Prozessautomation & Messtechnik Neue Lösungsansätze mit NMR für die 
Analytik – geht das, Frau Dr. Guthausen?

„Wie verbrennt Biomasse? Nicht alles lässt sich über die direkte Beobachtung nachvollziehen. Hier helfen Kernspinresonanz-(NMR)-Geräte. Das Wissen auf diesem Gebiet bündeln das KIT und die RWTH Aachen im Gerätezentrum Pro²NMR. Seit Ende 2013 gibt es dieses Zentrum mit zwei Standorten: in Aachen und in Karlsruhe. Die Deutsche Forschungsmeinschaft (DFG) fördert das Projekt für zunächst drei Jahre.

Der Weg zu diesem Zentrum hat sich schon seit einigen Jahren abgezeichnet. Wir haben viele Anfragen erhalten, die – in einem Kompetenzzentrum gebündelt – effektiver bearbeitet werden können. Deshalb haben wir die Initiative der DFG aufgegriffen und ein Gerätezentrum beantragt. Im Mittelpunkt steht bei Pro²NMR die Nutzung von NMR-Großgeräten unter Bündelung vorhandener Ressourcen, um diese analytische Methode einem breiteren Publikum zugänglich zu machen. Das bedeutet: Auch Universitäten und Unternehmen außerhalb des Pro²NMR können Anfragen stellen.

Mit dem Gerätezentrum Pro²NMR verfolgen wir drei Ziele: Auf der gesellschaftlichen Ebene geht es um die effektive Nutzung von Forschungsgeldern, die gemeinsame Nutzung von sehr teuren Geräten sowie die Bildung von Wissenspools für Anwender und Methodenentwickler. Bei den wissenschaftlichen Zielsetzungen geht es zum einen um detaillierte Einblick in Prozesse, also in der Konsequenz um Prozess­optimierung, Ressourceneinsparung, Zeitreduktion sowie die Optimierung von Energie und stofflichem Einsatz. Weiter haben wir uns vorgenommen, reale Produkte zu untersuchen – beispielsweise in Richtung Qualitäts- und Prozesskontrolle, aber auch um neue komplexe Materialien und Stoffe besser zu verstehen.

Ein Beispiel dafür sind multiple Emul­sionen. Klassisch werden Emulsionsstrukturen mit Lichtstreuung gemessen. Bei Doppelemulsionen bestehen allerdings eine Konzentrationsabhängigkeit und das Problem der Mehrfachstreuung. Die klassische Messmethodik führt also zu Fehlinterpretationen. Wir haben eine NMR-Methode weiterentwickelt, Ansätze gab es schon in der Fachliteratur: Multiple Emulsionen können nun per NMR-Diffusionsmessung in ihrer Struktur und Zusammensetzung charakterisiert werden.

Neben den Anwendungen geht es beim NMR-Gerätezentrum Pro²NMR auch um die Methodenentwicklung. Unser Fokus liegt dabei auf gekoppelten Techniken und vor allem aber auf der Niederfeld-Spektroskopie. Niederfeld-NMR hat nämlich im Vergleich zum Hochfeld im industriellen Umfeld einen großen Vorteil: Es ist wartungsärmer, robuster und wesentlich leichter zu bedienen. Es darf erwartet werden, dass diese Art der NMR auch in der Prozessanalytik und der Qualitätskontrolle künftig eine Rolle spielen wird."