Scherper kijken met nieuwe hoge-resolutie vaste stof NMR
29 maart 2016
Onderzoekers van het IMM (Institute for Molecules and Materials) van de Radboud Universiteit hebben een nieuwe NMR techniek ontwikkeld. Deze zogenaamde `microspoel probe technologie' maakt het mogelijk om met monstervolumes van slechts 50 nanoliter of een equivalent van tientallen microgrammen
te werken en zal de bepaling van 3D moleculaire structuren van o.a. (bio)polymeren of polymorfen van farmaceutische verbindingen nauwkeuriger maken.
De ontwikkeling werd als onderdeel van het NWO Chemische Wetenschappen TA-COAST project "Localized Spectroscopy of Polymers by Solid-State NMR" gedaan. In dit project werken bedrijven Teijin Aramid, DSM, Philips Health Care, Spinnovation en Noviotech samen met prof. Arno Kentgens en onder
andere promovendus Ole Brauckmann aan de ontwikkeling van betere methodes voor de karakterisering van polymeren en materialen.
In de vaste stof NMR is het gebruikelijk om materialen te bestuderen als poeders waarbij er relatief veel (enkele tientallen milligrammen)materiaal nodig is. Onderzoekers gebruiken deze techniek daarom zelden als ze beschikken over weinig materiaal of als ze materialen in hun functionele vorm
als kristal, individuele polymeervezel of dunne film willen bestuderen. De "microspoel probe technologie", brengt hier verandering in. Niet alleen kunnen kleine hoeveelheden worden gemeten, maar ook de resolutie van proton NMR spectra wordt significant beter. Hogere resolutie betekent
scherpere lijnen waardoor de informatie-inhoud van de spectra toeneemt en de gevoeligheid verder wordt vergroot. De eerste resultaten met de nieuwe probe zijn veelbelovend en werden recentelijk in het blad Phys Chem Chem Phys gepubliceerd.
Twee keer zo hoge protonresolutie
In de Vloeistof- NMR is het opnemen van Proton-NMR gebruikelijk: de piekposities van de protonresonanties van een molecuul bieden veel informatie over de structuur en dynamica van dat molecuul. Daarnaast zijn de signalen van protonen heel sterk en leveren dus de beste gevoeligheid op. Door de
sterke koppelingen van protonen in de vaste stof geven Proton-NMR experimenten van de vaste fase meestal zeer slecht opgeloste spectra met een lage informatie-inhoud. Er is wereldwijd dan ook veel aandacht voor het verhogen van de protonresolutie, bijvoorbeeld door het gebruik van snellere
`magic angle spinning' (MAS) probes en hogere externe magneetvelden. In de uit dit project voortkomende publicatie laten de onderzoekers zien dat homonucleaire ontkoppelingsexperimenten in hun microprobe leiden tot een protonresolutie die ruim twee keer hoger is dan de beste resultaten die tot
nu toe zijn gepubliceerd.
Snellere verbindingen
De ontwikkelde microNMR probe is bovendien een driekanaalsprobe, zodat men meerdere atoomkernen (bijvoorbeeld protonen, koolstof en stikstof) tegelijk kan bestuderen. Voor het verkrijgen van spectra van laaggevoelige isotopen, zoals 13C en 15N, is het voordelig om de signalen te verkijgen via
hun koppeling met de protonen. Zo kan informatie worden verkregen over welke chemische groepen in een molecuul of materiaal in elkaars buurt zitten of hoe ze bewegen. Ook kan men bijvoorbeeld het bestaan van waterstofbruggen in een materiaal zien. De ontwikkelde aanpak zal de bepaling van 3D
moleculaire structuren van onder andere (bio)polymeren of polymorfen van farmaceutische verbindingen sneller en nauwkeuriger maken,. Dat is interessant voor zowel het academisch onderzoek als voor industriele toepassingen.
Bron: NWO