Quantitative Durchfluss-NMR-Spektroskopie und Anwendungen der Durchfluss-NMR-Spektroskopie in Lösung, in überkritischen Fluiden und in der Gasphase

Abstract

Die Durchfluss-NMR-Spektroskopie findet im Bereich der Naturwissenschaften, der pharmazeutischen Industrie sowie in den Ingenieurwissenschaften immer größeres Interesse. Aufgrund ihres breiten Anwendungsbereiches kann die Durchfluss-NMR-Spektroskopie Informationen von gasförmigen, überkritischen und flüssigen Medien liefern. Sie ermöglicht neben den allgemein bekannten Informationen aus NMR-Spektren auch die Beobachtung von Reaktionen sowie die Untersuchungen von Reaktionskinetiken. Nach wie vor ist die Aufnahme von quantitativ auswertbaren Durchfluss-NMR-Spektren problematisch. Durch das Einbringen von paramagnetischen Relaxationsreagenzien können jedoch die langen Spin-Gitter-Relaxationszeiten, von z.B. Kohlenstoffatomen oder Protonen in überkritischen Fluiden, verkürzt und so NMR-Signale mit deutlich erhöhter Signalintensität erhalten werden. Gegenüber statischen NMR-Spektren kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis im Durchfluss bei einer Flussrate von 20 ml/min und dem Einsatz von paramagnetischen Relaxationsreagenzien um den Faktor 75 gesteigert werden. Neben der Untersuchung von Reaktionen selbst (z.B. Aminen in überkritischem Kohlendioxid) eignet sich die Durchfluss-NMR-Spektroskopie auch zur Untersuchungen von Reaktionskinetiken. Aus der quantitativen Spektrenanalyse lassen sich somit thermodynamische Daten gewinnen.

Flow NMR spectroscopy finds more and more interest in the field of natural science, pharmaceutical industry and engineering science. Due to its broad application, flow NMR spectroscopy can give information from gaseous, supercritical and liquid substances. Besides the well-known information of NMR spectra, it is possible to observe reactions and also to investigate reaction kinetics. Hereby, acquisition of quantitative NMR spectra is still challenging. By inserting immobilized paramagnetic substances in the flow path it is possible to decrease long spin-lattice relaxation times of nuclei like 13C and protons in supercritical fluids. This will increase the signal intensity of NMR spectra in flow mode. Compared with the static experiment, the use of immobilized paramagnetic substances in the flow path and an applied flow rate of 20 ml/min leads to an increase in the signal-to-noise ratio by 75. Besides the observation of reactions themselves (e.g. amines in supercritical carbon dioxyd), flow NMR spectroscopy is useful to investigate reaction kinetics. Therefore, thermodynamic data can be obtained by quantitative analysis of NMR spectra.