Techniklexikon

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 B_R 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 B_R wird dieses Experiment für verschiedene Werte von t wiederholt. Die Relaxationszeit T₁(B_R) 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.