17 O-Zentrallinien-NMR- Untersuchungen der ultralangsamen Wassermoleküldynamik in Tetrahydrofuran-Clathrat-Hydrat und hexagonalem Eis

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der stimulierten Echo-Spektroskopie, ein wichtiges Festkörper-NMR-Verfahren zur Detektion ultralangsamer dynamischer Prozesse. Bisher konnte diese Methode ausschließlich für vergleichsweise schwache interne Wechselwirkungen und somit nur für einige wenige NMR-aktive Atomkerne, wie z.B. 13C, 2H oder 7Li angewendet werden. Die in dieser Arbeit vorgestellte Weiterentwicklung auf theoretischer Ebene erlaubt es nun den Anwendungsbereich dieser Methode auf eine deutlich höhere Anzahl von Isotopen des Periodensystems auszuweiten, falls die entsprechenden Probensysteme eine starke Wechselwirkung zwischen dem Kernquadrupolmoment und der elektrischen Ladungsverteilung in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kerns aufweisen. Polykristalline Proben mit solch einer starken quadrupolaren Wechselwirkung können mit typischen Anregungsbreiten im 100 kHz-Bereich nur selektiv angeregt werden, was dazu führt, dass Zentrallinien-NMR betrieben werden muss. Neben der theoretischen Herleitung der Methode ist diese experimentell erfolgreich mit Hilfe der 17O-Zentrallinien-NMR an hexagonalem Eis und am eisähnlichen System Tetrahydrofuran-Clathrat-Hydrat getestet worden. Es konnte das Arrhenius-Verhalten der lokalen Wassermoleküldynamik abgebildet sowie der langsame Bewegungsprozess des Wassermoleküls nachgewiesen werden. Weitere auf der stimulierten Zentrallinien-Echo-Spektroskopie aufbauende Methoden, um beispielweise Bewegungsgeometrien untersuchen zu können, sind ebenfalls an den beiden Proben getestet worden.