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Relaxationsprozesse in der NMR-Spektroskopie

Relaxation über skalare Kopplungen

Wenn der betrachtete Kern an einen anderen Kern gebunden ist, der sehr schnell seinen Spinzustand ändert, entstehen dadurch lokale oszillierende Magnetfelder, die auch am Ort des ersten Kerns wirken.

Dieser kann nun über eine Wechselwirkung mit diesen Zusatzfeldern Energie an seine Umgebung abgeben und relaxieren.

Eine mögliche Ursache für die schnelle Änderung des Spinzustandes kann sein, dass der zweite Kern ein magnetisches Kernquadrupolmoment (z.B. 35Cl) besitzt.

Die Effektivität dieses Relaxationsweges ist von der Differenz der Resonanzfrequenzen des gemessenen Kerns (z.B. 31P) und des mit ihm koppelnden Kerns (z.B. 35Cl) abhängig.

Ist diese Differenz groß (wie es meistens der Fall ist), so spielt dieser Relaxationsweg eine untergeordnete Rolle.

Eine Ausnahme bildet beispielsweise das Paar 13C-79Br, deren Resonanzfrequenzen sehr nahe beieinander liegen. Bei einem Magnetfeld von 2,3 Tesla liegt die Resonanzfrequenz des 13C-Isotopes bei 25,144 MHz, die des 79Br-Isotops bei 25,05 MHz. Direkt an Brom gebundene Kohlenstoffkerne können also über den Weg der skalaren Kopplung effektiv relaxieren. Die Resonanzsignale dieser Kohlenstoffkerne besitzen wegen der entstehenden Unschärfe bei der Bestimmung der Energiedifferenz Grundzustand - angeregter Zustand eine größere Linienbreite als nicht bromsubstituierte Kerne.

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