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In der vorliegenden Arbeit wurde die Methode der magnetischen Kernspinresonanz (NMR) eingesetzt, um beim Schadstoffabbau stattfindende Prozesse und geochemische Reaktionen zerstörungs- und beprobungsfrei zu untersuchen. Dies ist möglich, da die gelösten Elektronenakzeptoren Sauerstoff und Eisen paramagnetisch sind und somit einen Ein uss auf die NMRRelaxationszeiten ausüben. Der lineare Zusammenhang zwischen der gelösten Sauerstoff- beziehungsweise Eisen-Konzentration und den NMR-Relaxationsraten 1/T1 und 1/T2 wurde quantifiziert. Weiterhin wurde der bereits bekannte Einfluss der Matrixoberflächen von porösen Medien auf die Relaxation von Wasser nachgewiesen. Die paramagnetischen Zentren auf Sandoberflächen führen ebenfalls zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten. Es wurde gezeigt, dass die kleinsten Korngrößen der verwendeten Sande den größten Einfluss auf die Oberflächenrelaxation haben. Wird die Oberflächenrelaxation berücksichtigt, ist auch in porösen Medien die ermittelte lineare Abhängigkeit der Relaxationszeiten von der Ionenkonzentration anwendbar, um den Gehalt an gelösten paramagnetischen Ionen aus Relaxationsmessungen zu ermitteln. Beispielhaft wurde der Anstieg der Eisen(III)-Konzentration in der Porenlösung von natürlichen Sanden infolge der Auflösung eisenhaltiger Mineralien von den Oberflächen zeitlich und räumlich detailliert betrachtet. Eine durchgeführte Modellierung zeigte, dass das Reaktionssystem zu Beginn der Reaktion von der Diffusion dominiert wird, am Ende dann die Reaktionsgeschwindigkeit der bestimmende Parameter ist. Die beim biologischen Schadstoffabbau auftretenden Redoxprozesse des Eisens wurden durch rein chemische Reaktionen unter Verwendung von Oxidations- und Reduktionsmitteln simuliert. Die zeitlich und räumlich detaillierte Beobachtung des Anstiegs beziehungsweise des Abfalls der gelösten Eisen(III)-Konzentration in der (Poren-)Lösung war mit NMR-Relaxometrie trotz der Schnelligkeit der Reaktionen möglich. Mit Hilfe der anschli

In der vorliegenden Arbeit wurde die Methode der magnetischen Kernspinresonanz (NMR) eingesetzt, um beim Schadstoffabbau stattfindende Prozesse und geochemische Reaktionen zerstörungs- und beprobungsfrei zu untersuchen. Dies ist möglich, da die gelösten Elektronenakzeptoren Sauerstoff und Eisen paramagnetisch sind und somit einen Ein uss auf die NMRRelaxationszeiten ausüben. Der lineare Zusammenhang zwischen der gelösten Sauerstoff- beziehungsweise Eisen-Konzentration und den NMR-Relaxationsraten 1/T1 und 1/T2 wurde quantifiziert. Weiterhin wurde der bereits bekannte Einfluss der Matrixoberflächen von porösen Medien auf die Relaxation von Wasser nachgewiesen. Die paramagnetischen Zentren auf Sandoberflächen führen ebenfalls zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten. Es wurde gezeigt, dass die kleinsten Korngrößen der verwendeten Sande den größten Einfluss auf die Oberflächenrelaxation haben. Wird die Oberflächenrelaxation berücksichtigt, ist auch in porösen Medien die ermittelte lineare Abhängigkeit der Relaxationszeiten von der Ionenkonzentration anwendbar, um den Gehalt an gelösten paramagnetischen Ionen aus Relaxationsmessungen zu ermitteln. Beispielhaft wurde der Anstieg der Eisen(III)-Konzentration in der Porenlösung von natürlichen Sanden infolge der Auflösung eisenhaltiger Mineralien von den Oberflächen zeitlich und räumlich detailliert betrachtet. Eine durchgeführte Modellierung zeigte, dass das Reaktionssystem zu Beginn der Reaktion von der Diffusion dominiert wird, am Ende dann die Reaktionsgeschwindigkeit der bestimmende Parameter ist. Die beim biologischen Schadstoffabbau auftretenden Redoxprozesse des Eisens wurden durch rein chemische Reaktionen unter Verwendung von Oxidations- und Reduktionsmitteln simuliert. Die zeitlich und räumlich detaillierte Beobachtung des Anstiegs beziehungsweise des Abfalls der gelösten Eisen(III)-Konzentration in der (Poren-)Lösung war mit NMR-Relaxometrie trotz der Schnelligkeit der Reaktionen möglich. Mit Hilfe der anschli

