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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
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Aufbau und Anwendung einer Apparatur zur parawasserstoffgestützten Hyperpolarisation von Protonen und Heterokernen
Language: German
Referees: Buntkowsky, Prof. Dr. Gerd ; Gutmann, Apl. Prof. Torsten
Date: 14 March 2024
Place of Publication: Darmstadt
Collation: VI, 140 Seiten
Date of oral examination: 26 February 2024
DOI: 10.26083/tuprints-00026755
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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

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.

English
Uncontrolled Keywords: Signalverstärkung, Parawasserstoff, PHIP, SABRE, Nullfeld, Benchtop, NMR
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-267557
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 540 Chemistry
Divisions: 07 Department of Chemistry > Eduard Zintl-Institut
07 Department of Chemistry > Eduard Zintl-Institut > Physical Chemistry
Date Deposited: 14 Mar 2024 13:15
Last Modified: 18 Mar 2024 08:15
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/26755
PPN: 516336967
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