Advances in low-field NMR relaxometry

• Fortschritte in der Niederfeld-NMR Relaxometrie

Jaschtschuk, Denis; Blümich, Bernhard (Thesis advisor); Adams, Alina Reghina (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Verlagshaus Mainz (2019)
Buch, Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Hardware Entwicklung. Drei unilaterale NMR Sensoren wurden konzipiert, gebaut und charakterisiert. Ausgehend von der NMR-MOUSE wurde die Variation der Polarisationsrichtung der Magnete als Herangehensweise für zwei neue Sensoren mit einer erhöhten Eindringtiefe gewählt, da dies Einfluss auf die Position und Größe des sensitiven Volumens hat. Zusätzlich zur erhöhten Eindringtiefe hat die Magnetanordnung eine Verringerung der Magnetfeldstärke und des Gradienten zur Folge. Der dritte konzipierte Sensor ist auf hexagonalen Magneten. Es handelt sich um einen unilateralen Magneten mit zwei sensitiven Volumina 4 mm oberhalb der Sensoroberfläche. Durch geschicktes Ausnutzen der intrinsischen Wartezeiten der Pulssequenzen ist es mögliche beide Spulen ohne jegliche Beeinflussung "quasi-parallel" zu bedienen.Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Anwendungen von Niederfeld-NMR Relaxometrie. Messungen an Sommer-, Winter- und Sportreifen haben gezeigt, dass mit zerstörungsfreien NMR Untersuchungen Informationen auf molekularer Ebene erhalten werden können. Mithilfe von Kontrastparametern wie der Protonendichte und Relaxations-zeitverteilungen können sowohl Unterschiede zwischen verschiedenen Schichten eines Reifens, als auch zwischen verschiedenen Reifen festgestellt werden. Des Weiteren wurden Tiefenprofile von antiken Fresken in Ostia Antica gemessen. Zum ersten Mal wurde mittels mobiler NMR nachgewiesen, dass tieferliegende Schichten von überlagerten Fresken anhand von Amplituden und Relaxationszeiten identifiziert werden können. Zusätzlich konnten Einflüsse von Restaurationsmethoden und charakteristische Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen Fresken von hoher Qualität nachgewiesen werden. Weiterhin wurden Messungen von Relaxationszeitenverteilungen mit einem kompakten Halbach Sensor durchgeführt um das Adsorptions- und Desorptionsverhalten von Methan in CdIF-13, einem neuartigen MOF, bei verschiedenen Drücken und Temperaturen zu untersuchen. Anhand der verschiedenen transversalen Relaxationszeiten war es möglich die drei Hauptpeaks dem MOF Material, freiem Methan und einem Gemisch aus inter- und intraporösem Methan zuzuordnen. Eine Veränderung der transversalen Relaxationszeiten konnte mit dem charakteristischen Hysterese Verhalten während des Druck An- und Abstiegs in Verbindung gebracht werden.