Letztes Update am Mi, 18.01.2017 09:51

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Linzer Forscher detektieren winzige chemische Signale



Linz/Wien (APA) - Wenn es um die Analyse organischer Substanzen geht, gibt es für Chemiker ein Mittel der Wahl: die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR). In einer österreichisch-französischen Kooperation ist es nun gelungen, die Empfindlichkeit dieser Methode bei einer bestimmten Problemstellung zu verbessern, wie die Wissenschafter im Fachjournal „Nature Communications“ berichten.

Es ist ein bisschen, wie die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen zu suchen: die Detektion einer kleinen Menge eines Stoffes, der mit einer großen Menge eines ähnlichen Stoffes vermischt ist. Hier stößt selbst die weitverbreitete und ansonsten ausgesprochen zuverlässige NMR-Methode an ihre Grenzen.

NMR beruht auf der Detektion der elektromagnetischen Strahlung, die von einem Atom ausgesandt wird, wenn das magnetische Moment in seinem Kern umkippt. Dazu muss sich das Atom in einem äußeren Magnetfeld befinden. Das Kippen wird durch Bestrahlung von außen angeregt.

Handelt es sich bei der zu untersuchenden Probe um eine organische Verbindung, werden üblicherweise ihre Wasserstoffatome ins Visier genommen. Dabei nutzt man aus, dass die Frequenz der ausgesandten Strahlung von den Nachbaratomen des Wasserstoffs beeinflusst wird. Die Messung der verschiedenen auftretenden Frequenzen lässt also Rückschlüsse auf die chemische Verbindung zu.

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Problematisch wird es allerdings, wenn man sehr ähnliche Stoffe untersuchen will, die noch dazu in stark unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen. So besteht etwa nur ein winziger Unterschied zwischen der Frequenz eines Wasserstoffatoms, das an herkömmlichen Kohlenstoff gebunden ist, und der eines Wasserstoffatoms in Verbindung mit einem selteneren Isotop von Kohlenstoff. In einer konventionellen NMR-Messung geht dabei das Signal des Isotops meist im viel stärkeren Signal der anderen Verbindungen unter.

Zusammen mit einem französischen Kollegen haben Chemiker der Universität Linz nun eine Methode entwickelt, um diesem Problem beizukommen. „Im Wesentlichen benutzen wir die Magnetisierung des großen Signals, um das kleinere Signal zu verstärken“, erklärt Norbert Müller vom Institut für Organische Chemie der Universität Linz und einer der Projektleiter gegenüber der APA. Dabei stellten sie auch Mängel an einer seit knapp 30 Jahren gültigen Theorie fest und entwickelten eine neue, generelle Theorie zu ihrer Detektionsmethode.

Den Forschern zufolge könnte das neue Konzept weitreichende Anwendung finden. „Unsere Methode könnte sich überall dort als nützlich erweisen, wo man an sich gleiche chemische Verbindungen mit verschiedenen Isotopen unterscheiden möchte“, so Müller. Das reiche von chemischen Untersuchungen an lebenden Organismen bis zur Bestimmung der Herkunft von Lebensmitteln.

(SERVICE - Internet: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms13914)




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