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Zukunftsmaschinen in der Chemie

Kernmagnetische Resonanz bis 1980

Thomas Steinhauser

Zukunftsmaschinen in der Chemie zeigt am Beispiel der kernmagnetischen Resonanz (NMR), wie elektronische Instrumente und die mit ihnen verbundenen Methoden zu einem Kerngebiet der modernen Chemie wurden. Den Leitfaden der Analyse knüpfen die Aktivitäten der Firmen Varian Associates (USA) und Bruker-Spectrospin (Deutschland/Schweiz). Das Netzwerk der NMR umfasste aber nicht nur diese Zentren der Instrumentenentwicklung, sondern dehnte sich immer weiter aus. Mit Hilfe vielfältiger Quellen werden wichtige Personengruppen, Institutionen und Ideen beschrieben, welche die NMR zu einem eigenständigen Wissensgebiet formten. Einigen der Akteure wurde in historischen Arbeiten bisher nur wenig Beachtung geschenkt, dennoch ist ohne sie die Entwicklung der modernen Chemie und Naturwissenschaft insgesamt kaum zu verstehen.

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3. Innovation in der Chemie

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Chemische Verschiebung und Spin-Spin Kopplung versprachen über die Ver- knüpfung mit dem Mentalen Modell der Strukturchemie vielfältige Möglichkei- ten, das bestehende Wissen über die mikroskopische Gestalt und die Reaktivität von Substanzen zu überprüfen und auszubauen. Grundlegende NMR-Mess- und Interpretationsverfahren waren erfunden worden, doch es gab noch Hindernisse einer Innovation in der Chemie. NMR-Instrumente waren zunächst kommerziell nicht erhältlich, mussten also von den Wissenschaftlern selbst gebaut werden – wie gesehen hatten aber gerade chemische Fragestellungen gravierende instru- mententechnische Folgen. Da die zu messenden Energieunterschiede nur etwa ein Millionstel der Energie der Larmorfrequenz ausmachen, mussten Stabilität und Präzision des Instrumentalsystems noch erheblich verbessert werden. So war eine größere spektrale Auflösung nur durch ein homogeneres Magnetfeld zu erreichen, bei dem die Schwankungen deutlich kleiner als ein Millionstel sind. Ein weiterer Schwachpunkt der NMR war die Empfindlichkeit, da die Anregungsenergie der Radiowellen so klein ist, dass bei Raumtemperatur nur minimale Besetzungsüberschüsse der angeregten Spinzustände erreicht werden. Es wurde daher viel Substanz benötigt, um ein starkes Signal zu erhalten. Die Substanzmenge ist aber begrenzt durch die Löslichkeit des Produktes300 und die Größe des Probenspaltes im Magneten. Die von Physikern und Molekülspektroskopikern bevorzugten Impulsspek- trometer verlangten konstruktionsbedingt einen geringeren apparativen Auf- wand, ihre Messdaten waren aber kaum im Sinne einer räumlichen Molekül- struktur zu interpretieren. NMR-Instrumente, die nach der CW-Methode301 arbeiteten, boten da den deutlich besseren Zugang zum Mentalen Modell der Organischen Chemie. Aber gerade diese Variante...

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