NMRdiffusometrie

NMRdiffusometrie bezeichnet ein Verfahren der Kernspinresonanz (NMR), das die molekulare Selbstdiffusion in Proben messbar macht. Am häufigsten eingesetzt wird die Pulsfeldgradient-NMR (PFG-NMR). Grundprinzip ist die Verwendung von Gradientenpulsen, die die Phasen der Spins entsprechend ihrer räumlichen Verschiebung verschlüsseln. Nach dem Gradienteneinsatz verbleibt je nach Diffusionskoeffizient D ein unterschiedliches Signal, das sich mit der Stärke der Gradienten erhöht oder verringert. Die Auswertung erfolgt typischerweise über die Stejskal-Tanner-Gleichung, wobei S/S0 exponentiell mit dem Parameter b zusammenhängt: S/S0 = exp(-b D). Hier bestimmt b Größe, Form und Dauer der Gradientenpulse sowie die Diffusionszeit Δ; γ ist das Gyromagnetoratio des Kernarteils (z. B. 1H). In vielen Anwendungen wird zudem die diffusion-gewichtete Spektroskopie (DOSY) genutzt, um in komplexen Mischungen einzelne Komponenten anhand ihrer Diffusionskoeffizienten zu trennen und zu identifizieren.

Typische Anwendungsfelder sind Chemie, Biologie und Materialwissenschaft: Bestimmung der Größenordnung von Molekülen in Lösung, Untersuchung von Aggregation, Verfolgung von Stofftransport in Poren, Hydrogels oder Biomembranen sowie Qualitäts- und Freisetzungsstudien in der Pharmazie. Vorteile sind Non-Destruktivität und direkte Quantifizierung der Diffusion; Einschränkungen ergeben sich durch Anforderungen an NMR-aktive Kerne, Temperaturstabilität, Probenhomogenität, Signal-Rausch-Verhältnis sowie mögliche Verzerrungen durch reaktive oder restriktive Diffusion in Poren oder bei mikroskopischen Strukturen.