Kernspin-Tomographie analysiert Stofftransportprozesse

Ingenieure und Naturwissenschaftler nutzen bildgebende Verfahren

Karlsruhe (pte014/30.03.2000/11:00) Die Kernspin-Tomographie wird sehr erfolgreich in der Medizin eingesetzt, ist eine der wirksamsten analytischen Methoden der chemischen und biologischen Forschung und bietet auch in der Physik breite Anwendungsmöglichkeiten: die kernmagnetische Resonanz (Nuclear Magnetic Resonance -NMR-). Mit ihr kann eine Vielzahl von Messgrößen bestimmt werden. http://www.uni-karlsruhe.de/~presse/Pressestelle/pi030.html

"Im Mittelpunkt des Interesses stehen Strukturen und Stofftransportprozesse in ingenieurwissenschaftlich interessierenden dispersen Systemen", so der Sprecher der Forschergruppe, Prof. Dr. rer. nat. Hans Buggisch vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik der Universität Karlsruhe. Unter dispersen Systemen versteht man Mischungen von Stoffen, die nicht molekular gemischt sind. Dabei liegt meist eine Komponente in disperser Form vor, das heißt in Gestalt von Feststoffpartikeln, Flüssigkeitstropfen oder Gasblasen. Beispiele sind Suspensionen, Emulsionen, Haufwerke und Packungen sowie poröse Feststoffsysteme.

Stofftransportprozesse in solchen Systemen spielen bei vielen natürlichen Vorgängen und verfahrenstechnischen Anwendungen eine wichtige Rolle. Sie treten unter anderem in den Bereichen Biologie (Wasser- und Safttransport in Pflanzen), Bodenmechanik (Be- und Entwässerung von Böden) und Baustofftechnologie, Erdölgewinnung (Mehrphasensystem aus Feststoffmatrix, Öl, Wasser, Gas), Trocknungstechnik, Fest-Flüssig-Trennung (Entfeuchtung von Haufwerken), Dispergierung (Auflösung von Instantagglomeraten), Imprägniertechnik (Bekleidung), Filtration, Diffusions- und Permeationsvorgänge in Thermoplasten und Elastomeren sowie Katalysetechnik auf.

Zur Beschreibung von Strömungsvorgängen in porösen Systemen wurde eine Vielzahl von theoretischen Modellen entwickelt. Problematisch ist häufig, dass die für Transportprozesse in der Feststoffmatrix relevanten strukturellen Eigenschaften des Porensystems nicht zufriedenstellend wiedergegeben werden können. Daher ist es unverzichtbar, Untersuchungen an realen Systemen (in Abmessungen, Materialien etc.) unter realen Bedingungen (Volumenstrom, Temperatur etc.) durchzuführen. Bei der visuellen Erfassung der Vorgänge im Inneren eines Systems ergeben sich mit traditionellen Messverfahren jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Es gilt daher zu untersuchen, ob moderne analytische Methoden und bildgebende Verfahren eine Lösung dieses Problems ermöglichen. Eine dieser Methoden ist die kernmagnetische Resonanz: Sie ist in ungeordneten, optisch undurchsichtigen Materialien einsetzbar und bietet sich deshalb für in-situ-Charakterisierungen heterogener, poröser und allgemein disperser Medien an.

Dieses große Nutzungspotenzial auch für die Ingenieurwissenschaften zu erschließen, ist Ziel einer neuen interdisziplinären Forschergruppe an der Universität Karlsruhe, an der neben Instituten der Fakultäten für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik sowie für Chemie das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) Karlsruhe, die Fachhochschule Karlsruhe und die Firma Bruker Analytik, Rheinstetten, beteiligt sind. Für die Forschergruppe wurde im Forschungszentrum Umwelt (FZU) der Universität ein zentrales NMR-Labor mit einem von der DFG finanzierten Kernspin-Tomographen (200 MHz Arbeitsfrequenz, vertikaler Supraleitungsmagnet) eingerichtet. Dort werden von den interessierenden Objekten 2- und 3-dimensionale NMR-Bilder mit einer Auflösung von unter 100 µm gefertigt: Sie bieten neuen Einblick ins Innere von technischen und natürlichen Materialien. (Universität Karlsruhe)

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