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<!DOCTYPE html>

<title>Feldgradienten-NMR</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Feldgradienten-NMR</span></h1>

</header>

</div>

<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p><b>Feldgradienten-NMR</b> (abgekürzt häufig <b>PFG-NMR</b> von <span style="font-style:normal;font-weight:normal"><a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">englisch</a></span> <span lang="en-Latn" style="font-style:italic"><i>pulsed-field-gradient nuclear magnetic resonance</i></span>) ist eine spezielle Technik der <a href="Kernspinresonanzspektroskopie" title="Kernspinresonanzspektroskopie">Kernspinresonanzspektroskopie</a> (NMR-Spektroskopie).

</p><p>Sie ist als <a href="Kontrast" title="Kontrast">Kontrast</a>mechanismus auch die Grundlage für die <a href="Ortsaufl%C3%B6sung" title="Ortsauflösung">Ortsauflösung</a> in der <a href="Magnetresonanztomographie" title="Magnetresonanztomographie">Magnetresonanztomographie</a> (MRT) und der <a href="Diffusions-Tensor-Bildgebung" title="Diffusions-Tensor-Bildgebung">Diffusions-Tensor-Bildgebung</a>; letztere wird etwa zur Diagnose von <a href="Hirnsch%C3%A4digung" class="mw-redirect" title="Hirnschädigung">Hirnschädigungen</a> durch <a href="Schlaganfall" title="Schlaganfall">Schlaganfall</a> genutzt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Funktionsweise">Funktionsweise</h2></div>

<p>Während in der gewöhnlichen NMR-Spektroskopie in einem <a href="Homogenes_Feld" title="Homogenes Feld">homogenen</a> <a href="Magnetismus" title="Magnetismus">Magnetfeld</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle B_{0}}">

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle B_{0}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/03a3f39a56ba486e7c6ec89b99f5ae2a21fa75b6.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.818ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle B_{0}}" loading="lazy"></span> Signale als Funktion der <a href="Frequenz" title="Frequenz">Frequenz</a>, also <i><a href="Energie" title="Energie">energie</a>aufgelöst</i>, gemessen werden, verwendet man in der Feld<a href="Gradient" title="Gradient">gradienten</a>-NMR bewusst <a href="Inhomogen" class="mw-redirect" title="Inhomogen">inhomogene</a> Magnetfelder.

</p><p>Dies geschieht, indem durch zusätzliche Magnetfeld<a href="Spule_(Elektrotechnik)" title="Spule (Elektrotechnik)">spulen</a> <a href="Linearit%C3%A4t_(Physik)" title="Linearität (Physik)">lineare</a> Feldgradienten bekannter Größe erzeugt und dem Hauptfeld <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle B_{0}}">

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</semantics>

</p><p>Somit ergibt sich ein örtlich variierendes Magnetfeld <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle B_{0}(x,y,z)}">

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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/1fdd35c28a37bcca2dd18f2aac2c1356fa5b1ad6.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:10.269ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle B_{0}(x,y,z)}" loading="lazy"></span>, in dem die <a href="Kernspinresonanz" title="Kernspinresonanz">Resonanzfrequenz</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \omega _{0}}">

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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9a713d16c489051d4f515e12b1f86061c6be799b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.5ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle \omega _{0}}" loading="lazy"></span> eines <a href="Atomkern" title="Atomkern">Kerns</a> beschrieben ist durch eine bekannte Funktion <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \omega _{0}(x,y,z)}">

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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/1523c5014a17fae2ffe36865b4a3aa6f8b62816a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:9.951ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \omega _{0}(x,y,z)}" loading="lazy"></span> der Position des Kerns im Magnetfeld.

</p><p>Auf diese Weise ist es möglich, <i>ortsaufgelöste</i> NMR-Experimente durchzuführen, wobei man örtliche Informationen erhalten kann, z. B. die Position oder die räumliche Verschiebung „NMR-sichtbarer“ (meist <a href="Wasserstoff" title="Wasserstoff">wasserstoff</a>haltiger) <a href="Teilchen" title="Teilchen">Teilchen</a>.

