diffusionskoeffizienten von Wasser (D) und Korrelationsmessungen zwischen transversaler (D) und rotatorischer (T2) Mobilität des Wassers erlauben u.a. die Bestimmung der Permeabilität der porösen Medien und die Differenzierung zwischen den Umgebungen des Wassers, die sich in ihren verschiedenen physikalisch-chemischen Eigenschaften unterscheiden können. Diese Informationen sind von größter Bedeutung für die Aufklärung der morphologischen Struktur von porösen Umweltproben und für die Untersuchung von Quellungs- und Benetzungsprozessen, welche von den Wechselwirkungen des Wassers mit der umgehenden Matrix abhängig sind. Ein Niederfeld 1H-NMR-Relaxometer ausgestattet mit einer gepulsten Feldgradienteneinheit und entsprechende Software wird unsere Forschung zur Entschlüsselung dynamischer Umweltprozesse an biogeochemischen Grenzflächen in verschiedenen natürlichen Systemen stark unterstützen und es uns ermöglichen, bisher ungelöste Forschungsfragen anzugehen. Die Technologie wird auch die Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Chemie an der RPTU verstärken, wo die Charakterisierung der Interaktionen zwischen Wasser und synthetischen porösen anorganische Materialien eine Ergänzung zu den bisher verwendeten Methoden darstellt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Niederfeld 1H-NMR-Relaxometer
• Gerätegruppe: 1740 Hochauflösende NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leiterin: Dr. Mathilde Knott