Aufbau und Anwendung einer Apparatur zur parawasserstoffgestützten Hyperpolarisation von Protonen und Heterokernen

Theiß, Franziska (2024)
Aufbau und Anwendung einer Apparatur zur parawasserstoffgestützten Hyperpolarisation von Protonen und Heterokernen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026755
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26755

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anwendung von hyperpolarisierten Molekülen wie Dimethylmaleinat und Thiourea sowohl in einem Hochfeld-NMR-Spektrometer als auch in einem Niedrigfeld-NMR-Spektrometer untersucht. Dabei wurden verschiedene Hyperpolarisationstechniken und Transfertechniken der ¹H-Hyperpolarisation auf Kerne wie ¹³C und ¹⁵N untersucht, um Signalverstärkungsfaktoren im Hoch- und Niedrigfeld zu bestimmen. Dafür mussten standardisierte Bedingungen für die Hyperpolarisation, den Transfer und die Messung gewährleistet werden. Weshalb die Apparatur modernisiert und vereinfacht wurde, um ¹H-hyperpolarisierte Signale von Proben mit schneller Relaxationszeit und niedriger Konzentration zu detektieren. Dies wurde erfolgreich an einem schnell relaxierenden Biopolymer getestet. Anschließend lag der Fokus auf dem Transfer der Hyperpolarisation von Protonen auf Heterokerne wie ¹³C und ¹⁵N. Ein vorhandener SABRE-Aufbau ermöglichte den Test von magnetfeldabhängigen Polarisationstransfers. Mittels dieses SABRE-SHEATH-Aufbaus wurden erfolgreich ¹³C- und ¹⁵N-Signalverstärkungen erzielt. Die etablierte SABRE-SHEATH-Technik wurde erfolgreich eingesetzt, um hochverstärkte ¹³C-NMR-Signale von Thiourea aufzunehmen und zu untersuchen. Die Installation eines Benchtop-NMR-Spektrometers ermöglichte Experimente im Magnetfeldbereich der bildgebenden NMR-Technik. Um die PHIP- und SABRE-Techniken auch am Benchtop-Spektrometer verwenden zu können, wurden die Apparatur entsprechend erweitert. Dies ermöglicht die Untersuchung der Hyperpolarisation an beiden Spektrometern, ohne dass eine Isotopenmarkierung der Probe erforderlich ist, und ebenso können die Probenkonzentrationen niedrig gehalten werden. Automatisierte Abläufe ermöglichen eine effiziente Durchführung von PHIP- und SARBE-Experimenten mit wenig Eingriff des Experimentators.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2024

Autor(en):

Theiß, Franziska

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Aufbau und Anwendung einer Apparatur zur parawasserstoffgestützten Hyperpolarisation von Protonen und Heterokernen

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Buntkowsky, Prof. Dr. Gerd ; Gutmann, Apl. Prof. Torsten

Publikationsjahr:

14 März 2024

Ort:

Darmstadt

Kollation:

VI, 140 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

26 Februar 2024

DOI:

10.26083/tuprints-00026755

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26755

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

In the course of this work, the application of hyperpolarized molecules such as dimethyl maleate and thiourea was investigated using both a high-field NMR spectrometer and a low-field NMR spectrometer. Various hyperpolarization techniques and transfer techniques of ¹H hyperpolarization to nuclei such as ¹³C and ¹⁵N were examined to determine signal enhancement factors in high and low fields. Standardized conditions for hyperpolarization, transfer, and measurement had to be ensured. Therefore, the apparatus was modernized and simplified to detect ¹H-hyperpolarized signals from samples with fast relaxation times and low concentrations. This was successfully tested on a rapidly relaxing biopolymer. Subsequently, the focus shifted towards the transfer of hyperpolarization from protons to hetero nuclei such as ¹³C and ¹⁵N. An existing SABRE setup allowed testing of magnetic field-dependent polarization transfers. Using this SABRE-SHEATH setup, successful enhancements of ¹³C and ¹⁵N signals were achieved. The established SABRE-SHEATH technique was successfully used to record and examine highly enhanced ¹³C NMR signals from thiourea. The installation of a benchtop NMR spectrometer enabled experiments in the magnetic field range of imaging NMR technology. To apply the PHIP and SABRE techniques on the benchtop spectrometer, the apparatus was accordingly extended. This enables investigation of hyperpolarization on both spectrometers without the need for isotopic labeling of the sample, and similarly, sample concentrations can be kept low. Automated processes allow for efficient execution of PHIP and SARBE experiments with minimal intervention from the experimenter.

Englisch

Freie Schlagworte:

Signalverstärkung, Parawasserstoff, PHIP, SABRE, Nullfeld, Benchtop, NMR

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-267557

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Eduard Zintl-Institut
07 Fachbereich Chemie > Eduard Zintl-Institut > Fachgebiet Physikalische Chemie

Hinterlegungsdatum: