Spettrometro_NMR
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http://www.bruker.com/products/mr.html
http://www.magritek.com
schema a blocchi
MAGNETE
TRASMETTITORE
generatore di RF
gates
amplificatore
di rf
COMPUTER
ADC
RICEVITORE
probe
campione
Magnete superconduttore
DSCF
6.35
9.4
11.74T
esla
www.agr.hokudai.ac.jp/ms-nmr/nmr/instrument.htm
c. m. terrestre 1 ventimillesimo di Tesla
Sicurezza nel laboratorio NMR
• I principali rischi sono connessi allo stray field
(campo parassita) del magnete superconduttore
• Al giorno d’oggi quest’ultimo è molto ridotto per
l’introduzione della tecnologia dei magneti
superconduttori attivamente schermati (nel
Lab. NMR del DSCF il magnete degli strumenti a
9.4 e 11.74 T)
• nei quali il campo magnetico all’interno del
magnete risente di meno dei disturbi esterni
Elevato rischio per:
• portatori di pacemaker
• portatori di protesi con parti
ferromagnetiche
Danneggia:
• orologi analogici
• memorie magnetiche
• bancomat (no microchip)
Pericoloso avvicinarsi con pezzi di ferro taglienti
(taglierino)
Piccoli pezzi di ferro (es. punti della cucitrice o
limatura di ferro) che penetrano nel bore del
magnete portano a disturbi dell’omogeneità del
campo magnetico
Presenza di fluidi criogenici
• il solenoide superconduttore è immerso in un bagno
di He liquido (Tb= 4.2 K) contenuto in un dewar a
sua volta contenuto in un secondo dewar in cui c’è
azoto liquido, per diminuire la velocità di
evaporazione dell’elio.
• L’elio che evapora in continuo viene convogliato il
più possibile all’esterno della stanza mediante un
tubo di vipla (in realtà dovrebbe essere un materiale
impermeabile al gas).
• L’uscita dell’N2 gas, invece, avviene nella stanza
quindi è indispensabile assicurare l’areazione,
soprattutto per la copiosa liberazione di N2 gas
durante i riempimenti settimanali di N2.
• L’N2 liquido è usato anche per l’accessorio della
temperatura variabile che funziona convogliando N2
gas freddo nel probe.
Pericolo di quench (spegnimento del
campo magnetico)
• Il filamento superconduttore mantiene le
caratteristiche superconduttrici al di sotto di certi
parametri critici di temperatura, intensità di corrente
e campo magnetico (Tc, Ic e Bc) diventa un
conduttore. Se il materiale diventa conduttore c’è
l’effetto Joule e il fenomeno procede a cascata. Si
ha ebollizione tumultuosa dell’elio (per evitare
l’esplosione del dewar ci sono i dischi di rottura).
Pericolo di asfissia: aprire le finestre ed
abbandonare la stanza.
• Le caratteristiche del materiale possono cambiare
anche per una deformazione meccanica: urto,
oppure movimento nelle vicinanze di un grosso
oggetto ferromagnetico.
Magnete da banco senza liquidi criogenici
1T
1H
42.5 MHz
Learning about NMR at Long
Beach City College, sophomore
Patricia Romine with the Magritek
Spinsolve Benchtop NMR.
http://www.magritek.com/products/
spinsolve/
http://www.magritek.com/applications/che
mistry-education/
Magnete da banco senza liquidi criogenici
1.4 T
1H
Standard modifiable experiments (e.g., 1D, 1D{1H}, T1, T2,
COSY, JRES, HSQC)
http://www.nanalysis.com/nmready-60pro/
60 MHz
FID: free induction decay
segnale NMR in funzione del tempo
Alla fine dell’impulso viene acquisito il segnale:
una fem indotta dalla componente della
magnetizzazione nel piano perpendicolare a B0.
Essa ruota rispetto al sistema d’assi del
laboratorio.
Il computer toglie la frequenza
(detta portante) dell’ordine dei
MHz e riporta sullo schermo le
cosiddette audiofrequenze (al
massimo dell’ordine di
s
centinaia di kHz)
tempo
segnale in funzione del tempo
unica frequenza (n0-nrf)= 8 Hz
T2*= 0.5 s
s
t
s(t ) cos[(0 rf )t ] exp
T2 *
* perchè c’è anche l’effetto delle disomogeneità di B0
NMR in trasformata di Fourier
tempo
FT
frequenza
Il segnale in funzione del tempo comunemente è la
somma di un gran numero di segnali, ed è necessaria
la trasformata di Fourier per distinguerli
Esperimento NMR illustrato con il modello vettoriale
Facendo la somma di tutti i momenti magnetici
nucleari presenti nel campione (si considera vi
sia un solo tipo di nuclei attivi all’NMR senza
differenze di shift chimico es. CHCl3 o HOD).
Come risultante della somma si ha un vettore
magnetizzazione nucleare macroscopica,
allineato con il campo magnetico inducente.
B0
M0
La differenza di energia tra i livelli é molto piccola e di
conseguenza anche la differenza di popolazione è molto
piccola e l’M0 risultante.
Questo vettore è troppo debole per venir misurato
come tale (misure magnetiche) e perciò si impiegano
metodi di risonanza.
Campo Magnetico di
Radiofrequenza (rf)
• Si impiega il campo magnetico oscillante
prodotto da una corrente alternata di frequenza
opportuna (vicina alla fequenza di Larmor del
nucleo considerato) fatta fluire in una spira posta
nella testa di misura in modo che il campo
magnetico oscillante sia ortogonale al campo
magnetico statico.
• Questo campo magnetico oscillante è
linearmente polarizzato e coerente per le
caratteristiche della sorgente, che è un’antenna
radio.
Campo magnetico rotante
• Il campo magnetico oscillante può essere
considerato come la risultante di due vettori
controrotanti. Il campo magnetico che ha lo stesso
verso della frequenza di Larmor ha
effetto, mentre quello di verso opposto è
trascurabile.
Mazinga ed il pugno
atomico rotante
http://animeoltre.altervista.org/robot/
grandemazinga.html
• il moto del vettore magnetizzazione
macroscopica si descrive in maniera
classica .
• Si considera un sistema d’assi rotante con
la stessa velocità angolare di B1, in modo
che questo sia statico, es. allineato con
l’asse y’
• Il vettore M ruoterà attorno all’y’
z’
b
b= -gB1t
M
x’
Il vettore magnetizzazione sottoposto al c.m.
rotante B1 ruota attorno all’asse y’ e le sue
componenti nel sistema d’assi rotante sono:
Mz,= M0cosb
Mx’=M0sinb
Impulso di radiofrequenza
È l’applicazione del campo magnetico di
radiofrequenza per un tempo piccolissimo
(qualche microsecondo) durante il quale
può essere trascurato l’effetto del
rilassamento.
Mx’=M0sinb
Mz’=M0cosb
osservabile
L’intensità del segnale è proporzionale
alla lunghezza (=durata) dell’impulso,
secondo la relazione
Mx’=M0sinb
b=-gB1tp
segnale massimo
b= p/2
p/2=-gB1tp/2
determinazione
sperimentale
dell’intensità di B1
