Una nuova metodologia per misurare RMN a campi magnetici molto bassi
Nelle analisi chimiche si usa la risonanza magnetica nucleare (RMN) ad alto campo per determinare la forma, la struttura e la funzione molecolare e per realizzare immagini di campioni chimici in modo non distruttivo. Al di fuori degli ospedali e dell’industria farmaceutica, la RMN è usata anche per ottenere informazioni sui campi fluidi, l’affinità di superficie e la chimica di superficie di supporti catalitici porosi-solidi e nelle rocce. Anche se utile la RMN è spesso costosa e richiede l’uso di forti campi magnetici che non sono compatibili con molti dei materiali che devono essere studiati. Per superare questo svantaggio, il progetto ODMR-CHEM, finanziato dall’UE, ha sviluppato una serie di strumenti che permettono agli scienziati di studiare i fluidi e l’attività chimica in miscele di materia solida e liquida che si trovano in reazioni di fase “Il nostro obiettivo era superare questa sfida usando la RMN a campi magnetici molto bassi, garantendo rilevazione chimica veloce ed efficiente, portabilità e basso costo,” dice il ricercatore del progetto, il dott. Michael Tayler. Introduzione del magnetometro atomico Uno dei principali risultati del progetto è stato l’uso dei recenti sviluppi nel settore dei magnetometri atomici e lo sviluppo di una nuova metodologia per misurare la RMN a campi magnetici molto bassi. “I magnetometri atomici sono i sensori magnetici più sensibili attualmente a disposizione,” spiega Tayler. “Inoltre, essendo sia altamente sostenibili che scalabili, i magnetometri sono un settore di importanza strategica per i programmi di ricerca dell’UE.” Il percorso per sviluppare questa metodologia è iniziato all’Università della California, Berkley (USA), dove Tayler ha imparato come costruire i magnetometri e come usarli quali sensori per la RMN sotto la guida di importanti gruppi di ricerca. In seguito ha portato queste conoscenze al Dipartimento di ingegneria chimica dell’Università di Cambridge, dove la sua ricerca si è concentrata sull’uso della RMN per studiare la chimica dei catalizzatori in-situ e in condizioni operative. Accanto – e a sostegno della – metodologia, i ricercatori del progetto hanno anche costruito uno spettrometro usato per la ricerca sulla RMN a basso campo a Cambridge. Adesso lo strumento non solo è usato per studiare la chimica dei materiali porosi, i ricercatori stanno anche studiando un suo potenziale uso come strumento di monitoraggio a basso costo delle reazioni utilizzabile quotidianamente nei laboratori. “Strumenti di livello mondiale sono importanti per la scienza quando si osservano nuovi fenomeni,” dice Tayler. “Costruendone uno nostro, come abbiamo fatto nell’ambito del progetto ODMR-CHEM, possiamo controllare gli esperimenti e quindi fare nuove scoperte più velocemente.” Progressi continui Anche se il progetto si è ufficialmente concluso, si continua a lavorare. Per esempio, i ricercatori stanno attualmente lavorando con il laboratorio di Cambridge e un importante esponente dell’industria petrolchimica. “Insieme stiamo studiando in che modo le tecniche sviluppate nel corso del progetto ODMR-CHEM possono essere applicate per capire come funzionano i catalizzatori reali e come queste conoscenze possono essere usate per massimizzare la loro efficienza,” aggiunge Tayler. “Finora, i risultati sono stati molto positivi.” Insieme ad altri gruppi in Europa, Tayler ha contribuito anche a creare una rete per la ricerca sulla risonanza magnetica a campo ultra-basso rivolta in particolare alla diagnosi medica, l’imaging a risoluzione ultra-alta e la fisica fondamentale. Il consorzio ha recentemente ricevuto finanziamenti nell’ambito del progetto ZULF NMR Marie Curie ITN/Orizzonte 2020.
Parole chiave
ODMR-CHEM, spettrometro, analisi chimica, nucleare, risonanza magnetica (RMN), magnetometri
