Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1962, H. 28 - Kärnresonansspektroskopi, av Halvar Johansson
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
[-Kärnresonans-spektroskopi-]{+Kärnresonans-
spektroskopi+}
Den upptagna energin används för att kasta
om spinnriktningen för några av de övertaliga
kärnorna i den lägre nivån och provet övergår
till ett nytt och mindre stabilt tillstånd. Efter
en viss tid, relaxationstiden (som är av
storleksordningen sekunder för organiska vätskor),
avger de exciterade kärnorna den upptagna
överskottsenergin till omgivningen i form av
oordnad kinetisk energi.
535.33
Kärnresonansspektroskopi, ofta även i Sverige
benämnd NMR (av nuclear /nagnetic
resi-stance), är baserad på att vissa atomkärnor har
ett spinn och ett magnetiskt moment som är
riktningskvantiserat. Vätekärnans (protonens)
moment kan t.ex. inta blott två riktningar i
förhållande till ett yttre magnetfält, nämligen
parallellt eller antiparallellt med fältet. Man
känner ca 100 stabila isotoper som har kärnspinn
och magnetiskt moment.
När ett prov innehållande magnetiska kärnor
införts i ett magnetfält tenderar de att inta sitt
lägsta energitillstånd, med momenten
parallella med fältet. Den oordnade värmerörelsen
motverkar denna tendens, och resultatet blir en
jämvikt. Eftersom den magnetiska energin
endast utgör en bråkdel av den termiska
(omkring en hundratusendel) finns det praktiskt
taget lika många kärnor av båda slagen
(skillnaden är blott tio på miljonen).
Om provet utsätts för högfrekvent
elektromagnetisk strålning från en radiosändare kan
denna inducera övergångar mellan de av det
yttre magnetfältet separerade energinivåerna.
Förutsättningen härför är att storleken av från
sändaren utsända energikvanta sammanfaller
med skillnaden mellan de två energinivåerna.
Resonansvillkoret kan skrivas hv = 2uH, där h
är Plancks konstant, v strålningens frekvens,
|i kärnans magnetiska moment och H
magnetfältets styrka vid kärnan. Man kan alltså
åvägabringa resonans genom att ändra antingen
strålningens frekvens eller magnetfältets styrka.
Fig. 1. Principschema för en NMR-spektrometer; 1
magnet, 2 radiosändare, 3 sändarspole, i
mottagar-spole, 5 glasrör med prov, 6 radiomottagare, 7
registrerande instrument.
Spektrometrar
För att påvisa och mäta absorptionen av
elektromagnetisk strålning i ett prov användes en
NMR-spektrometer, fig. 1. Denna består i
princip av en magnet 1 med variabel fältstyrka, en
radiosändare 2, som levererar energi till en
mellan magnetpolerna placerad sändarspole 3
och en mottagarspole 4 som också är placerad
mellan magnetpolerna och i vilken ett glasrör
5 innehållande provet placeras. Med en känslig
radiomottagare 6, avstämd till samma frekvens
som sändaren, påvisas ändringar i kopplingen
mellan sändar- och mottagarspolarna och
registreras av t.ex. en skrivande voltmeter 7.
Den elektromagnetiska kopplingen mellan
spolarna 2 och 4 (fig. 1) är praktiskt taget noll
varför den spänning som induceras i
motta-garspolen av sändarspolens elektromagnetiska
fält har ett mycket lågt konstant värde. Om
glasröret 5 är fyllt med t.ex. vatten och
magnetfältet varieras under det att sändarens
frekvens hålles konstant vid 60 MHz, visar det
sig att skrivaren gör utslag vid en fältstyrka
av 1,41 Wb/m3. Vid nämnda frekvens och
fältstyrka är nämligen resonansvillkoret för
protonen uppfyllt varvid kopplingen mellan
spolarna 3 och 4 ändras så att en signal från
sändaren 2 når mottagaren 6.
Den uppfångade signalens intensitet, dvs. den
av skrivaren registrerade spänningen, är direkt
proportionell mot absorptionen av
elektromagnetisk strålning i provet eller med andra ord
mot antalet protoner i detta. En kurva som
visar absorptionen som funktion av
magnetfältets styrka (eller av frekvensen) kallas
NMR-spektrum. Olika isotoper och olika funktionella
grupper absorberar i olika områden av
spektrum.
I vissa NMR-spektrometrar hålles fältstyrkan
konstant under det att frekvensen varieras.
Sådana instrument används för identifiering av
isotoper, mätningar av isotopförhållandet i en
förening och mätningar av relaxationstider,
m.fl. dylika, huvudsakligen fysikaliska
mätningar.
Från kemisk synpunkt är de högupplösande
NMR-spektrometrarna av större intresse. I
dessa instrument hålles frekvensen konstant med
kristallstyrning av sändaren, och stor omsorg
har nedlagts på att göra magnetfältet homogent
över provet. Absorptionsmaximets bredd
avhänger teoretiskt av relaxationstiden. I
praktiken bestäms bredden främst av fältets
homogenitet och frekvensens stabilitet. Om fältet är
inhomogent över provet uppfylls resonansvill-
teknisk tidskrift 1962 h. 22 (jq723
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
