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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

PublikationenZeitschriftenPTB-NewsPTB-News 2005.3 > Gegen den Trend: NMR-Messungen bei niedrigen Feldern
Gegen den Trend: NMR-Messungen bei niedrigen Feldern

Um die spektrale Auflösung zu erhöhen, werden heute bei kernmagnetischen Resonanzmessungen (NMR-Messungen) immer stärkere statische Magnetfelder eingesetzt. Man kann aber auch den entgegengesetzten Weg gehen und mit supraleitenden Quanteninterferometern (SQUIDs) bei sehr niedrigen Feldern NMR-Spektren mit exzellenter spektraler Auflösung aufzeichnen. In der PTB wurde ein Niedrigfeld-NMR-Spektrometer entwickelt, das im neuen magnetischen Abschirmraum BMSR-2 eine Auflösung von weit unter 1 Hz erreicht. Das eröffnet die Möglichkeit verbesserter und neuartiger NMR-Messungen.

Gemessenes NMR-Spektrum von destilliertem Wasser bei einem Detektionsfeld von 900 nT. Anders als bei hohen Detektionsfeldern wird die natürliche Linienbreite von rund 0,15 Hz nur unwesentlich durch die Messeinrichtung verbreitert.

Es erscheint zunächst überraschend, dass bei sehr niedrigen Feldern von einigen Mikro- oder sogar Nanotesla Flussdichte eine spektrale Auflösung erreicht werden kann, die diejenige konventioneller Hochfeldspektrometer weit übertrifft. Der Grund ist ganz einfach: Die Resonanzlinien werden immer durch Feldinhomogenitäten verbreitert, die mit der Feldstärke skalieren. Deshalb wird beispielsweise bei magnetischen Flussdichten zwischen 40 nT und 4 mT die Aufzeichnung der natürlichen Linienbreiten von Benzol, Chloroform oder destilliertem Wasser um 0,1 Hz möglich. Da im Niedrigfeldbereich die chemische Verschiebung verschwindet, vereinfachen sich auch die Spektren komplexerer Moleküle. In Zusammenarbeit mit den Universitäten Magdeburg und Jena wurden für eine Reihe von molekularen Systemen, die verschiedene Kernmomente enthalten, breitbandige „Low field“-NMR-Spektren gemessen und numerisch simuliert. Dabei erwies sich, dass die Auflösung der so genannten heteronuklearen J-Kopplungen allein von den natürlichen Breiten der Resonanzlinien begrenzt war. Das höhere Auflösungsvermögen der neuen Technik ermöglicht deshalb eine bessere Analyse von Reaktionen, an denen verschiedene Kerne beteiligt sind.

Diese Ergebnisse erlauben die Prognose, dass im Niedrigfeldbereich auch MR-Bildgebung für die Medizin möglich ist. Da zudem die körpereigenen Magnetfelder, die durch bioelektrische Ströme im Herzen oder im Gehirn erzeugt werden, die gleiche Größenordnung haben, können sie von den SQUIDs simultan aufgezeichnet werden. Damit ergibt sich die interessante neue Möglichkeit, Funktion und Anatomie von Organen mit einer einzigen Messung zu untersuchen.

Ansprechpartner:

Abteilung 8.22
Telefon: 030-3481-7238

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF