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000824523 245__ $$aAdvances in NMR spectroscopy and imaging: low-power rf-excitation and MRI of soils$$cAlexander Görges$$hprint
000824523 246_3 $$aWeiterentwicklungen in der NMR-Spektroskopie und -Bildgebung: Low-power rf-Anregung und MRT an Böden$$yGerman
000824523 250__ $$a1. Auflage
000824523 260__ $$aAachen$$bVerlagshaus Mainz$$c2021
000824523 300__ $$axvi, 129 Seiten : Illustrationen, Diagramme
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000824523 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen University, 2021$$bDissertation$$cRWTH Aachen University$$d2021$$gFak01$$o2021-05-07
000824523 5203_ $$aDie Kernspinresonanz-Technik (NMR) hat sich in vielen wissenschaftlichen Disziplinen, wie z. B. Bio-Sensing, chemische Reaktionskontrolle oder Materialcharakterisierung, etabliert. Seit der Einführung der NMR als Analysemethode, war die Sensitivitätssteigerung durch Erhöhung der Feldstärke das vorherrschende Entwicklungsziel. Im Hinblick der Reduzierung von Kosten und Umweltbelastung, erfreut sich der Trend hin zu miniaturisierten NMR Geräten und deren vielfältigen Anwendungsgebieten einem wachsenden Interesse. Der erste Teil dieser Arbeit beinhaltet grundlegende neue Erkenntnisse in der "low-power" (dt. leistungsreduziert) rf-Anregung, welche eine fortschreitende Entwicklung in dieser Richtung unter Anwendung der Frank Sequenz ermöglicht. Gestützt durch experimentelle Daten, ist ein detaillierter Beleg der Energieeinsparungen durch Anregung im linearen Bereich gelungen, welcher zukünftig rf-Verstärker in NMR-Spektrometern obsolet machen könnte und zu einem damit verbundenen Mobilitätsgewinn führen würde. Die Implementierung der selektiven "colored" Frank-Anregung verspricht eine neue Art der Unterdrückung des Lösemittelsignals sowie der Bewegungsverfolgung in der Magnetresonanztomographie (MRT). Zudem wurde eine Steigerung der spektroskopischen Qualität und der räumlichen Auflösung der mit Frank-Anregung durchgeführten Messungen erreicht. Ziel des zweiten Teils ist die Generierung von quantitativen 3D-Wassergehaltsmustern innerhalb natürlicher Bodenproben im Mikromaßstab, die essenziell für die Verbesserung von geologischen Simulationen auf der Feldskala sind. Hierzu wurden standardisierte Bildgebungssequenzen wie "zero echo time" (ZTE) und "ultra-short echo time" (UTE) angewendet, aber auch Messungen mit Frank-Anregung durchgeführt, die dessen erste praxisnahe Anwendung reflektieren. Die Charakterisierung von Bodenproben hinsichtlich ihres Wasserretentionsverhaltens wurde durch eine Kombination von ZTE-Experimenten und standardisierten geologischen Methoden, wie Multi-Step Outflow (MSO) und tensiometrischen Messungen, durchgeführt. Im Vergleich zum etablierten Prozess der Akquirierung von Wasserretentionsdaten, bietet die hier vorgestellte Methode eine schnellere, präzisere und unkompliziertere Alternative.$$lger
000824523 520__ $$aNuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques have proliferated in many fields of science and technology like bio-sensing, chemical reaction monitoring and material characterization. Since the inception of NMR as an analytical tool, improving the sensitivity by increasing the field strength has been the primary development goal. However, in order to reduce cost and environmental impact, the trend to miniaturized NMR devices and its diverse application fields enjoys increasing interest. The first part of this thesis introduces novel insights into low-power rf-excitation, which is one crucial aspect for enabling further development in this direction, by employing Frank sequences. Based on experimental data, a detailed evidence of the power savings by excitation in the linear regime is given aiming at future elimination of the rf-amplifier from the NMR spectrometer so as to allow further mobility improvements. Selective excitation by colored Frank-sequence is reported, which bears promise for solvent signal suppression and motion tagging in magnetic resonance imaging (MRI). To this end, spectroscopic quality as well as image resolution with Frank excitation was significantly improved. The aim of the second part is to provide quantitative 3D moisture content patterns of natural soil samples on the microscale, which are essential for improving geological simulations on the field scale. In the course of this, the standardized imaging sequences ’zero echo time’ (ZTE) and ’ultra-short echo time’ (UTE) were employed but also Frank-sequence excitation was implemented, reflecting its first genuine application. In order to characterize water-retention behavior of the soil samples, ZTE experiments were combined with standardized geological methods like Multi-Step Outflow (MSO) and tensiometric measurements. Compared to the established way of acquiring water-retention data, the introduced method provides a fast and precise method with low effort.$$leng
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