Kernspinresonanz (NMR)

1. Kernspinresonanz (NMR) Ein Analyseverfahren für Flüssigkeiten und Festkörper

2. Inhalt Schema des eines NMR Experiments • Statisches Feld • „90°“ Puls • Freie Präzession • Aufzeichnung des NMR Signals Die Erklärung nimmt mechanische Bilder zu Hilfe, die Ergebnisse entsprechen qualitativ der exakten quantenmechanischen Rechnung

3. Ablauf eines NMR Experiments • Ein konstantes Magnetfeld Bo richtet alle Spins in der Probe parallel oder antiparallel, mit Überschuss parallel (energetisch günstiger) • „90°“ Pulse (enthalten ein breites Frequenzband) senkrecht zu Bo startet Präzession der Spins bis in eine Ebene senkrecht zu Bo • In dieser Ebene präzedieren die Spins mit ihrer Eigenfrequenz, die von der Umgebung abhängt • Die Gesamtheit der Spins induziert ein elektromagnetisches Signal, das in einer Spule eine Spannung induziert, das NMR Signal

4. Kernspins in Materie Voraussetzung: Kerne mit Spin, z. B. Protonen, Elektronenhülle ohne eigenes Moment: Diamagnetisches Material Ohne äußeres Feld ist die Richtung der Kernspins Zufalls verteilt

5. 1. Konstantes Feld B0 Das Feld B0 richtet die Kernspins in Feld- oder Gegenrichtung aus Der Energieunterschied zwischen beiden Lagen (E=ħγB0) führt zu unterschiedlichen Besetzungszahlen (Boltzmannfaktor n~exp(E/kT))

6. Ein in Richtung B0 ausgerichteter Kernspin „Spitze“ des Spin-Vektors

7. 2. Kernspin bei „90° Puls“ • Ein „90°-Puls“ senkrecht zur B0 startet die Präzession

8. 3. Präzession eines Spins nach Abklingen des Impulses Die freie Spin präzediert mit seiner Eigenfrequenz

9. 3. Phasengleiche Präzession der Spins • Die Gesamtheit der frei präzedierenden Spins addieren sich zu einem gesamten magnetischen Moment, das mit der Präzessionsfrequenz rotiert • Voraussetzung für ein resultierendes Signal ist die größere Anzahl der cw rotierenden Spins, (die ursprünglich in Feldrichtung standen) sonst würden sich alle Signale aufheben

10. 4. Aufbau zur Messung des NMR Signals nach dem 90° Impuls • Die Gesamtheit der frei präzedierenden Spins addieren sich zu einem gesamten magnetischen Moment: Sie induzieren in den Spulen das NMR Signal

11. Zusammenfassung • Ablauf eines NMR Experiments: • Ein konstantes Magnetfeld Bo richtet alle Spins in der Probe parallel oder antiparallel, mit Überschuss parallel (energetisch günstiger) • Ein „90°“ Puls (enthält ein breites Frequenzband) senkrecht zu Bo startet Präzession der Spins bis in eine Ebene senkrecht zu Bo • In dieser Ebene präzedieren die Spins mit ihrer Eigenfrequenz, die von der Umgebung abhängt • Die Gesamtheit der Spins induziert ein elektromagnetisches Signal, das in einer Spule eine Spannung induziert, das NMR Signal • Das Signal ist für den Kern und seine Umgebung charakteristisch

12. finis