In dieser Arbeit wird die magnetische Kernspinresonanz (NMR) als zerstörungsfreies Verfahren eingesetzt, um Umsetzungsprozesse des Eisens zu untersuchen. Im Labor wurden NMR-Relaxationszeitmessungen durchgeführt, über die auf die Verteilung und zeitliche Änderung gelöster Eisenspezies geschlossen werden kann. Diese Umsetzungsprozesse spielen im Grundwasser bei sich ändernden Redox- oder pH-Verhältnissen eine wichtige Rolle. In den untersuchten Proben konnte nicht nur Fe2+ von Fe3+ gleicher Konzentration unterschieden werden, sondern es ließen sich auch quantitativ Änderungen der jeweiligen Eisenkonzentration in Lösung ableiten. Dies wurde benutzt, um Auflösungs-, Ausfällungs- und Redoxprozesse von Fe-Ionen in wässriger Lösung oder in gesättigten natürlichen Sanden zu untersuchen. Die Messungen der Prozesse mit zeitlicher und räumlicher 1D-Auflösung zeigen das Wechselspiel einer Reaktion, die anfangs von Diffusion bestimmt wird, und bei der am Ende dann die effektive Reaktionsgeschwindigkeit der limitierende Parameter ist. In this study, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), a non-destructive measurement technique, has been applied for investigation of iron turn-over processes. In non-invasive laboratory experiments, iron dissolution and precipitation reactions in saturated natural sands were observed spatially and temporally. These processes play an important role in groundwater with varying redox and pH conditions. Redox reactions turning Fe2+ into Fe3+ and Fe3+ into Fe2+ were detected in aqueous solution by the difference in magnetic relaxation times. Furthermore, the spatial distribution of the iron reduction reaction, the consumption and diffusive transfer to and from the reaction sites, was observed in a 1D set-up with natural sands. The achieved spatial resolution was less than one millimetre while repeating measurements every half an hour. It showed the system changing from diffusion-limited to reaction-limited.

Limestones and karstified limestones (dolostones) from a Permian aquifer in Central Germany were studied by 1H 2D NMR relaxometry and PFG NMR diffusometry, aiming at a non-destructive characterization of the pore space. Information concerning pore size distribution and water diffusion were in accord for different samples of each type of rock, but differed fundamentally between limestones and dolostones.The results of the 2D relaxometry measurements revealed a ratio of surface relaxation times T1/T2 of about 2 for the limestones and about 4.5 for the dolostones, mirroring the different content of iron and manganese in the solid pore walls. In consideration of thin section interpretation, the corresponding fraction in the T1-T2 relaxation time distributions was attributed to interparticle porosity. Porosity of large vugs is clearly displayed by relaxation times longer than 1 s in the dolostones only. A third fraction of the total water-saturated pore space in the dolostones, which is clearly displayed in the 2D relaxation time distributions at the smallest relaxation times and a T1/T2 ratio of about 12, is attributed to intrafossil porosity. The porosity classification, basing on non-destructive NMR experiments, is verified by mercury intrusion porosimetry and thin section interpretation.