Magnetska rezonancija

1. Čestice u magnetnom polju

2. Eksperimentalne tehnike

3. NMR spektroskopija

Čestice u magnetskom polju

Čestice koje posjeduju spinsku kutnu količnu gibanja orijentiraju se u magnetskom polju.

Kvantni broj elektronskogspina s

12

s

( 1) 3 / 4s sS h h

Elektron e, e–

12Z sS m h h

z-komponenta elektronskog spinamagnetski kvantni broj spina

ms

s1 1,2 2

m

S

Proton p, p+, 1H+

( 1) 3 / 4I II h h

12Z II m h h

Jezgre

( 1)I I hI Z II m h

Kvantni broj nuklearnogspina I

1 30, , 1, ,...2 2

I

Z-komponenta nuklearnog spinamagnetski kvantni broj nukelarnog spina mI

, 1,...,0,... 1,Im I I I I

1 1, 1,..., , ,...2 2Im I I I

Im A

Magnetski moment strujne petlje

2

2 2Q Q rrr

m v v

L m rv

2Qm

mL

E

E = – m · B

e

( 1)2

eg s sm

m h

BZ sm g m

B ( 1)g s sm

E = – m · B

B sE g m B

Elektron

α

β

Magnetski moment elektrona

24 1B

e

9,273 10 J T2emh

Komponenta magnetskog momenta elektronaduž osi Z

Energija interakcije magnetskog momenta ms magnetskom indukcijom B

Bohrovmagneton

p

( 1)2eg I Im

m h

N ( 1)g I Im

NZ Im g mE = – m · B

N IE g m B

Jezgra

α

β

27 1N

p

5,051 10 J T2emh

Magnetski moment jezgre

Komponenta magnetskog momenta jezgreduž osi Z

Energija interakcije magnetskog momenta ms magnetskom indukcijom B (jezgra s I = ½)

Nuklearnimagneton

pB

N e

mm

Elektron

α

α

β

β

Jezgra ( )12Im

N IE g m BB IE g m B

I = 1 I = 3/2

N IE g m B

Frekvencija rezonancije

Eh

1Im

N L( 1) ( )I IE E m E m g B h

Jezgra ( )12Im

Popunjenost energetskih razina

- Boltzmanova raspodjela

β αβ

α B

expE EN

N k Tα

β

β

β α

β

α

α

0

1

E E

NNN N

Jezgra ( )12Im

Shema NMR spektrometra

Kemijski pomak

0 (1 )B B

B = 0

B ≠ 0σ = 0

1) RAZINE SPINSKIH STANJA DVAJU PROTONA

PRIJELAZI

SPEKTAR

B ≠ 0σ ≠ 0

6X ref X 10 ppm

6 6ref 0 X 0 refX

ref 0 ref

(1 ) (1 )10 ppm = 10 ppm (1 )

iB B B BB B

6X

ref

10 ppm

Zasjenjenje:- lokalni doprinos (elektroni)- doprinosi susjednih i daljnih atoma- doprinos otapala

Cijepanje signala –

Sprega među spinovima

CH3CH2OH

Cijepanje linija- spin-spin sprega

N susjednih protona → N+1 LINIJA

Intenziteti: Pascalov trokut

13C - NMR

MAGNETSKA REZONANCIJA1. Koje jezgre imaju magnetski moment?2. Koliko je mogućih orijentacija magnetskog momenta ako je nuklearni

spinski kvantni broj 9/2 (209Bi)?3. Koliko je mogućih orijentacija magnetskog momenta ako je nuklearni

spinski kvantni broj 8 (180Ta)?4. Nabrojite neke jezgre s I = 0.5. Nabrojite neke jezgre s I = 1/2.6. Koja je čestica jači magnet: elektron ili proton?7. Kakva je energija interakcije magnetskog momenta s magnetskim poljem?8. Što je Larmorova frekvencija?9. Kako ovisi separacija energijskih razina o magnetskoj indukciji

primjenjenog magneta?10. Što inducira prijelaze među nuklearnim spinskim razinama?11. Koje se zračenje primjenjuje u NMR?

NMR1. Kojeg su reda veličine magnetske indukcije kod NMR-spektrometara?2. Što je uzrok kemijskom pomaku?3. Što iskazuje konstanta zasjenjenja?4. Zašto elektroni slabe utjecaj vanjskog polja na jezgre?5. Kakav efekt na spektar ima zasjenjenje jezgara?7. Zašto su kemijski pomaci kod ugljika znatno veći nego kod protona?8. Prikažite energijske razine i prijelaze za dva protona u različitim kemijskim sredinama.9. Koji utjecaji pridonose kemijskom pomaku?10. Kako susjedni atomi utječu na kemijski pomak?Objasnite sprezanja među spinovima vodikovih atoma susjednih funkcionalnih skupina?12. Objasnite nastajanje tripleta linija.13. Objasnite nastajanje kvadrupleta linija.