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Tutorial MenueKernresonanzspektroskopie (NMR)Lerneinheit 1 von 13

Grundlagen der NMR-Spektroskopie

Resonanzbedingung

Übergänge zwischen den verschiedenen Kernenergieniveaus erreicht man durch Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung:

E = h · ν

Hieraus ergibt sich die Resonanzbedingung

ν 0 = γ 2 π · B 0
Beispiel

Beispiel:

Welche Resonanzfrequenz ist erforderlich, um an einem 300 MHz-Spektrometer (B0=7,05 T) C13 zu messen?

ν 0 = γ 2 π · B 0 = 67,24 · 10 6 T 1 s 1 2 π · 7,05 T = 75,48 MHz

???MHz-Spektrometer

Beim Einstrahlen elektromagnetischer Strahlung (entsprechend der Resonanzbedingung) kommt es sowohl zu Übergängen vom energieärmeren in das energiereichere Niveau (Absorption) als auch vom energiereicheren in das energieärmere Niveau (Emission) (siehe I).

Bedingt durch den leichten Überschuss von Kernen im Grundzustand überwiegt die Absorption.

Abb.1

Die eingestrahlte Energie wird also vom Kern aufgenommen und zum Übergang in den höheren Energie- (Spin-) Zustand verwendet.

Die Energieabsorption wird als Signal gemessen, die Intensität erlaubt aufgrund der Proportionalität mit dem Besetzungsunterschied N0 - N1 Aussagen über die Konzentration der Probe an dem gemessenen Isotop.

Am Ende des NMR-Experimentes kommt es zur Sättigung, d.h. die Kernspinniveaus sind gleich besetzt (siehe II).

Für die Übergänge zwischen den Kernspinniveaus gilt die Auswahlregel Δm=+/-1.

Auswahlregel

Es folgen Relaxationsprozesse, wobei aufgenommene Energie wieder abgegeben wird.

Erst nach dieser Wartezeit kann mit einem neuen NMR-Experiment begonnen werden.

Neben der Erklärung des Resonanzphänomens in der oben beschriebenen Energieniveaudarstellung ist die Vektordarstellung eine sehr geeignete Form für die Veranschaulichung des NMR-Experimentes.

Für die folgenden Vorgänge wird die Darstellung der magnetischen Momentvektoren μM (a) vereinfacht und nur noch die Resultierende - der makroskopische Magnetisierungsvektor M0 (b) - verwendet.

Abb.2

Wenn die Resonanzbedingung erfüllt ist, kommt es durch die absorbierte Energie zur Auslenkung des makroskopischen Magnetisierungsvektors in y-Richtung.

Die Magnetisierung in y-Richtung wird von der Empfängerspule als Signal detektiert.

Abb.3
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