Low field nuclear magnetic resonance spectroscopy of hyperpolarized spin systems

• Niederfeldkernspinresonanzspektroskopie an hyperpolarisierten Spinsystemen

Colell, Johannes; Appelt, Stephan (Thesis advisor); Blümich, Bernhard (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2016)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Die Ergebnisse der Dissertation sind in drei Abschnitte einzuteilen. Im ersten Abschnitt wurde ein für hochauflösende Niederfeldkernspinresonanzspektroskopiegeeignetes Elektromagnetsystem geplant, angefertigt und evaluiert. Im Folgenden wurde das neu entwickelte experimentelle Setup für Kernspinresonanzexperimente im Niederfeld in Kombination mit Hyperpolarisationsverfahren eingesetzt. Im zweiten Abschnitt wurde der neue Aufbau zur Untersuchung des Spin Polarization Induced Nuclear Overhauser Effects und Spektroskopie an hyperpolarisiertem Xenon verwendet. Im dritten Abschnittwurde para-Wasserstoff induzierte Polarisation experimentell und theoretisch untersucht. Zu Abschnitt 1: Aufgrund der hohen Präzisionsanforderungen anspektroskopietaugliche Magnete wurden alle Spulen (1 Hauptfeldspule, 4 Shimspulen) sorgfältig vermessen und ggf. neu angefertigt. Das System wurde mit Stromquellen unterschiedlicher Zeitkonstanz getestet und theoretische und experimentell erreichbare Homogenität verglichen. Zu Abschnitt 2: Im Rahmen der SPINOE Experimente (1) konnte gezeigt werden, dass SPINOE nicht ausschließlich auf organische Moleküle anwendbar ist. Weiterhinwurde experimentell gezeigt, dass sogenannte "stark gekoppelte Spinsysteme" auch bei höheren Feldstärken vorliegen. Zu Abschnitt 3: Um den Stand der Theorie des para-Wasserstoff induzierten Polarisationsprozesses (PHIP) voranzutreiben wurde zunächst eine für die im Abschnitt 1 ermittelten Leistungsparameter des experimentellen Aufbaus geeignete chemische Verbindung hergestellt, ein geeignetes Katalysatorsystem für den bei para-Wasserstoff induzierter Polarisation erforderlichen katalytischen Hydrierungsschritt ermittelt. Im folgenden wurde das Hydrierungssystem durch Spektroskopie bei unterschiedlichen Magnetfeldstärken, ermöglicht durch das in Abschnitt 1 konstruierte System, untersucht. Die erzielten Ergebnisse konnten zur Ableitung und Verifizierung (2) der heteronuklearen Dreispindichtematrix eingesetzt werden, welche eine wichtigen Referenzpunkt für PHIP Experimente darstellt. (1) Experimente wurden in Kollaboration mit dem ERS Besuchern Prof. Dr. K. Ishikawa, Kyoto University und Dr. B. Patton, UC Berkeley durchgeführt. (2) In Kollaboration mit M. Sc. P. Türschmann und Prof. S. Appelt.