Shielding effect in NMR

[vdslaur]

NMR 1516 keer bekeken

 
delta D is een maat voor het afschermingseffect = resonantiefrequentie referentie - resonantiefreq H / resonantiefreq referentie (TMS) 
 
ik weet het volgende: hoe hoger delta, hoe minder shielding dus hoe lager de elektronendensiteit rond het proton.
 
Echter snap ik niet wat het verband is met de frequentie in de afbeelding hierboven. Is dit de frequentie van de ingezonden radiostraal of de resonantiefrequentie? 
 
Wat heeft het externe magneetveld hiermee te maken? Het externe magneetveld is nodig zodat het proton een spin krijgt.
Wanneer dan een radiostraal met bepaalde frequentie hierop instraalt, kan de kernspin omklappen en zeggen we dat er resonantie is opgetreden.Klopt dit? 
 
Hopelijk kan iemand mij helpen de touwtjes aan elkaar te knopen! 
 

[Typhoner]

Wat heeft het externe magneetveld hiermee te maken? Het externe magneetveld is nodig zodat het proton een spin krijgt
 

 
Het externe magneetveld zorgt ervoor dat er een energieverschil is tussen de twee mogelijke spin (spin op zich heeft een proton altijd).
 
Dit energieverschil is evenredig met B₀. wat die figuur, denk ik, bedoelt is dat je een "spectrum" op twee manieren kan opnemen. (1) je gebruikt een vastgelegd extern magnetisch veld en registreert de frequentie van de inkomende straling, waarvan de energie overeenkomt met het energieverschil tussen de spins (de "normale" manier) of (2) je gebruik een vaste frequentie en registeert het magnetisch veld waarbij deze maximaal geabsorbeerd wordt, of dus, bij welk magnetisch veld het energieverschil tussen de spins gelijk is aan die van de inkomende straling.

[Marko]

"Vroeger" had je 2 types NMR-spectrometers: Die waarbij het maneetveld constant was en de frequentie van de inkomende straling werd gevarieerd, en types waarbij die straling constant was en het magneetveld werd gevarieerd.
 
Tegenwoordig zie je alleen het eerste type. Dat heeft te maken met het feit dat de huidige apparaten allemaal FT-NMR (Fourier Transform NMR) zijn en dat het om cryogene, supergeleidende, magneten gaat, die simpelweg een vast magneetveld hebben.
 
Tegenwoordig zie je dus apparaten die een vast magneetveld hebben, een puls geven van een bepaalde frequentie, en vervolgens het uitgezonden signaal transformeren tot een stel pieken. Dat is waarschijnlijk hoe jij het apparaat kent en hoe het is uitgelegd.
 
Maar in de basis kan het dus allebei. De techniek is immers gebaseerd op het verband tussen de sterkte van het lokale magneetveld bij een kern en de precieze resonantiefrequentie.

[vdslaur]

En enig idee waarom we meer downfield gaan als we de frequentie van de inkomende straal verhogen (bij cte B)? 
 
En waarom we meer upfield gaan als we het externe magneetveld verhogen (bij cte frequentie)? 
 
Upfield: meer afscherming 
downfield: minder afscherming 

[Marko]

Je gaat niet downfield bij een grotere frequentie van de inkomende straling. Beide zijn een gevolg van dezelfde oorzaak: minder shielding (=meer deshielding)
 
De lokale sterkte van het magneetveld wordt bepaald door de ingestelde sterkte van de magneet plus enkele lokale effecten die het sterker of zwakker maken.
 
Een minder afgeschermde kern ondervindt lokaal een sterker magneetveld dan een wel afgeschemde kern en heeft dus een hogere resonantiefrequentie (bij gelijke sterkte van de magneet)
 
Bij een minder afgeschermde kern moet je de magneet dus iets zwakker maken om bij een gelijke frequentie van de ingezonden straling resonantie te hebben.

[vdslaur]

Dus bij constant uitwendig magneetveld: de minst afgeschermde kern zal het uitwendige veld sterker voelen en heeft dus een hogere resonantiefrequentie
 
--> waarom? omdat resonantiefrequentie = G.ratio/ 2pi x B ?
 
