Náš nový přístroj chlazený na teplotu Vesmíru »vidí« do atomových jader

IMG_1550-2.jpg
Michal Řezanka předvádí nový spektrometr nukleární magnetické rezonance. Přístroj lze využít k analýzám izotopického složení materiálů, ke srovnávání kvality výrobních šarží nebo ke zkoumání struktury pevných látek a materiálů. Foto: Adam Pluhař, TUL

Na TUL nově dokážeme měřit jádra atomů a tím poznat struktury téměř jakéhokoliv materiálu. Umožňuje to nový spektrometr nukleární magnetické rezonance. Výjimečný přístroj, který zatím jinde v Libereckém kraji není, začal využívat univerzitní Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace TUL (CXI).

Nukleární magnetická rezonance (NMR) umožní dosud nejpřesnější analýzu materiálů. Dokáže tak výrazně posunout univerzitní výzkumy. „Unikátnost přístroje spočívá v tom, že umožňuje analyzovat vzorky v pevné fázi. To znamená, že umíme změřit jakékoliv vzorky z pevných materiálů. Troufám si tvrdit, že takový přístroj v Libereckém kraji nikdo jiný nepoužívá. Přístrojů, které jsou pro kapalné vzorky, je v ČR obecně daleko více, než pro pevnou fázi. Náš přístroj bude ale ještě univerzálnější tím, že sondu na kapalné vzorky pořídíme časem také,“ řekl vedoucí oddělení nanochemie na CXI Michal Řezanka.

Teplota blízká absolutní nule

Přístroj s úsměvem přirovnává k obrovské termosce. A nemá na mysli jen tvar. Zařízení od japonské firmy JEOL ve svých útrobách mimo jiných komponentů ukrývá kryostat. Je plněný kapalným heliem, které vnitřek ochlazuje na teplotu blízkou absolutní nule, tedy –269 °C (4 K). Přibližně takový chlad panuje i v kosmickém prostoru. Aby nedocházelo k odparu drahého a vzácného hélia, ukrývá plášť ještě kapalný dusík. Díky tak hlubokému mrazu se speciální cívka elektromagnetu uvnitř přístroje stává supravodivou a dokáže generovat velmi silné magnetické pole.

V magnetickém poli jsou studované vzorky ozařovány krátkými radiovými pulsy a rotují pod tak zvaným magickým úhlem rychlostí až 20 tisíc otáček za vteřinu. Magnetek neboli spin jádra se točí kolem své osy ve frekvencích rádiových vln, které mohou výzkumníci definovat a „naladit“ si patřičné atomové jádro. Tady zase Michal Řezanka hovoří v nadsázce o velkém rádiu, které chodí „poslouchat“. Rezonující jádra ovlivněná svým chemickým okolím pak tvoří unikátní záznamy – spektra, ze kterých lze vyčíst, o jakou molekulu se jedná. „Každý atom má své lokální okolí a to ovlivňuje magnetické pole jednotlivých atomů a díky tomu jsme na frekvenční škále schopní rozlišit jednotlivé atomy. Z toho poznáme, jakou má látka strukturu nebo jaká látka ve směsi převažuje.“

Nukleární neznamená radioaktivní

Byť má analýza přívlastek „nukleární“, přístroj není radioaktivní. Slovo má původ v latinském „nucleus“ (jádro, semeno plodu) a v názvu je proto, že přístroj zkoumá jádra atomů.

V průmyslu se NMR používá k analýzám izotopického složení materiálů nebo ke srovnávání kvality výrobních šarží, například u léčiv. Přístroj dokáže rozlišit i polymorfní formy. Například založené na bázi uhlíku. Zjednodušeně řečeno, jestli má daný materiál atomové vazby měkké tuhy nebo tvrdého diamantu. „Přesné určení struktury je důležité u určování vlastností materiálů. My můžeme na základě struktury i predikovat vlastnosti, použití, popřípadě mechanické vlastnosti a pevnost těch materiálů. Když analyzujeme strukturu, můžete říci, co je zodpovědné za pevnost toho materiálu nebo v případě farmaceutických látek, co je nosičem léčivé části,“ vysvětlil Michal Řezanka.

V nejbližší době tým docenta Řezanky zaměří pozornost na analýzu struktury nanovláken, jejich funkcionalizace či analýzu jejich interakcí s dalšími látkami.

Přístroj je sice instalován na CXI, ale docent Řezanka má velký zájem jej zpřístupnit všem univerzitním pracovištím. Z toho důvodu je v přípravě přednáška, na níž budou zájemcům prezentovány možnosti zařízení. „Chceme pozvat kolegy z několika univerzitních pracovišť, o nichž jsme přesvědčení, že je bude NMR zajímat. Přístroj není zajímavý jen pro univerzitní ústav, ale může posunout univerzitu jako celek,“ zdůraznil Michal Řezanka.

Zařízení CXI pořídilo díky projektu Pro-NanoEnviCz II za necelých 7 milionů korun bez daně.

Adam Pluhař

KORONAVIRUS – OPATŘENÍ A NAŘÍZENÍ

Vedení školy aktualizuje opatření a nařízení v souvislosti s pandemií koronaviru. AKTUÁLNÍ INFORMACE

Další články v rubrice

_PE11405.JPG

V hodnocení výzkumu jdeme nahoru

Přibylo kvalitních výsledků a vyplatilo se věnovat pozornost jejich popisu a zdůvodnění. V posledním hodnocení Rady pro výzkum, vývoj a inovace (RVVI) se nám podařilo v průměrném hodnocení v modulu 1 dosáhnout úrovně excelentních výzkumných...

17. 1. 2022 | Věda a výzkum | 404

Zůstaň v kontaktu s univerzitou

T-UNI Univerzitní časopis /
University Magazine

Nepřehlédněte
tipy redakce