Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 A TUTORIUM
Lit: R. Macomber - A complete introduction to NMR Spectroscopy, Wiley (1998)
∆E(B 0 ) = γB 0 mit γ gyromagn. Verhältnis
Interessant sind vor allem Elemente mit Kernspin I = 1/2
Kern rel. Isotopenhäufigkeit γ/2π (MHz /T)
1
1H 99,98% 42,58
16
6 C 1,1% 10,71
23
11Na 100% 11,26
31
15P 100% 17,24
Die eingestrahlten Frequenzen kann, da RF, hervorragend aufgelöst werden
Technologie: ⃗ B 0 durch supraleitende Magnetspule, typisch 1 - 10 T
⃗B 1 ⊥ ⃗ B 0 (s. Tut 3): Über RF-Spule
Verfahren 1: ⃗ B 1 kontinuierlich, messe Absorption (über Detektionsspule)
Verfahren 2: ⃗ B 1 als Puls → Magn. Fluss durch Mess-Spule variiert gem. Präzession der Kernspins
(FID, Fuse Induction Decay)
Entweder: Verfahre B 0 bei konst. ω RF oder meist verfahre ω RF bei B 0 =const
Auflösung: ∆ω
ω ≈ ∆B 0
B 0
besser als 10 −7
Konzept: B 0 induziert lokale Magnetfeld-Variationen:
• Diagmagn. Antwort der Elektronenhülle (Lenz’sche Regel)
e − auf Kreisbahn → B-Feld des Kreisstroms entgegen B 0 → Kern sieht abgeschwächtes ⃗ B-Feld
• Paramagnet. Antworten: Falls ⃗ J ≠ 0: Magn. Moment der e − richtet sich ↑↑ ⃗ B 0 aus → lokale
Verstärkung
In der Regel: Diamagn. Verschiebung der Resonanzfreqenz
→ Darstellung in ppm: δ = chemische Verschiebung = 10 6 ∆ω L
ω 0 L
ω 0 L = Referenzfrequenz, die in der REgeln mitgemessen wird. Häufig: 1 H-Resonanz von
Tetramethylsilan (TMS) Si(CH 3 ) 4
Bsp: Protonenresonanz an Toluol: Pheonolring (5 H) + 1 Methyl (3 H)
NMR-Spektrum: Peaks bei δ = −2, 45ppm = H an Methylgruppe, δ = −7, 23ppm = H am Phenolring
Integrierte Signalstärke S(-7,23) : s(-2,45) = 5:3
Vorteil TMS als Referenzmedium:
Seite 78