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Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)
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Kernmagnetische Resonanz (NMR)

Methodenbeschreibung

Die NMR-Spektroskopie (nuclear magnetic resonance) ist eine zerstörungsfreie Methode zur Strukturaufklärung organischer, metallorganischer, seltener auch von anorganischen Proben. NMR-Untersuchungen können an Flüssigkeiten und Feststoffen vorgenommen werden.

Dazu wird die Probe in ein starkes Magnetfeld gebracht. Bei magnetisch aktiven Kernen, also Atomkernen, wie z.B. 1H, 13C, 31P, 11B, 29Si, 19F, die einen Kernspin und damit ein magnetisches Moment besitzen führt dies zur Aufhebung energiegleicher Energiezustände. Die Atomkerne können verschiedene Energieniveaus einnehmen. Die Besetzungsunterschiede und damit die Energiedifferenzen der betroffenen Energiezustände sind so klein, dass Übergänge zwischen den Energieniveaus, bereits durch Anregung der Probe mit elektromagnetischer Strahlung geringer Energie (Radiofrequenzen im MHz-Bereich) induziert werden. Die Differenz zwischen den Energieniveaus und damit die Resonanzfrequenz hängen von der unmittelbaren chemischen Umgebung der gemessenen Atomkerne ab und ermöglichen somit direkte Rückschlüsse auf die chemische Struktur der untersuchten Moleküle.

Die Strukturaufklärung ist das Hauptanwendungsgebiet der NMR-Spektroskopie. Hierzu nimmt man in der Regel hochaufgelöste Spektren von Proben in Lösung auf und setzt zur Strukturaufklärung neben eindimensionalen auch mehrdimensionale (z.B. COSY, NOESY, HSQC, HMBC) Techniken ein.

Die Aufnahmetechniken von Proben in Lösung unterscheiden sich von denen im Festkörper. Das liegt daran, dass in Lösung die Moleküle frei beweglich sind und anisotrope Wechselwirkungen weitgehend herausgemittelt werden.

Im Festkörper sind die Moleküle nicht frei beweglich. Das führt dazu, dass Resonanzen auch aus der unterschiedlichen Orientierung der Moleküle zum äußeren Magnetfeld resultieren. Zusätzlich muss man anisotrope Wechselwirkungen der magnetisch aktiven Kerne untereinander berücksichtigen. Geeignete Messtechniken, die diese Probleme umgehen bzw. minimieren sind z.B. CP, MAS.

Ansprechpartner:

Frau Dr. S. Willbold Tel.: 02461-61 6063


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