Gepulste Kernspinresonanz

Gepulste Kernspinresonanz

  • Versuchsbeginn: 9:00 Uhr
  • Standort des Experiments: S2|07 061, Treffpunkt: S2|07 83
  • Versuchskennziffer: 3.10
  • Versuchsanleitung: Gepulste Kernspinresonanz
Supraleitender 2.35T Magnet "Alter Aachener" des NMR Versuchs im F-Praktikum
Supraleitender 2.35-Tesla-Magnet. Im Hintergrund steht das Rack mit Temperaturkontrolle, Frequenzgenerator, 1 kW-Leistungsverstärker und Empfängerelektronik. Links der Messrechner mit Puls- und ADC-Karte, gesteuert mit der selbst entwickelten Software DAMARIS.

Die Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonance – NMR) wurde erstmals 1946 unabhängig voneinander durch Felix Bloch (Stanford) und Edward Millsz Purcell (MIT) beschrieben. 1952 erhielten beide dafür den Nobelpreis. Seitdem hat sich die NMR zu einem sehr leistungsfähigen Instrument in der naturwissenschaftlichen Forschung, aber auch für darüber hinaus gehende Anwendungen entwickelt. So wird die NMR-Spektroskopie in der organischen Chemie und der Biochemie zur Bestimmung von Molekülstrukturen eingesetzt. Als medizinische Anwendung wird die NMR in der Bildgebung (MRI) benutzt. In der Physik verwendet man die NMR unter anderem zum Studium dynamischer Prozesse in Festkörpern und Flüssigkeiten. Viele weitere Anwendungen sollen hier ungenannt bleiben.

Die Idee unseres F-Praktikum-Versuchs besteht darin, die Interessenten in ein modernes NMR-Spektrometer einzuführen und mit den Methoden der gepulsten Kernspinresonanz vertraut zu machen. Dazu wird der Praktikumsversuch in einem unserer Forschungslabors durchgeführt. Der/Die Praktikant/in soll den Aufbau eines Spektrometers, das in seinen zentralen Teilen eine hochspezialisierte Eigenentwicklung darstellt, vor Ort kennenlernen. Es wird erwartet, dass die Studierenden sich vor der Versuchsdurchführung mit den Grundlagen der NMR befasst hat, diese können dem Praktikumsskript und der angegebenen Literatur entnommen werden.

Das Herzstück des zur Verfügung stehenden Spektrometers ist ein supraleitendender Hochfeldmagnet mit einer maximalen Feldstärke von etwa 2,3 T, entsprechend einer Protonenfrequenz von ca. 100 MHz. Im Praktikumsversuch sollen Messungen an zwei verschiedenen Proben durchgeführt werden. Um den Versuch auch auf der Anwendungsseite möglichst interessant zu gestalten, werden wir die Auswahl einer Probe variabel halten. Als zweite Probe wird flüssiges Wasser verwendet.

Ziel des Versuchs ist es, den Selbstdiffusionskoeffizienten der “unbekannten” Probe zu bestimmen. Zunächst sollen im homogenen Feld des Magneten die Spin-Gitter-Relaxationszeit und die Spin-Spin-Relaxationszeit in flüssigem Wasser bestimmt werden. Die Diffusionsmessungen finden dann im Streufeld des Magneten statt. Das Wasser dient dabei als Referenzprobe.

Literatur

Eine Literaturmappe zum Versuch ist erhältlich im Studienzentrum Physik, Gebäude S2|06

  1. Ch. Kittel, Einführung in die Festkörperphysik, Oldenbourg
  2. T. C. Farrar, and E. D. Becker, Pulse and Fourier Transform NMR, Academic Press
  3. R. Kimmich, NMR: Tomography, Diffusometry, Relaxometry, Springer
  4. C. P. Slichter, Principles of Magnetic Resonance, Springer
  5. E. Fukushima, and S. B. W. Roeder, Experimental Pulse NMR: A Nuts and Bolts Approach, Addison--Wesley
  6. B. Geil, Measurement of Translational Molecular Diffusion Using Ultrahigh Magnetic Field Gradient NMR, Conc. Mag. Res. 10, 299-321 (1998)