X-Band-Puls-EPR-Spektrometer | EPR100

Spin-Relaxation

Spinrelaxationseigenschaften spiegeln die Prozesse des Energietransfers und der Energiedissipation wider, nachdem der Spin Energie absorbiert und in angeregte Zustände übergegangen ist. Durch die Messung von Spinrelaxationszeiten lassen sich umfangreiche dynamische und strukturelle Informationen gewinnen – ein entscheidender Schritt zur Aufklärung der chemischen Struktur von Materialien und ein Schlüsselaspekt der Quantencomputerforschung. Mittels gepulster EPR wird typischerweise die transversale Relaxationszeit (T₁) gemessen. ₂ , Spin-Spin-Relaxation) und die longitudinale Relaxationszeit (T ₁ , Spin-Gitter-Relaxation). In komplexen Systemen können Unterschiede in den Relaxationszeiten verschiedener paramagnetischer Zentren genutzt werden, indem geeignete Pulssequenzen entworfen werden, um Signale selektiv zu erfassen und Interferenzen zu eliminieren.

Elektronenspin-Echo-Hüllkurvenmodulation (ESEEM)

ESEEM ist eine Technik zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Elektronen und Atomkernen, die vor allem schwach gekoppelte Hyperfeinwechselwirkungen und Kernquadrupolwechselwirkungen detektiert. Durch Anwendung einer Fouriertransformation auf das aufgenommene Zeitbereichsspektrum wird ein Frequenzbereichsspektrum gewonnen. Die detektierten Frequenzen helfen, die Art der den Elektron umgebenden Atomkerne sowie die Anzahl der wechselwirkenden Kerne zu identifizieren.

Hyperfeine Sublevel-Korrelation (HYSCORE)

HYSCORE ist im Wesentlichen ein zweidimensionales ESEEM-Experiment, bei dem Korrelationen von einem Elektronenspinzustand auf einen anderen übertragen werden, wodurch überlappende Absorptionspeaks aufgelöst werden können. HYSCORE-Experimente erfassen nicht nur die Larmor-Frequenzen von Atomkernen zur Identifizierung ihrer Typen, sondern liefern auch Informationen zur Hyperfeinkopplung. Dies ermöglicht die Unterscheidung von Hyperfeinwechselwirkungen und somit die selektive Kerndetektion.

Gepulstes Elektron-Kern-Doppelresonanzsystem (ENDOR)

Die gepulste ENDOR-Spektroskopie ist eine Doppelresonanztechnik, die die hohe Auflösung und Kernselektivität der Kernspinresonanz mit der hohen Empfindlichkeit der Elektronenspinresonanz kombiniert. Mithilfe von Hochfrequenzpulsen (HF-Pulsen) werden NMR-Übergänge angeregt, wodurch das Elektronenspin-Echo moduliert wird. Durch Variation der HF-Frequenz und Überwachung der Echointensität können sowohl schwache als auch starke Elektron-Kern-Kopplungen selektiv detektiert werden. Dies liefert Informationen über die lokale Umgebung im Bereich weniger Angström um den Elektronenspin. Ein optionales ENDOR-System umfasst Komponenten wie einen ENDOR-Resonator, eine HF-Quelle und einen HF-Verstärker.

Doppel-Elektronen-Elektronen-Resonanzsystem (ELDOR/DEER)

DEER untersucht Elektron-Elektron-Wechselwirkungen und dient zur Bestimmung des Abstands zwischen zwei paramagnetischen Zentren. In Kombination mit der ortsspezifischen Spinmarkierung (SDSL) misst DEER Abstände zwischen Spinmarkierungsstellen auf Zielmolekülen und ermöglicht so die Analyse biomolekularer Strukturen und Wechselwirkungen. Diese Technik findet breite Anwendung in der Strukturbiologie und Polymerwissenschaft zur Abstandsmessung, beispielsweise bei Protein-Protein- und Protein-DNA-Wechselwirkungen, Substratbindung und Metallkoordinationsstellen. Das optionale DEER-System nutzt zwei Mikrowellenquellen zur unabhängigen Steuerung der verschiedenen Elektronenspins.

Arbiträrer Wellenformgenerator

Ein Arbiträrsignalgenerator ermöglicht die Ausgabe von Mikrowellenimpulsen mit beliebiger Form. Er erlaubt flexible Anpassungen von Impulsamplitude, Phase, Frequenz und Hüllkurve und ermöglicht so individuell anpassbare und komplexe Impulsexperimente.

Zeitaufgelöstes/Transientes EPR-System (TR-EPR)

TR-EPR kombiniert zeitaufgelöste Techniken mit paramagnetischer Resonanzspektroskopie und erreicht so Zeitauflösungen bis in den Nanosekundenbereich. Das System besteht im Wesentlichen aus einer digitalen Steuereinheit, einem Hochenergie-Pulslaser für stabile optische Anregung, einem Laserenergiemesser zur Überwachung der Pulslaserleistung und einem dielektrischen Resonator zur Detektion von EPR-Signalen. TR-EPR wird zur Untersuchung transienter Spezies wie Radikale oder angeregter Triplettzustände in schnellen Reaktionsprozessen eingesetzt und detektiert Spezies mit Lebensdauern im Mikro- bis Nanosekundenbereich. Dies ist entscheidend für die Untersuchung der Kinetik von Radikalreaktionen und schließt die Lücke bei der Detektion kurzlebiger Spezies mit herkömmlichen Geräten.

Variables Temperatursystem (VT-System) mit Kryostat

Die Temperatur beeinflusst direkt die Spinzustände und die Dynamik von Elektronen, weshalb die Temperaturkontrolle für EPR-Untersuchungen unerlässlich ist. Von ultratiefen bis zu hohen Temperaturen offenbaren unterschiedliche Temperaturbereiche vielfältige physikalische, chemische und biologische Phänomene. Das System mit variabler Temperatur umfasst ein Kryosystem und ein Hochtemperatursystem und ermöglicht Forschern Einblicke in Materialeigenschaften und Reaktionsmechanismen.

Modernisierung und Aufrüstung des EPR-Spektrometers

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