Rozróżnienie populacji protonowych i identyfikacja inkluzji w naturalnych krzemionkach za pomocą 1H LF-NMR: zaawansowana analiza porowatości i potencjał w badaniach układów biologicznych
Rysunek 1. Przykładowe rozkłady 1D-T2 i 1D-T1 dla różnych stanów nasycenia próbek: (A) stan suchy T2; (B) stan suchy T1; (C) stan natywny T2; (D) T1 stan natywny
Kolejny progres w analizie bardziej złożonych układów porowatych uzyskano przez badanie naturalnych krzemionek. Próbki krzemieni pokładowych badano za pomocą relaksometrii 1H LF-NMR 1D i 2D oraz uzupełniających metod geochemicznych.
Wyniki porównano z literaturą i standardowymi materiałami krzemionkowymi, co pozwoliło zidentyfikować pięć typów sygnału 1H (Rysunek 1, 2). Bardzo wyraźne widma 1D-T2 wysuszonych próbek wykazały obecność zamkniętych porów, które po wszechstronnej analizie zidentyfikowano jako wtrącenia (tzw. inkluzje) wypełnione różnego rodzaju materiałami krzemionkowymi. Analiza głównych składowych parametrów NMR wykazała doskonałą separację tych dwóch grup próbek, co jest dobrze widoczne na wykresach typu „biplot”.
Dodatkowo, oszacowany rozkład wielkości porów ujawnił, że całkowita porowatość wynosząca około 2% składała się głównie z mezoporów (o średnicy 2-50 nm) i makroporów (o średnicy > 50 nm). Możliwość badania sygnału od niewielkich populacji protonowych oraz zdolność ich rozróżniania były istotnym postępem w kierunku badania układów materiałowych i biologicznych.
Rysunek 2. Mapy korelacji T1−T2 próbek suchych: (A) AK1; (B) AK2; (C) AK3; (D)AK4. Piki są ponumerowane zgodnie z lokalizacją w dziedzinie czasu T2, natomiast litera „D” odpowiada skrótowi stanu suchego. Dodatkowo projekcje map na osie pokazane są domeny (T1 i T2).
Referencje
Krzyżak AT, Mazur W, Matyszkiewicz J, Kochman A. Identification of Proton Populations in Cherts as Natural Analogues of Pure Silica Materials by Means of Low Field NMR. The Journal of Physical Chemistry C. 2020. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.9b11790
