Bericht zum 20. DMG Shortcourse "Anwendungen der Festkörper NMR Spektroskopie in der mineralogischen und geowissenschaftlichen Forschung"
in Bochum vom 30. Mai – 02.Juni 2023
Auch in diesem Jahr wurde von Seiten der DMG/DGK ein Shortcourse zum Thema NMR Spektroskopie ausgerichtet. Unter der Leitung von Dr. Michael Fechtelkord konnten sich Teilnehmer aus unterschiedlichsten Fachdisziplinen (z.B. Zementchemie, Petrologie oder Chemieingenieurwesen) eingehend mit den analytischen Möglichkeiten der Festkörper NMR Spektroskopie befassen.
Dieser Kurs bot für Doktoranden und wissenschaftliche Mitarbeiter die interessante Möglichkeit eine Wiederholung der physikalischen Grundlagen der Methodik mit praktischen Beispielen zu kombinieren, oder einen verständlichen Einstieg in die NMR-Spektroskopie zu erhalten. Während morgens die theoretischen Grundlagen und Pläne für den Tag erarbeitet wurden, befasste man sich nachmittags mit der praktischen Arbeit. Neben der Präparation von zu messenden Proben konnten die Kursteilnehmer sogar selbst Messungen am Gerät durchführen.
Am Beispiel der 1H Spin-Gitter-Relaxation von Tetramethylammoniumjodid, sowie der Berechnung von Aktivierungsenergien und Korrelationszeiten für die entdeckten Relaxationssignale der Ammonium- und Methylumgebungen wurde ebenfalls gezeigt wie stark der Einfluss der Messtemperatur auf erhaltene NMR Spektren sein kann. Der Kurstag klang dann bei Getränken und Essen in der Kneipe „Filou“ aus, wo man sich unter den Teilnehmern besser kennen lernte.
Am nächsten Tag wurden dipolare und chemische Verschiebungs-Wechselwirkungen vorgestellt und ihr Einfluss auf die erhaltenen Spektren erläutert. Wir konnten feststellen, dass sich z.B. Probensignale gar nicht so einfach von Rotationsseitenbanden und Verunreinigungen unterscheiden lassen. Hier erwies sich die Auswertesoftware DMFit2020 als sehr hilfreiches Werkszeug. Wie in der Geschichte der NMR Spektroskopie, markierte auch der Mittwochnachmittag einen entscheidenden Wendepunkt im Ablauf des Kurses. Das Entfernen von Anisotropieeffekten durch Magic Angle Spinning (MAS) Probenköpfe eröffnete völlig neue analytische Möglichkeiten. Diese Technik wurde im praktischen Teil verwendet, um 29Si, 19F und 1H Kerne in synthetischen Phlogopiten zu untersuchen. Sie zeigte klar, dass die NMR Spektroskopie hervorragend als Komplementärtechnik zu Diffraktionsmethoden geeignet ist und gerade dann interessant wird, wenn Dotierungen oder natürlich „verunreinigte“ Minerale betrachtet und ihre strukturellen Besonderheiten aufgeklärt werden sollen.
Der dritte Kurstag befasste sich mit den Anwendungsmöglichkeiten von Multipulstechniken und den Grundlagen des Kreuzpolarisationsexperiments (CP). Im praktischen Teil wurde ein kontaktzeitabhängiges CPMAS Experiment an Kaoliniten durchgeführt. Im Nachgang wurden Atomabstände zwischen Si- und H-Kernen bestimmt. Dies ließ sich mit einer einfachen Tabellenkalkulation realisieren.
Der letzte Tag widmete sich den Quadrupolkernen (Spinquantenzahl I > 0,5). Als Beispiele wurden die Kerne 23Na und 27Al in verschiedenen Salzen und Korund gemessen und analysiert.
Im Theorieteil wurde der Fokus auf weitere NMR Methodiken wie „Double Rotation“ (DOR) oder Multi-Quanten-Magic-Angle Spinning (MQMAS) und Satellite Transition Spectroscopy (SATRAS) gelegt. Spätestens zu diesem Zeitpunkt wurde klar, dass man eher vier Jahre als Tage benötigt, um sämtliche Festkörpermethoden des NMRs zu verstehen und praktisch anwenden zu können.
Die Zeit reichte jedoch aus um eine allgemeine Vorstellung für die unterschiedlichen Ansätze zu entwickeln und zu begreifen, welche Informationen mit welchem Verfahren gewonnen werden können. Generell kann man festhalten, dass der gegebene Überblick sehr hilfreich für die Planung zukünftiger Projekte, sowie für die Auswertung von bereits gestellten wissenschaftlichen Fragen ist.
Christian Felten, Henning Kruppa, Michael Wenzel
RWTH Aachen
