La risonanza magnetica nucleare (NMR) è impiegata in un'ampia gamma di applicazioni. In chimica, spettroscopia di risonanza magnetica nucleare è in uso standard per scopi di analisi, mentre in campo medico, la risonanza magnetica (MRI) viene utilizzata per vedere le strutture e il metabolismo nel corpo. Scienziati della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e dell'Helmholtz Institute Mainz (HIM), lavorando in collaborazione con ricercatori in visita da Novosibirsk in Russia, hanno sviluppato un nuovo metodo di osservazione delle reazioni chimiche.

A tale scopo utilizzano la spettroscopia NMR, ma con una svolta insolita:non c'è campo magnetico. "Questa tecnica ha due vantaggi. Per cominciare, siamo in grado di analizzare campioni in contenitori metallici e, allo stesso tempo, possiamo esaminare sostanze più complesse costituite da diversi tipi di componenti, " ha detto il professor Dmitry Budker, capo del gruppo con sede a Magonza. "Pensiamo che il nostro concetto potrebbe essere estremamente utile quando si tratta di applicazioni pratiche".

Come tecnica chimica, La spettroscopia NMR viene utilizzata per analizzare la composizione delle sostanze e determinarne le strutture. L'NMR ad alto campo è spesso usato, che consente l'esame non distruttivo dei campioni. Però, questo metodo non può essere utilizzato per osservare reazioni chimiche in contenitori metallici perché il metallo funge da scudo, impedendo la penetrazione delle frequenze relativamente alte. Per questa ragione, I contenitori per campioni NMR sono generalmente realizzati in vetro, quarzo, plastica, o ceramica. Per di più, gli spettri NMR ad alto campo di campioni eterogenei contenenti più di un componente tendono ad essere scarsi. Esistono concetti più avanzati, ma questi hanno spesso l'inconveniente di non rendere possibile il monitoraggio in situ delle reazioni.

L'uso della risonanza magnetica a campo da zero a ultrabasso proposto come soluzione

Il team guidato dal professor Dmitry Budker ha quindi proposto l'uso della risonanza magnetica nucleare a campo da zero a ultrabasso, ZULF NMR in breve, per aggirare i problemi. In questo caso, a causa dell'assenza di un forte campo magnetico esterno, un contenitore di metallo non avrà un effetto schermante. Il gruppo di ricerca ha utilizzato una provetta in titanio e una provetta NMR in vetro convenzionale per il confronto nei loro esperimenti. In ogni caso, Il gas idrogeno para-arricchito è stato fatto gorgogliare in un liquido per avviare una reazione tra le sue molecole e l'idrogeno.

I risultati hanno mostrato che la reazione nel tubo di titanio poteva essere facilmente monitorata utilizzando ZULF NMR. È stato possibile osservare la cinetica della reazione in corso con un'elevata risoluzione spettroscopica mentre continuava a gorgogliare gas paraidrogeno. "Prevediamo che ZULF NMR troverà applicazione nel campo della catalisi per il monitoraggio operando e delle reazioni in situ, nonché nello studio dei meccanismi di reazione chimica in condizioni realistiche, " scrivono i ricercatori nel loro articolo pubblicato sulla principale rivista scientifica Angewandte Chemie Edizione Internazionale .

Nel progetto sono stati coinvolti anche tre ricercatori del Centro Internazionale di Tomografia di Novosibirsk, vale a dire il professor Igor V. Koptyug, uno studioso in visita presso gli HIM di Magonza, Dudari B. Burueva, un dottorando di Koptyug che era anche uno studioso in visita e un primo autore congiunto dello studio ora pubblicato, e il dottor Kirill V. Kovtunov. "Purtroppo, il nostro collega Kirill Kovtunov è deceduto durante la preparazione del manoscritto per questa pubblicazione. I suoi contributi sono stati molto importanti per noi, " ha riconosciuto il professor Dmitry Budker. Inoltre, un gruppo di giovani scienziati di HIM e JGU ha collaborato al progetto di ricerca, vale a dire il primo autore congiunto Dr. James Eills, e il dottor John W. Blanchard, insieme ai dottorandi Antoine Garcon e Román Picazo Frutos.