Overhauser DNP Verstärkung mit Benchtop NMR Spektrometern zur Prozessüberwachung

Das Ziel dieses Projekts ist es, die Empfindlichkeit von Benchtop NMR Experimenten an flüssigen Proben durch Signalverstärkung mittels Overhauser dynamic nuclear polarisation (ODNP) zu erhöhen. Dadurch werden zeitaufgelöste Messungen von Komponenten in sehr niedrigen Konzentrationen oder in kleinen Geometrien wie Mikrokapillaren möglich, was sie für verfahrenstechnische Anwendungen interessant macht. Da ODNP auf sehr kurzen Zeitskalen arbeitet, eignet sich diese Technik besonders gut zur kontinuierlichen Hyperpolarisierung von schnell fließenden Flüssigkeiten, bei denen herkömmliche NMR-Messungen nicht durchführbar sind.

Benchtop-NMR zur Qualitätsbeurteilung von Trauben für die Weinbereitung

In Weinkellereien ist eine verlässliche und schnelle Analytik der eingehenden Trauben von großer Bedeutung. Diese Trauben müssen hierbei u.a. auf Zucker- und Säuregehalt sowie auf Fäulnisindikatoren untersucht werden. Diese Analysewerte werden in der Regel mit FT-IR-Spektrometrie ermittelt. Dieses Messverfahren hat jedoch Nachteile, da es nicht nur große Messunsicherheiten aufweist, sondern auch eine regelmäßige Kalibrierung durch Referenzwerte benötigt. Die NMR-Spektrometrie bietet dabei Vorteile gegenüber der FT-IR-Spektrometrie, da sie eine höhere Auflösung ausweist und ermoglicht dabei eine direkte Quantifizierung der Signale. Das Benchtop-NMR-Spektrometer ist ein vergleichweise kostengünstiges und sehr kompaktes Gerät, welches für solche Anwendung eine wichtige Rolle spielen kann. Eine Herausforderung bei der Verwendung von Benchtop-NMR-Spektrometern liegt in der Verkürzung der vergleichsweise langen Messzeit ohne dabei die Sensitivität zu mindern. Um die im Vergleich zu klassischen NMR Spektrometern geringere Auflösung und Empfindlichkeit der Benchtop-NMR-Geräte zu kompensieren, wurde eine mathematische Auswertemethode entwickelt, welche auf einem quantenmechanischen Modell basiert. Ziel des Projektes ist die Erweiterung der Auswertungsmethode zur Anwendung auf weitere Komponenten, welche in sehr geringen Konzentrationen vorhanden sind. Dadurch können bspw. die Rebsorten identifiziert werden. Hierbei sollen die Bayessche Statistik sowie NMR Fingerprinting und Maschine Learing Methoden eingesetzt werden, um Informationen über unbekannte Komponenten zu erhalten.

Vorlesungsbetreuung

• Anwendung der Magnetresonanz für Naturwissenschaftler und Ingenieure (WS 2024/2025)

Sprechzeiten

Nach Vereinbarung

Veröffentlichungen

Vorträge

Poster

• B. Salgado, J. Phoung, J. Lueck, P. Nickolaus, U. Fischer, L. Keller, D. Holland, H. Hasse, F. Jirasek, K. Münnemann: Online Process Monitoring of Wine Fermentation by NMR Spectrscopy. Thermodynamik Kolloquium, Stuttgart, 25.-27.07.2024
• B. Salgado, J. Phoung, J. Lueck, P. Nickolaus, U. Fischer, L. Keller, D. Holland, H. Hasse, F. Jirasek, K. Münnemann: Benchtop NMR Spectroscopy for Quantitative Analysis of Grapes for Wine Production. qNMR SUMMIT, Buchs, 18.-20.09.2024
• B. Salgado, S. Passlack, S. Ehnert, M. Kopnarski: Quantitative Analysis of the Hydrogen Concentration on Surfaces using SNMS. Conference on Applied Surface and Solid Material Analysis, Zürich, 11.-13.09.2023