Väitöstilaisuus Oulun yliopistossa

 

Väittelijä
Filosofian lisensiaatti Jani Saunavaara

Tiedekunta ja laitos
Luonnontieteellinen tiedekunta, fysikaalisten tieteiden laitos
(08) 553 1308

Oppiaine
Fysiikka

Väitöstilaisuus
5.6.2009 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, Raahensali (L10)

Aihe
Use of atomic and molecular probes in NMR studies of materials and a construction of a xenon-129 hyperpolarizer

Tunnustelija-atomien ja -molekyylien hyödyntäminen materiaalien NMR-tutkimuksissa ja hyperpolarointilaitteiston rakentaminen ksenon-129-ytimelle

Vastaväittäjä
Dr. Christopher I. Ratcliffe, Steacie Institute for Molecular Sciences, National Research Council of Canada

Kustos
Professori Jukka Jokisaari

 

---

Uusia menetelmiä materiaalien tutkimukseen

Kaikki materiaali koostuu pohjimmiltaan atomeista ja molekyyleistä. Atomien ja molekyylien kokoluokka on kuitenkin huomattavasti pienempi, kuin mitä perinteisen optisen mikroskopian avulla voidaan tarkastella. Materiaalien perimmäisen rakenteen selvittämiseen tarvitaan siis muita menetelmiä.

NMR-spektroskopia on yksi tärkeimmistä menetelmistä molekyylien tutkimuksessa, mutta sen sovellukset, kuten diffuusiomittaukset tai magneettikuvaus, mahdollistavat materiaalien tutkimuksen myös molekyylejä suuremmassa mittakaavassa. Ksenonatomeita ja SF6-molekyylejä voidaan hyödyntää niin sanottuina NMR-tunnustelijoina. Kyseiset kaasut liukenevat hyvin nesteisiin tai nestekiteisiin, jolloin ksenon- tai fluoriytimestä mitattavan NMR-signaalin avulla voidaan havainnoida niiden ympäristöä. Tätä voidaan hyödyntää muun muassa näytteen lämpötilan määrityksessä tai nestekiteiden ominaisuuksien tutkimuksessa. NMR-signaalin perusteella voidaan lisäksi mitata kaasujen diffuusiota näytteessä, jolloin esimerkiksi nestekiteiden rakenteesta saadaan hyvin tarkkaa tietoa.

Radiotaajuuksinen NMR-signaali on usein hyvin heikko, mitä pidetäänkin usein menetelmän pahimpana ongelmana. Ksenonkaasun tapauksessa havaittava signaali voidaan kuitenkin vahvistaa jopa 10 000-kertaiseksi hyperpolarointitekniikan avulla. Osana väitöstutkimusta rakennettiin tehokasta laseria hyödyntävä hyperpolarointilaitteisto, jolloin hyvin pienestäkin määrästä ksenonkaasua voitiin havaita mitattava signaali. Tämä mahdollisti koejärjestelyn, jossa voitiin tutkia lämpökäsitellyn puun sisäisessä rakenteessa tapahtuneita muutoksia. Hyperpolaroidun ksenonkaasun hyödyntäminen ei rajoitu ainoastaan materiaalitutkimukseen, vaan sitä voitaisiin mahdollisesti hyödyntää myös keuhkojen magneettikuvauksissa.