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Stoffliche Charakterisierung II: NMR und andere Methoden

Kernspinresonanzspektroskopie (NMR)

Die NMR-Spektroskopie zählt zu einer der wichtigen und häufig eingesetzten Methoden zur Bestimmung der Struktur und der Eigenschaften von Makromolekülen. Mittels NMR-Spektroskopie erhält man qualitative und quantitative Informationen bezüglich der Zusammensetzung und der mittleren Konfiguration entlang der Polymerkette.

Mit Hilfe der hochauflösenden NMR-Spektroskopie ermittelt man die Mikrostruktur von Polymeren sowie weitreichende Informationen über den Aufbau.

Sowohl die konventionelle Lösungs-NMR-Spektroskopie als auch die Festkörper-NMR-Spektroskopie gestatten Aussagen über die molekularen Bewegungen, die Beweglichkeit der Makromolekül-Kette, die Kristallinität und die Netzwerke.

Die NMR-Spektroskopie ist gerade bei der Analytik von Polymeren biologischen Ursprungs sehr effektiv, da die dort auftretenden Sekundärstrukturen sehr ausgeprägte Signale verursachen.

Beim Vergleich verschiedener Messungen muss man darauf achten, dass die Spektren eines Moleküls vom Lösemittel abhängen. Infolgedessen ist durch geeignete Lösemittel eine Trennung einzelner Resonanzsignale und damit eine Bestimmung der chemischen oder sterischen Sequenzlängenverteilung möglich.

Bei Polymethylmethacrylat (PMMA) z.B. beobachtet man für die Methoxy-Protonen in CDCl3 eine einzige Resonanzlinie, während man z.B. in Benzol drei Methoxy-Protonen-Signale beobachtet, die den drei möglichen Monomer-Triadenkonfigurationen zugeordnet werden können. Dabei hängt die Lage der Resonanzlinien vom verwendeten Lösemittel ab.

Bei speziellen Wechselwirkungen, z.B. Komplexbildung (u.a. Lanthan-Shift-Reagenzien), ist die Verschiebung gewisser Signale besonders stark. Die Linienbreite ist bei gelösten Polymeren immer wesentlich größer (typisch ist etwa zehnmal) als bei niedermolekularen Stoffen, da die durch die Segmentbewegung bedingte Mittelung des lokalen Feldes meist zu langsam erfolgt. Man arbeitet daher bei möglichst hohen Temperaturen.

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