Bij een constante frequentie van ingezonden straling: de minst afgeschermde kern zal een zwakker magnetisch veld nodig hebben om bij gelijke frequentie van de ingezonden straling resonantie te hebben
 
--> waarom?

[Typhoner]

het energieverschil tussen de twee spins is evenredig met het magneetveld dat de de kern voelt
 
Minder afscherming -> sterker veld -> energieverschil tussen de spins is ... -> benodigde frequentie is ....
 
Vul aan en herhaal voor de tweede vraag

[vdslaur]

a) Bij cte magneetveld B: Minder afscherming -> sterker veld B voelen -> energieverschil tussen de spins is GROTER -> benodigde frequentie is GROTER
 
b) Bij cte frequentie ingezonden straling: Minder afscherming --> ...? 

[Marko]

Minder afscherming, dus de kern voelt meer van het aangelegde magnetische veld, dus wat moet je met dat aangelegde veld doen om te zorgen dat je in resonantie komt met de ingezonden straling? 

[vdslaur]

Je moet de sterkte van het magnetisch veld verlagen? 
 
Maar waarom precies? 

[Marko]

Je straalt in met EM-straling van een vaste golflengte. Deze golflengte komt overeen met een bepaalde hoeveelheid energie, via de Planck constante.
Deze energie komt overeen met het energieverschil tussen de twee spintoestanden.
Dit vormt de basis voor de  vergelijking die je al noemde


 
De "B" in deze vergelijking staat voor het lokale magneetveld, dus de sterkte van het magneetveld dat de kern precies voelt. Dit wordt zoals ik al aangaf bepaald door het aangelegde magneetveld, wat ter plaatse verzwakt of versterkt wordt door shielding of deshielding effecten. De resonantiefrequentie van een kern is proportioneel met de lokale sterkte van het magneetveld.
 
Het gaat er dus om dat het lokale magneetveld zodanig is dat de resonantiefrequentie gelijk is aan de frequentie van de ingezonden straling.
 
De vraag was nu hoe je het aangelegde magneetveld moet variëren zodat het lokale magneetveld die sterkte heeft.
 
 
Laten we het eerderemvoorbeeld even omdraaien. We hebben onze magneet ingesteld op een bepaalde sterkte B₀. We kijken we eerst naar een kern (kern 1) die helemaal niet is afgeschermd. En we hebben ons systeem zo ingesteld dat die kern in resonantie is met de ingezonden straling. Het magneetveld dat kern 1 ondervindt (B₁) is gelijk aan dat van het aangelegde veld, dus B₁ = B₀
 
Nu willen we naar een andere kern kijken die meer is afgeschermd (kern 2). Die afscherming verzwakt het veld dat met de magneet is aangelegd. Lokaal ondervindt kern 2 dus een zwakker magneetveld. Laten we dat veld even B₂ noemen.
 
B₂ is kleiner dan B₀ (en dus ook kleiner dan B₁). Deze kern is dus niet in resonantie met de ingezonden straling.
 
Nu kunnen we B₀ gaan variëren. Hoe moeten we B₀ variëren zodat B₂ wel in resonantie komt met de ingezonden straling?

[vdslaur]

Sorry maar ik heb echt geen idee...
 
Ik zie geen verband tussen het aangelegde magneetveld B en het lokale magneetveld B.

[Marko]

De afscherming is het verband. Afscherming rond een kern verzwakt het veld dat is aangelegd, waardoor de kern een zwakker veld ervaart. Dus: meer afscherming (shielding) betekent meer verzwakking van het magneetveld in het gebied bij de kern.

[vdslaur]

Ja klinkt logisch...de minst afgeschermde kern voelt dus meer van het aangelegde veld B₀
 
Maar "hoe moeten we B₀ variëren zodat B₂ wel in resonantie komt met de ingezonden straling?"
 
want je zegt B0 varieren, het is niet die afscherming die we kunnen varieren 

[Fuzzwood]

De afscherming is een molecuuleigenschap, daar kun je lastig aan gaan sleutelen.