</p><p>Zur Erzeugung des Gradienten in Richtung des Hauptfeldes werden <a href="Helmholtz-Spule#Anti-Helmholtz-Spule" title="Helmholtz-Spule">Maxwell-Spulen</a> verwendet, senkrecht dazu Golay-Spulen.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Man unterscheidet:

</p>

<ul><li>die Methode statischer Feldgradienten (SFG): der Magnetfeldgradient liegt die ganze Zeit an</li>

<li>die Methode gepulster Feldgradienten (PFG) der Magnetfeldgradient wird nur in Form kurzer <a href="Impuls" title="Impuls">Impulse</a> geschaltet.</li></ul>

<p>Letztere ist apparativ aufwändiger, hat aber den Vorteil deutlich höherer Signal<a href="Intensit%C3%A4t_(Physik)" title="Intensität (Physik)">intensitäten</a> und einfacher interpretierbarer Signalverläufe.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendungen">Anwendungen</h2></div>

<p>Die PFG-NMR dient neben den <a href="Bildgebungsverfahren" class="mw-redirect" title="Bildgebungsverfahren">Bildgebungsverfahren</a> vor allem zur Messung von Ortsveränderungen der beobachteten Teilchen während einer einstellbaren Zeit. Dabei wird in einem <a href="Spin-Echo" title="Spin-Echo">Spin-Echo</a>-Experiment die Bewegung von <a href="Molek%C3%BCl" title="Molekül">Molekülen</a> relativ zum örtlich variierenden Magnetfeld gemessen, und zwar:

</p>

<ul><li>bei <a href="Diffusion" title="Diffusion">Selbstdiffusionsvorgängen</a> über eine Abschwächung des NMR-Signals</li>

<li>bei gerichteten <a href="Str%C3%B6mungsmechanik" title="Strömungsmechanik">Fließbewegungen</a> über eine <a href="Phasenverschiebung" title="Phasenverschiebung">Phasenverschiebung</a>.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Selbstdiffusionsvorgänge"><span id="Selbstdiffusionsvorg.C3.A4nge"></span>Selbstdiffusionsvorgänge</h3></div>

<p>Im Gegensatz zu anderen Messverfahren für <a href="Diffusion" title="Diffusion">Selbstdiffusionskoeffizienten</a> kommt die Feldgradienten-NMR ohne spezielle <a href="Tracer_(Nuklearmedizin)" title="Tracer (Nuklearmedizin)">Tracersubstanzen</a> aus und kann deshalb auch zu <a href="Werkstoffpr%C3%BCfung#Zerstörungsfreie_Werkstoffprüfung" title="Werkstoffprüfung">zerstörungsfreien Messungen</a> in <a href="Por%C3%B6s" class="mw-redirect" title="Porös">porösen</a> Materialien eingesetzt werden.

</p><p>Außerdem kann die Beobachtungszeit variiert werden, über die die Diffusionsverschiebung gemessen wird (üblicherweise von einigen Millisekunden bis zu einigen Sekunden). Aus der Abhängigkeit des gemessenen <a href="Diffusionskoeffizient" title="Diffusionskoeffizient">Diffusionskoeffizienten</a> von der Beobachtungszeit können Rückschlüsse auf die Struktur des Systems gezogen werden (z. B. durch Auswertung der <a href="Anomale_Diffusion" title="Anomale Diffusion">anomalen Diffusion</a> bei einem Porensystem). Somit spielt die PFG-NMR eine herausragende Rolle in <a href="Geologie" title="Geologie">geologischen</a> Anwendungen und insbesondere in der <a href="Erd%C3%B6lf%C3%B6rderung" class="mw-redirect" title="Erdölförderung">Erdölindustrie</a> bei der nicht-invasiven Bestimmung von Porengrößen und -formen in unterschiedlich porösen <a href="Gesteine" class="mw-redirect" title="Gesteine">Gesteinen</a> und <a href="Sedimente_und_Sedimentgesteine" title="Sedimente und Sedimentgesteine">Sedimenten</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Fließvorgänge"><span id="Flie.C3.9Fvorg.C3.A4nge"></span>Fließvorgänge</h3></div>

