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Grundlagen der modernen kernmagnetischen Resonanz

Makroskopische Magnetisierung

Nachdem ein NMR-Röhrchen mit der zu untersuchenden Substanz seine Endposition erreicht hat, also von der HF-Spule umschlossen ist, stellt sich die makroskopische Kernmagnetisierung in Richtung des B0-Feldes bei gegebener Temperatur ein (Kern-Paramagnetismus). Sie entspricht einem magnetischen Dipolmoment pro Volumen, dass sich als Summe der kernmagnetischen Dipolmomente im Volumen infolge ihrer Ausrichtung im B0-Feld bildet.

Die makroskopische Kernmagnetisierung wird durch einen Vektor M 0 symbolisiert, der in Richtung der z -Achse steht und dessen Betrag temperaturabhängig ist. Mit fallender Temperatur wächst er gemäß der Boltzmann-Verteilung mit exp h ω 0 k T an, worin ω 0 die Larmor-Frequenz der betrachteten Kernsorte ist.

Abb.1
Vektor M 0 = 0 0 M 0

Bei der Temperatur T gilt:

M z = M 0 = N V γ 2 h 2 I I + 1 4 π 2 3 k T B0 N V : Zahl der Atomkerne im Volumen V γ : gyromagnetisches Verhältnis I : Betragsquantenzahl des Kernspinvektors h : Planck'sche Konstante k : Boltzmann-Konstante

Für die Ausbildung der makroskopischen Kernmagnetisierung ist eine gewisse Zeit erforderlich, die von der Natur der Probe und der untersuchten Kernsorte abhängig ist. Sie wird durch die sogenannte T1-Relaxationszeit charakterisiert (Spin-Gitter-Relaxationszeit).

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