NMR
- Henkilökunta
- Julkaisut
- Laitteistot
Ydinmagneettinen resonanssi (NMR) perustuu siihen, että useimpien atomien ytimillä on magneettinen momentti. Magneettikentässä nämä magneettiset momentit asettuvat kenttään nähden määrättyihin suuntiin, joita vastaa erilainen energia. Kun aineeseen lähetetään tilojen energiaeroa vastaavaa sähkömagneettista säteilyä, ytimet pystyvät absorboimaan sitä. Sanotaan syntyvän ydinmagneettinen resonanssi. Esimerkiksi 7 T magneettikentässä protonien resonanssiehto vastaa 300 MHz radiotaajuutta. Ydinmagneettinen resonanssi antaa tietoa atomiytimien ympäristöstä. Tätä käytetään fysiikassa kiderakenteen, atomien liikkeiden ja magnetismin tutkimiseen ja kemiassa molekyylirakenteen selvittämiseen. Lääketieteessä magneettikuvaus perustuu ydinmagneettiseen resonanssiin.
Atomien ja atomiryhmien liikkeitä kiinteissä aineissa rajoittavat ainetta koossapitävät, usein sähköstaattiset voimat. Nämä voimat muodostavat potentiaalivallin, joka atomiryhmän termisen energian pitää ylittää, jotta liike tulisi mahdolliseksi. Vielä nestetypen lämpötilassa esimerkiksi ammoniumioni voi pyörähdellä 10 MHz taajuudella. Yleensä nestemäisen heliumin lämpötilassa tällainen liike jähmettyy. Silloin monissa tapauksissa tulee esiin liike, joka tapahtuu tunneloitumalla potentiaalivallin läpi. Viimeaikaisissa töissä olemme tutkineet vety- ja hiiliytimien magneettisten dipolien kytkeytymistä metyyliryhmän tunneloitumalla tapahtuvassa rotaatiossa ja osittaisen isotoopinvaihdon vaikutusta ammoniumionin liikkeeseen.
Magneettisesti järjestyneissä aineissa ydinmagneettinen resonanssi voidaan havaita ilman ulkoista magneettikenttää. Näissä tapauksissa saadaan tietoa aineen rakenteesta ja tutkittavan ytimen kohdalla vallitsevasta magneettikentästä. Tämä magneettikenttä voi syntyä saman atomin elektroneista kuten raudan ja kromin tapauksissa, joita olemme tutkineet aikaisemmin, tai naapuriatomin vaikutuksesta, kuten olemme havainneet lantaania sisältävissä magneettisissa perovskiiteissä.