Kärnmagnetisk resonans (NMR) används i ett brett spektrum av tillämpningar. I kemi, kärnmagnetisk resonansspektroskopi används som standard för analysändamål, medan han var på det medicinska området, magnetisk resonanstomografi (MRT) används för att se strukturer och ämnesomsättning i kroppen. Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) och Helmholtz Institute Mainz (HIM), arbetar i samarbete med gästforskare från Novosibirsk i Ryssland, har utvecklat en ny metod för att observera kemiska reaktioner.

För detta ändamål använder de NMR-spektroskopi, men med en ovanlig twist:Det finns inget magnetfält. "Denna teknik har två fördelar. Till att börja med, vi kan analysera prover i metallbehållare och, på samma gång, vi kan undersöka mer komplexa ämnen som består av olika typer av komponenter, sade professor Dmitry Budker, chef för den Mainz-baserade gruppen. "Vi tror att vårt koncept kan vara extremt användbart när det kommer till praktiska tillämpningar."

Som en kemisk teknik, NMR-spektroskopi används för att analysera ämnens sammansättning och för att bestämma deras strukturer. Högfälts-NMR används ofta, vilket möjliggör oförstörande undersökning av prover. Dock, denna metod kan inte användas för att observera kemiska reaktioner i metallbehållare eftersom metallen fungerar som en sköld, förhindrar penetration av de relativt höga frekvenserna. Av denna anledning, NMR-provbehållare är vanligtvis gjorda av glas, kvarts, plast, eller keramik. Vidare, högfälts-NMR-spektra för heterogena prover som innehåller mer än en komponent tenderar att vara dåliga. Det finns mer avancerade koncept men dessa har ofta nackdelen att de inte möjliggör in situ-övervakning av reaktioner.

Användning av noll- till ultralågfältsmagnetisk resonans föreslås som en lösning

Teamet ledd av professor Dmitry Budker har därför föreslagit användningen av noll- till ultralågfältskärnmagnetisk resonans, ZULF NMR för kort, för att kringgå problemen. I detta fall, på grund av frånvaron av ett starkt externt magnetfält, en metallbehållare har ingen skärmningseffekt. Forskargruppen använde ett titanprovrör och ett konventionellt NMR-provrör i glas för jämförelse i sina experiment. I varje fall, para-berikad vätgas bubblades in i en vätska för att initiera en reaktion mellan dess molekyler och vätet.

Resultaten visade att reaktionen i titanröret lätt kunde övervakas med hjälp av ZULF NMR. Det var möjligt att observera kinetiken för den pågående reaktionen med hög spektroskopisk upplösning medan paravätegas kontinuerligt bubblade. "Vi förväntar oss att ZULF NMR kommer att finna tillämpning inom området för katalys för operando- och in situ-reaktionsövervakning samt i studiet av kemiska reaktionsmekanismer under realistiska förhållanden, " skriver forskarna i sin artikel publicerad i den ledande vetenskapliga tidskriften Angewandte Chemie International Edition .

Tre forskare från International Tomography Centre i Novosibirsk var också involverade i projektet, nämligen professor Igor V. Koptyug, en gästforskare vid HIM i Mainz, Dudari B. Burueva, en doktorand från Koptyug som också var gästforskare och en gemensam förstaförfattare till den nu publicerade studien, och Dr Kirill V. Kovtunov. "Tyvärr, vår kollega Kirill Kovtunov gick bort under förberedelserna av manuskriptet till denna publikation. Hans bidrag var mycket viktiga för oss, " erkände professor Dmitry Budker. Dessutom, en grupp unga forskare från HIM och JGU samarbetade i forskningsprojektet, nämligen den gemensamma förstaförfattaren Dr James Eills, och Dr. John W. Blanchard, tillsammans med doktoranderna Antoine Garcon och Román Picazo Frutos.