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Field-Cycling

Laboratoriumsmethoden und -geräte, Feldzyklus-NMR, Verfahren zur Bestimmung der Zeit für die Spin-Gitter-Relaxation in der NMR als Funktion der Resonanzfrequenz über einen mehrere Grössenordnungen umspannenden Magnetfeldbereich. Durch konventionelle Messungen der NMR-Relaxation bei konstanten Magnetfeldern kann die Relaxationszeitdispersion nur schlecht bestimmt werden, da NMR-Probenköpfe nur in relativ schmalen Frequenzbereichen befriedigende Gütefaktoren aufweisen und bei niedrigen Larmor-Frequenzen nur ein sehr schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt wird; ausserdem ist das elektromagnetische Rauschen durch zivilisatorische Einflüsse (Elektrosmog) in diesen Frequenzbereichen besonders stark. Beide Probleme werden bei der Feldzyklus-Methode umgangen: Die Probe wird in einem relativ hohen Magnetfeld B0 (»Polarisationsfeld«, üblicherweise ca. 1 T) aufmagnetisiert. Ist das Gleichgewicht erreicht, wird das Feld sehr schnell (in einigen 100 s) auf den Wert BR geschaltet, bei dem die Relaxationszeit bestimmt werden soll (»Relaxationsfeld«). Zur Detektion der verbleibenden Magnetisierung nach einer Zeit t wird das Feld wieder auf einen höheren Wert (»Detektionsfeld«) geschaltet. Dieser ist häufig, aber nicht zwingend, mit dem Polarisationsfeld identisch. Zur Messung der Relaxationszeit beim Feld BR wird dieses Experiment für verschiedene Werte von t wiederholt. Die Relaxationszeit T1(BR) ergibt sich dann durch exponentielle Regression über die bei der Detektion erhaltenen Signalamplituden.

Feldzyklus-Messungen haben sich bisher vor allem in Polymeren, porösen Medien, biologischen Systemen, Flüssigkristallen sowie in metallischen Systemen bewährt. Es wurde auch ein Feldzyklus-Spektrometer für Elektronenspins realisiert.

 

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