: دستگاه طیف سنج رزونانس مغناطیسی هسته‌ای





	{picture=nmr5.jpg}		{picture=nmr5.jpg}








	یک نوع دستگاه NMR		یک نوع دستگاه NMR

!دید کلی

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای به نسبت سایر روشهای طیف سنجی روش نوینی است که برای شناسایی مواد ، تشخیص نوع مولکولها ، تعیین جرم مولکولی و همینطور فرمول مولکولی به کار می‌رود. با دستگاههای مورد استفاده این روش آشنا می‌شویم.

!دستگاه موج پیوسته (CW)

نمونه را در حلالی که فاقد ((پروتون)) باشد (معمولا CCl₄) حل کرده و مقدار کمی __TMS__ به‌عنوان شاهد داخلی به آن اضافه می‌نماییم. سلول نمونه ، یک لوله شیشه‌ای استوانه ای شکل است که در فضای ما بین دو قطب مغناطیس قرار می‌گیرد. نشانه اطمینان از این که تمام قسمتهای محلول ((میدان مغناطیسی)) نسبتا یکنواختی را احساس می‌کنند، چرخش نمونه حول محور خود است.

در فضای میانی مغناطیس ، یک سیم‌پیچ قرار دارد که به مولد فرکانس رادیو MHz(RF)60 متصل است. این سیم‌پیچ ، انرژی مورد لزوم برای تغییر جهت اسپین ((پروتون|پروتونها)) را فراهم می‌سازد. سیم‌پیچ آشکار کننده عمود بر سیم‌پیچ RF است. اگر جذب انرژی صورت نگیرد، سیم‌پیچ آشکار کننده هیچ گونه انرژی خروجی از سیم پیچ RF را دریافت نخواهد کرد.

هنگامی که نمونه ، انرژی جذب نماید، جهت‌گیری مجدد اسپینها تولید یک سیگنال فرکانس رادیو در صفحه سیم‌پیچ آشکار کرده و دستگاه آن را به‌صورت یک سیگنال رزونانس یا قله نمایش می‌دهد. در قدرت میدان ثابت ، انواع گوناگون پروتونها در یک مولکول با سرعتهای متفاوتی حرکت تقدیمی می‌کنند.

برای به رزونانس در آوردن پروتونهای گوناگون یک مولکول ، طیف سنج NMR به جای تغییر فرکانس RF ، سیگنال آن را ثابت نگاهداشته و قدرت میدان مغناطیسی را تغییر می‌دهد. با افزایش قدرت میدان مغناطیسی ، فرکانس حرکت تقدیمی تمامی پروتونها نیز فزونی می‌یابد. هنگامی که فرکانس حرکت تقدیمی یک نوع پروتون MHZ60 برسد، آن دارای رزونانس خواهد بود.

مغناطیس دستگاه در واقع یک وسیله دو قسمتی است. یک مغناطیس اصلی با قدرت 1,14 تسلا وجود دارد که بوسیله قطبین الکترومغناطیسی پوشانده شده است و با تغییر جریان از طریق قطبین می‌توان قدرت میدان اصلی را تا میزان ppm20 افزایش داد. با تغییر میدان بدین طریق می‌توان پروتونهای گوناگون نمونه را به رزونانس در آورد.

در حالیکه قلم بر روی کاغذ حرکت می‌کند، قدرت میدان نیز مرتبا افزایش می یابد. وقتی که قلم از چپ به راست به حرکت در می‌آید، قدرت میدان افزایش می‌یابد. هر گاه پروتونی که محیط شیمیایی آن فرق می‌کند، به رزونانس در آید، آن پروتون به‌صورت یک قله بر روی کاغذ ثبت می‌گردد. قله ای که در 0=δ ظاهر می‌گردد، مربوط به ترکیب شاهد داخلی (TMS) است.

چون پروتونهایی که شدیدا پوشیده شده‌اند، با سرعت کمتری نسبت به پروتونهایی ناپوشیده می‌چرخند، بنابراین ضروری است که میدان را افزایش داده تا آنها را در MHz 60 به چرخش محوری واداشت. پس پروتونهای شدیدا پوشیده ( شدیدا محافظت شده از طرف ((الکترون|الکترونها)) ) در طرف راست کاغذ و پروتونهای کم‌پوشیده یا ناپوشیده در طرف چپ کاغذ ظاهر می‌شوند.

ناحیه چپ کاغذ را گاهی میدان پایین (یا میدان ضعیف) و ناحیه راست آن را میدان بالا (یا میدان قوی) می‌نامند. تغییر میدان مغناطیسی در طیف سنج به مثابه تغییر فرکانس RF بوده و افزایش قدرت ((میدان مغناطیسی)) به میزان ppm1 کاهشی به میزان ppm1 را در فرکانس RF در برخواهد داشت. بنابراین ، فقط مساله طرح دستگاه است که قدرت میدان به جای فرکانس RF تغییر کند.

دستگاههایی که میدان مغناطیسی را به شیوه ای پیوسته تغییر می‌دهند (یعنی از انتهای میدان پایین تا انتهای میدان بالا را پیمایش می‌کنند)، __~~green:دستگاههای موج پیوسته (CW)~~__ خوانده می‌شوند. چون تغییر مکانهای قلل در این طیف از اختلاف فرکانسی با TMS محاسبه می‌گردند، لذا این نوع طیف ، __~~green:طیف قلمرو فرکانس~~__ گفته می‌شود.