<p>Während Diffusion eine <a href="Inkoh%C3%A4rent" class="mw-redirect" title="Inkohärent">inkohärente</a> <a href="Translation_(Physik)" title="Translation (Physik)">translatorische Bewegung</a> von Teilchen ist, sind Fließbewegungen <a href="Koh%C3%A4renz_(Physik)" title="Kohärenz (Physik)">kohärent</a>. Auch sie können mit den gleichen PFG-NMR-Methoden studiert werden, z. B. <a href="Blutkreislauf" title="Blutkreislauf">Blutfluss</a>-Messungen oder on-line-Flussmessungen in <a href="Verfahrenstechnik" title="Verfahrenstechnik">verfahrenstechnischen</a> Anlagen mit der PFG-Spin-Echo-Methode.

</p><p>Die Messung der kohärenten Bewegung <a href="Ladungstr%C3%A4ger_(Physik)" title="Ladungsträger (Physik)">elektrisch geladener Teilchen</a> (<a href="Ion" title="Ion">Ionen</a>, geladene <a href="Makromolek%C3%BCl" title="Makromolekül">Makromoleküle</a>) wird in der <b>„<a href="Elektrophorese" title="Elektrophorese">Elektrophoretischen</a> NMR“ (ENMR)</b> durchgeführt, wo Wanderungsgeschwindigkeiten bzw. <a href="Beweglichkeit_(Physik)" title="Beweglichkeit (Physik)">Beweglichkeiten</a> dieser Teilchen im <a href="Elektrisches_Feld" title="Elektrisches Feld">elektrischen Feld</a> bestimmbar werden.<sup id="cite_ref-Holz_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-Holz-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Hier wird also das PFG-NMR-Experiment in Anwesenheit eines <a href="Elektrischer_Strom" title="Elektrischer Strom">elektrischen Stromes</a> in der untersuchten <a href="Pr%C3%BCfk%C3%B6rper#Probekörper_in_der_Werkstoffprüfung" title="Prüfkörper">Probe</a> durchgeführt. Interessant ist dabei, dass in komplexen <a href="Gemisch" title="Gemisch">Gemischen</a> verschiedener geladener Teilchen die Teilchen einer bestimmten Sorte durch die Selektivität der NMR gezielt verfolgt werden können. Die elektrophoretische NMR kann daher u. a. zum Studium des Ladungstransports durch <a href="Membran_(Trennschicht)" title="Membran (Trennschicht)">Membranen</a> in <a href="Brennstoffzelle" title="Brennstoffzelle">Brennstoffzellen</a> und zur Messung der <a href="Elektrische_Ladung" title="Elektrische Ladung">elektrischen Ladung</a> bestimmter Makromoleküle (<a href="Polyelektrolyte" title="Polyelektrolyte">Polyelektrolyte</a>) eingesetzt werden.<sup id="cite_ref-Holz_2-1" class="reference"><a href="#cite_note-Holz-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Malcolm H. Levitt: <cite style="font-style:italic">Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance</cite>. 2. Auflage. John Wiley & Sons, New York 2008, ISBN 0-470-51117-6, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>77–78</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Feldgradienten-NMR&rft.au=Malcolm+H.+Levitt&rft.btitle=Spin+Dynamics%3A+Basics+of+Nuclear+Magnetic+Resonance&rft.date=2008&rft.edition=2.&rft.genre=book&rft.isbn=0470511176&rft.pages=77-78&rft.place=New+York&rft.pub=John+Wiley+%26+Sons" style="display:none"> </span></li>

