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Praktisch: Kernspinresonanzanalysen direkt im Erdmagnetfeld

Eine Gruppe Aachener und Jülicher Wissenschaftler hat eine Möglichkeit entdeckt, das Erdmagnetfeld für chemische Analysen zu nutzen: Statt die magnetischen Eigenschaften von Atomen in einem starken, künstlich erzeugten Magnetfeld zu beobachten, analysierten die Forscher das Verhalten der Atomkerne im Erdmagnetfeld ? und stellten fest, dass dieses sehr viel schwächere Feld unter bestimmten Bedingungen genauso viele Informationen liefern kann wie die aufwändigen künstlichen Felder.

Die so genannte Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) ist eine vielseitige analytische Methode, mit der Einblicke in die Zusammensetzung und den Aufbau von Materie möglich werden. Sie wird nicht nur für chemische Analysen verwendet, sondern bildet auch die Grundlage der bildgebenden Magnetresonanztomographie in der Medizin. Die Methode basiert darauf, dass Atomkerne durch ihre Bewegung winzige Magnetfelder erzeugen, deren Ausrichtung unter bestimmten Bedingungen durch das Anlegen eines äußeren Magnetfeldes verändert werden kann. Mithilfe zusätzlich eingestrahlter elektromagnetischer Wellen kann diese Ausrichtung beeinflusst werden, wodurch typische Signale entstehen.

Bislang ist die Anwendung der Methode dadurch eingeschränkt, dass zum Erzeugen der sehr großen äußeren Magnetfelder aufwändige Apparaturen und viel Energie benötigt werden. Die Wissenschaftler vom Forschunszentrum Jülich und der RWTH Aachen haben nun jedoch eine Technik entwickelt, mit der Kernspinresonanzanalysen vollkommen ohne künstliches Magnetfeld durchgeführt werden können: Nur mithilfe des Erdmagnetfeldes gelang es ihnen, den Unterschied zwischen gelöstem und gasförmigem Xenon sichtbar zu machen. Im Gegensatz zu früheren Versuchen solcher Analysen benötigten sie dazu nicht mehrere Kubikmeter Probenmaterial, sondern lediglich einige Milliliter.

Sollte sich die neue Technik auch weiterhin bewähren, könnten in Zukunft auch an Stellen NMR-Analysen durchgeführt werden, die bislang nicht zugänglich waren, schreiben die Forscher. So könnte beispielsweise die Zusammensetzung von Erdöl direkt an der Quelle bestimmt werden. Eine weitere Anwendung könnte auch die Messung sehr schwacher Magnetfelder sein, wie sie zum Beispiel lebende Materie umgeben.

Stephan Appelt ( Forschungszentrum Jülich) et al.: Physical Review Letters, Bd. 94, Artikel 197602

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