!!ویژگی طیف CW

یک ویژگی بارز باعث تشخیص یک طیف CW می‌گردد و آن ، این است که قلل حاصل از یک دستگاه CW دارای __زنگ زدن__ هستند، یعنی ، یک سری از نوسانات در حال کاهش که پس از پیمایش دستگاه از روی قله پدید می‌آید. پدیده زنگ زدن بدیل دلیل اتفاق می‌افتد که هسته‌های برانگیخته شده فرصت آسایش و بازگشت به حالت تعادلی خود را پیش از آنکه میدان (و قلم) دستگاه به موقعیت جدید برود، ندارند.

دسته‌های برانگیخته شده دارای سرعت آسایش آهسته‌تری از سرعت پویش هستند. در نتیجه آنها در حال نشر یک سیگنال نوسان کننده سریعا در حال زوال بوده که به‌صورت الگوی زنگ زدن در حال ثبت هستند. الگوی زنگ زدن پدیده مطلوبی در دستگاه CW است و برای نشان دادن تنظیم خوب همگنی میدان از آن استفاده می‌شود. هنگامی که قله به صورت یک تک شاخه باشد، این الگو به خوبی قابل مشاهده است.





	{picture=nmritt3.jpg}		{picture=nmritt3.jpg}








	دستگاه NMR		دستگاه NMR

!دستگاه تبدیل فوریه تپشی

دستگاه NMR نوع CW ، بر اساس تهییج گونه به گونه هسته‌های ((ایزوتوپ)) مورد مطالعه کار می‌کند. در مورد ((هسته|هسته‌های)) 1H ، هر نوع از پروتون ( فنیل ، وینیل ، متیل و... ) بطور مجزا تهییج گشته و قله رزونانسی آن به گونه ای مستقل از دیگران مشاهده و ثبت می‌گردد. همین طور در حال پیمایش (روبش) ، ما ابتدا به اولین نوع از ((هیدروژن)) و سپس به دیگری نگاه می‌کنیم و آنقدر روبش را ادامه می‌دهیم تا تمامی انواع هیدروژنها به رزونانس در آیند.

راه دیگر که در دستگاههای جدیدتر و پیشرفته‌تر معمول است، استفاده از یک انفجار انرژی قدرتمند ولی کوتاه به نام __تپ__ است که کلیه هسته‌های مغناطیسی در ((مولکول)) را بطور همزمان تهییج می‌کند. برای نمونه ، در یک مولکول ((شیمی آلی|آلی)) تمامی هسته‌های 1H در یک زمان به رزونانس در می‌آیند. دستگاهی با میدان مغناطیسی T1/2 از انفجار کوتاهی (μsec10-1) از انرژی MHZ90 برای دستیابی به چنین عملی بهره می‌برد.

منبع مولد انرژی بسیار سریع روشن و خاموش می‌شود و تپی را تولید می‌کند. بر طبق ((اصل عدم قطعیت هایزنبرگ)) ، با اینکه فرکانس نوسان کننده مولد این تپ MHZ90 است، ولی اگر درازای زمان تپ بسیار کوتاه باشد، آنگاه محتوای فرکانسی تپ غیرقطعی خواهد بود، چرا که نوسان کننده به اندازه کافی روشن نیست تا یک فرکانس اصلی را بنا نهد. در نتیجه ، این تپ در بردارنده محدوده ای از فرکانسهاست که مرکز آن ، حدود فرکانس اصلی است. این محدوده از فرکانسها به اندازه کافی بزرگ خواهد بود تا تمامی انواه هیدروژنها در مولکول را با این تک انفجار انرژی یکجا برانگیخته کند.

وقتی تپ متوقف گردد، در آن صورت هسته‌های تهییج شده شروع به از دست دادن انرژی تهییجی خود می‌کنند و به حالت اسپینی اولیه خود باز می‌گردند (آسایش می‌کنند). آنگاه که هسته برانگیخته شده آسایش می‌کند، شروع به تابش اشعه الکترومغناطیس می‌نماید. چون مولکول حاوی هسته‌های مختلف بسیاری است، لذا فرکانسهای گوناگون بسیاری از اشعه الکترومغناطیسی بطور همزمان تابش خواهند نمود. این تابش را __سیگنال زوال القای آزاد__ (__FID__) می‌نامند.

به یاد آورید همان گونه که در نهایت تمامی هسته‌ها انرژی تهییجی خود را از دست می‌دهند، شدت FID نیز با گذشت زمان اضمحلال می‌یابد. FID ، ترکیبی انطباق یافته از تمامی فرکانسهای تابش شده است و می‌توان بسیار پیچیده باشد. ما عموما فرکانسهای منفرد مربوط به هسته‌های گوناگون را با استفاده از یک رایانه و یک روش ریاضی به نام __آنالیز تبدیل فوریه__ (__FT__) بدست می‌آوریم.

!مباحث مرتبط با عنوان

*((پروتون))

*((طیف الکترومغناطیس))

*((طیف سنجی تشدید مغناطیسی کربن 13))

*((هسته))