1. Magnetic Interactions Influencing Spectral Analysis and Quantitation in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
- Author
-
Harri Heikkinen, University of Helsinki, Faculty of Science, Doctoral Programme in Chemistry and Molecular Research, University of Helsinki, VTT Technical Research Centre of Finland, Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Kemian ja molekyylitutkimuksen tohtoriohjelma, Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, Doktorandprogrammet i kemi och molekylära vetenskaper, Nielsen, Ulla Gro, and Kilpeläinen, Ilkka
- Subjects
Kemia - Abstract
There are many chemical analytical techniques available to probe molecular structures. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy is an analytical spectroscopy technique that exploits strong external magnetic field and is capable of elucidating and quantifying molecular structures at the atomic level. NMR spectrum is typically measured from dissolved materials or directly from solid materials. The influence of magnetic interactions in solution and solid-state define the information that is obtainable from the NMR spectrum. The molecular motion and mobility play a key role. The obtainable spectral resolution in solid-state is usually lower than in the liquid state due to the presence of anisotropic interactions, which are not averaged out like in solution state. In NMR this means that the spectra, which contain the structural information, can be visually very different. These phenomena, combined with the need to obtain quantitative information, need to be addressed with proper considerations when acquiring and interpreting NMR data. This thesis focuses on the impact of relevant magnetic interactions in NMR via selected chemical structure studies of materials such as lignin, Ziegler-Natta (ZN) and aluminosilicate catalysts and cellulose. On olemassa useita kemiallisia analytiikka tekniikoita, joilla voidaan tutkia molekyylien atomitason rakenteita. Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia (NMR) on analyyttinen spektroskooppinen tekniikka, joka hyödyntää voimakasta ulkopuolista magneettikenttää ja jolla voi tunnistaa ja määrittää molekyylien atomitason rakenteita ja määriä. NMR-spektri mitataan tyypillisesti liuotetusta tutkittavasta yhdisteestä, liuoksesta tai vaihtoehtoisesti myös suoraan kiinteästä materiaalista. Tutkittavien molekyylien magneettiset interaktiot määrittelevät pitkälti minkälaista informaatiota NMR-spektristä on mahdollista analysoida. Molekyylien liikkeellä on tässä asiassa suuri vaikutus. Saatavilla oleva NMR-spektrin resoluutio on tyypillisesti huonompi, jos NMR-spektri on mitattu kiinteästä materiaalista, kuin liuotetusta yhdisteestä. Tämä johtuu lähinnä anisotropiasta ja dipolaarisista kytkennöistä, joiden vaikutus liuostilan NMR-spektristä puuttuu. Käytännössä tämä näkyy siten, että liuostilan ja kiinteätilan NMR-spektrit voivat olla visuaalisesti hyvin erinäköisiä. Tämä spektrien fyysinen eroavaisuus yhdistettynä kvantitatiivisen atomitason tiedon määritykseen spektrin perusteella voi johtaa vääriin johtopäätöksiin. Tässä väitöskirjassa käsitellään magneettisten interaktioiden vaikutusta yleisesti NMR-spektroskopiassa ja NMR-rakennetutkimuksessa valikoitujen materiaalien (ligniini, Ziegler-Natta katalyytit, aluminosilikaatti katalyytit ja muokatut selluloosamolekyylit) avulla.
- Published
- 2019