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Vorbereitung der NMR-Messung

NMR-Spektrometer

Die folgende Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau eines NMR-Spektrometers, der sowohl für CW- als auch FT-NMR-Spektrometer gilt:

Abb.1

In der Praxis werden Magneten mit einer magnetischen Induktion von ca. 1 bis 17 T eingesetzt, wobei bis zu B0 ≈ 2 T Dauer- oder Elektromagneten für die Erzeugung des Magnetfeldes genutzt werden. Höhere magnetische Induktionen werden durch Kryomagnete, die auf dem Prinzip der Supraleitung beruhen, erreicht.

CW-NMR-Spektrometer

Die heutzutage nur noch selten eingesetzte CW (Continous wave) Technik beruht darauf, dass das Spektrum Punkt für Punkt aufgenommen wird, wobei die magnetische Induktion B0 oder die Resonanzfrequenz νi kontinuierlich verändert wird. Wenn die Resonanzbedingung

ν = γ / 2 π B 0

erfüllt ist, wird in der Empfängerspule ein Signal induziert, das nach Verstärkung auf einem Bildschirm oder per Schreiber sichtbar gemacht werden kann.

Man unterscheidet zwischen Feld-Sweep- und Frequenz-Sweep-Verfahren, je nachdem, ob B0 bei konstanter Senderfrequenz oder die Senderfrequenz νi bei konstantem B0 verändert wird.

Der Einsatz der CW-Technik beschränkt sich auf das Messen empfindlicher Kerne (1H, 31P). Routinemäßige Messungen von unempfindlichen Kernen, Kernen mit geringer natürlicher Häufigkeit (13C, 29Si) und in geringer Konzentration sind nicht möglich.

FT-NMR-Spektrometer

Heute wird fast ausschließlich mit FT (Fourier-Transform)-NMR-Spektrometern gearbeitet, da mit Hilfe der Impulstechnik und größerem B0 selbst unempfindliche Kerne in geringer natürlicher Häufigkeit und Konzentration gemessen werden können.

Beim Impulsverfahren werden durch einen Hochfrequenzimpuls νi (B0 = konst.) gleichzeitig alle Kerne einer Probe angeregt. Nach Abschalten des Impulses ist der Magnetisierungsvektor aus seiner Gleichgewichtslage ausgelenkt, in die er nach einer gewissen Zeit - abhängig von den Relaxationszeiten T1 und T2 - wieder zurückkehrt.

Abb.2

Der Empfänger registriert nun die Abnahme der Quermagnetisierung (zeitlich bestimmt durch T2); man spricht vom freien Induktionsabfall (Free Induction Decay - FID). Da die Intensität eines einzelnen FID oft schwach ist (z.B. bei geringer Konzentration, unempfindlichen Kernen), werden die FIDs vieler Impulse akkumuliert, um dann im Spektrum ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Dieses erhöht sich proportional mit der Wurzel aus der Anzahl der Einzelmessungen. Die Zeit zwischen den Impulsen ist abhängig von T1 und T2 und muss so gewählt werden, dass das System sich vor dem nächsten Impuls gerade wieder im Gleichgewichtszustand befindet.

Der FID enthält schon die gesamte Information eines Spektrums; es ist allerdings üblich, NMR-Spektren nicht in der Zeit- sondern in der Frequenzdomäne auszuwerten, so dass deshalb eine Fourier-Transformation durchgeführt wird.

Abb.3
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