<li><a href="Paul_T._Callaghan" class="mw-redirect" title="Paul T. Callaghan">Paul T. Callaghan</a>: <cite style="font-style:italic">Principles of Nuclear Magnetic Resonance Microscopy</cite>. Clarendon Press, Oxford 1991, ISBN 0-19-853997-5, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>162–165</span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://books.google.de/books?id=yjrjT_W5hygC">eingeschränkte Vorschau</a> in der Google-Buchsuche).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Feldgradienten-NMR&rft.au=Paul+T.+Callaghan&rft.btitle=Principles+of+Nuclear+Magnetic+Resonance+Microscopy&rft.date=1991&rft.genre=book&rft.isbn=0198539975&rft.pages=162-165&rft.place=Oxford&rft.pub=Clarendon+Press" style="display:none"> </span></li>

<li>Siegmar Braun, Hans-Otto Kalinowski, Stefan Berger: <cite style="font-style:italic">150 and More Basic NMR Experiments. A Practical Course</cite>. Wiley-VCH, Weinheim 1998, ISBN 3-527-29512-7 (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://books.google.de/books?id=nDEvAQAAIAAJ">eingeschränkte Vorschau</a> in der Google-Buchsuche).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Feldgradienten-NMR&rft.au=Siegmar+Braun%2C+Hans-Otto+Kalinowski%2C+Stefan+Berger&rft.btitle=150+and+More+Basic+NMR+Experiments.+A+Practical+Course&rft.date=1998&rft.genre=book&rft.isbn=3527295127&rft.place=Weinheim&rft.pub=Wiley-VCH" style="display:none"> </span></li>

<li><a href="Manfred_Holz" title="Manfred Holz">Manfred Holz</a>: <cite style="font-style:italic">Kontaktfreie Messung von Stofftransport durch NMR</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Nachr. Chem. Tech. Lab</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>34</span>. VCH, Weinheim 1986, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>858–864</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Feldgradienten-NMR&rft.atitle=Kontaktfreie+Messung+von+Stofftransport+durch+NMR&rft.au=Manfred+Holz&rft.btitle=Nachr.+Chem.+Tech.+Lab&rft.date=1986&rft.genre=book&rft.pages=858-864&rft.place=Weinheim&rft.pub=VCH&rft.volume=34" style="display:none"> </span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Garrett, Milan Wayne: <cite style="font-style:italic">Thick Cylindrical Coil Systems for Strong Magnetic Fields with Field or Gradient Homogeneities of the 6th to 20th Order</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Journal of Applied Physics</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>38</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>6</span>, 1967, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>2563–2586</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1063/1.1709950">10.1063/1.1709950</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Feldgradienten-NMR&rft.atitle=Thick+Cylindrical+Coil+Systems+for+Strong+Magnetic+Fields+with+Field+or+Gradient+Homogeneities+of+the+6th+to+20th+Order&rft.au=Garrett%2C+Milan+Wayne&rft.date=1967&rft.doi=10.1063%2F1.1709950&rft.genre=journal&rft.issue=6&rft.jtitle=Journal+of+Applied+Physics&rft.pages=2563-2586&rft.volume=Bd.+38" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-Holz-2"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-Holz_2-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-Holz_2-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text">Manfred Holz: <i>Field-Assisted Diffusion Studied by Electrophoretic NMR</i> In: <a href="Paul_Heitjans" title="Paul Heitjans">Paul Heitjans</a>, <a href="J%C3%B6rg_K%C3%A4rger" title="Jörg Kärger">Jörg Kärger</a> (Hrsg.): <i>Diffusion in Condensed Matter. Methods, Materials, Models.</i> Greatly enlarged and completely revised edition. Springer, Berlin u. a. 2005, ISBN 3-540-20043-6, S. 717–742.</span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4529007-6">4529007-6</a></span> </div>

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