Techniklexikon

Kreuzpolarisation

Festkörperphysik, cross polarisation, NMR-Standardtechnik zum Verstärken und Zuordnen von NMR-Linien, bei der mittels der Hartmann-Hahn-Bedingung selten vorkommende Spins S mit häufigen Spins I gekoppelt werden. Die Technik wird oft mit MAS kombiniert.

In Festkörpern wird mittels Kreuzpolarisation das Signal von S verstärkt, indem während einer Kontaktzeit I im Spin-Lock (Spinlocking) gehalten wird, S zur Sättigung gebracht wird und die "heissen" und "kalten" Spins koppeln (Spintemperatur), so dass ein Magnetisierungstransfer stattfindet.

Kreuzpolarisation ist ein Doppelresonanzexperiment, das meist zwischen ¹H (I) und ¹³C (S) durchgeführt wird. Ausser ¹H sind ¹⁹F und ³¹P die einzigen nützlichen Quellen für I. Die Signale von ²⁹Si und anderen Spin-1 / 2-Kernen werden ebenso verstärkt wie in neuerer Zeit die von Quadrupolkernen wie ¹⁷O, ²³Na und ²⁷Al.

Eine andere Nutzung der Kreuzpolarisation liegt in einer verbesserten Signalauflösung, die dadurch erzielt wird, dass das Signal der S-Spins entfernungsabhängig unterdrückt wird, da die Dipol-Dipol-Kopplung proportional zu 1 / r³ ist. S-Kerne, die nahe bei der Kreuzpolarisationsquelle I sind, tragen daher in kurzen Kontaktzeiten sehr viel grössere Signale zum Spektrum bei als S-Kerne, die weiter entfernt sind. Indem man die Kontaktzeit variiert, lassen sich so Bindungslängen diskriminieren.

Bei der Kombination mit MAS hat man zum einen den Vorteil schmalerer Linien, andererseits verringert sich das Kreuzpolarisationssignal aber u.U. stark bei schwach Proton-gekoppelten Systemen und hohen Spinning-Geschwindigkeiten, da bei der Kreuzpolarisation sowohl die ¹H-¹H als auch die ¹H-¹³C Dipol-Dipol Kopplungen wichtig sind, die mit MAS ja gerade eliminiert werden sollen.

Kreuzpolarisation: Hartmann-Hahn Kreuzpolarisations-Pulsfolge. Der Protonen- und der ¹³C-Kanal sind separat aufgeführt, um die zeitlichen Korrelationen während des Experimentablaufs zu verdeutlichen.