Untersuchung der Diffusion in heterogenen Systemen mit PFG-MAS-NMR-Spektroskopie

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Die Möglichkeiten des Erkenntnisgewinns mittels ¿pulsed field gradient¿ (PFG) NMR, die zu einem beispiellosen Wissenszuwachs und einer grundlegenden Revision bisheriger Vorstellungen zur Diffusion in komplexen Systemen (insbesondere in Zellmembranen und in nanoporösen Wirt-Gast-Systemen) geführt hat, sind aus methodischen Gründen bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Ursache hierfür ist, dass es in diesen Systemen - als Folge entweder der sich durch deren Selbstorganisation nicht ausmittelnden kernmagnetischen Dipol-Dipol-Wechselwirkung (Membranen) oder der den Schüttungen nanoporöser Partikel immanenten Heterogenität in der Probensuszeptibilität - zu einer starken Linienverbreiterung des NMR-Signals im Vergleich zum freien Fluid kommt. Dies bedeutet einerseits eine starke Einschränkung der Möglichkeit selektiver Diffusionsmessungen an Mehrkomponentensystemen als einer grundlagentheoretisch wie technisch bedeutsamen Aufgabe, da diese auf der Unterscheidbarkeit zwischen verschiedenen Linien und damit auf deren Schärfe beruhen. Zum Zweiten sind vergrößerte Linienbreiten gleichbedeutend mit einem beschleunigten Abbau der transversalen Komponente der ihnen entsprechenden Magnetisierung, und dies wiederum mit einer Verringerung der maximal möglichen Gradientenimpulsbreite und somit einer dramatischen Verschlechterung der Ortsauflösung. Damit entfällt die Möglichkeit der selektiven Beobachtung molekularer Bewegungen in den unterschiedlichen Bereichen nanostrukturierter Systeme. Unter Verwendung eines NMR-Microimaging-Systems sollen im kombinierten Einsatz von PFG und MAS NMR beide bisher bestehenden Mängel überwunden und mit exemplarischen Diffusionsmessungen an Biomembranen und zeolithischen Wirt-Gast-Systemen die neuen Möglichkeiten belegt werden.