Mit Zero-Field NMR rätselhafte Quadrupol-Nuklei entschlüsseln

BerlinForscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) haben in Zusammenarbeit mit der University of California, Berkeley, einen wichtigen Durchbruch in der kernmagnetischen Resonanz (NMR) bei Null-Feld erzielt. Erstmals gelang es ihnen, quadrupolare Kerne mit dieser Methode zu messen. Diese neue Technik verspricht große Fortschritte beim Studium von Molekularstrukturen und -interaktionen, ohne auf starke äußere Magnetfelder angewiesen zu sein.

Wichtige Aspekte ihrer Forschung:

• Zero-Field-NMR benötigt kein starkes Magnetfeld.
• Sie liefert schmalere und schärfere Spektrallinien.
• Die Methode erlaubt die Analyse von Proben in Metallbehältern und anderen komplexen Umgebungen.
• Das System erfordert eine Abschirmung gegen das Erdmagnetfeld.

In der herkömmlichen NMR werden starke Magnetfelder verwendet, um die Spins von Atomkernen auszurichten, was große und komplizierte Maschinen erfordert, die schwer einzurichten und zu warten sind. Trotz fortschrittlicher Technologie bleibt die Untersuchung von Quadrupolkernen, die sehr häufig vorkommen, schwierig. Die Null-Feld-NMR nutzt die Wechselwirkungen zwischen den Spins dieser Kerne, ohne auf starke Magnetfelder angewiesen zu sein. Diese neue Methode ermöglicht eine bessere molekulare Analyse in Bereichen wie Medizin und Industrie.

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Dieses experimentelle Setup ist sowohl innovativ als auch praktisch. Es ist tragbar und erfordert keine umfangreiche Infrastruktur. Die Forscher untersuchten, wie sich die Anzahl der Deuteriumatome in einem Ammoniummolekül auf das Spektrum und die Spinentspannungsmerkmale auswirkt. Román Picazo-Frutos, ein Student an der JGU und Hauptautor der Studie, erklärte, dass sie die Resonanzfrequenzen präzise bestimmt haben. „Unsere Methode ermöglicht es uns, Quantenchemieberechnungen mit experimentellen Daten zu vergleichen,“ sagte Picazo-Frutos. Die geringen Unterschiede zu den theoretischen Vorhersagen deuten darauf hin, dass Quantenchemiemodelle weiter verfeinert werden müssen.

Nullfeld-NMR erleichtert das Studium quadrupolarer Kerne und bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in komplexen Situationen und fortgeschrittenen Studien. Diese Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt dar und könnte zukünftige Methoden in der Quantenchemie und NMR-Spektroskopie revolutionieren. Wissenschaftler sind gespannt auf weitere Fortschritte und neue Anwendungen dieses Ansatzes.