طیف سنجی NMR: تعریف، اصول، مراحل، اجزا و موارد استفاده

فهرست مطالب نمایش

NMR چیست؟

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته (Nuclear magnetic resonance)، که بیشتر با نام‌های طیف سنجی NMR یا طیف سنجی رزونانس مغناطیسی (magnetic resonance spectroscopy (MRS)) شناخته می‌شود، یک تکنیک طیف‌سنجی برای مشاهده میدان‌های مغناطیسی محلی در اطراف هسته اتم‌ها می‌باشد.

طیف سنجی NMR یک تکنیک طیف سنجی است که بر اساس جذب تابش الکترومغناطیسی در محدوده فرکانس رادیویی 4 تا 900 مگاهرتز توسط هسته‌های اتم می‌باشد.

در طول پنجاه سال گذشته، NMR به یک تکنیک برجسته برای تعیین ساختار ترکیبات آلی تبدیل شده است.

از بین تمام روش‌های طیف سنجی، این تکنیک تنها روشی است که معمولاً تحلیل و تفسیر کامل کل طیف برای آن مورد انتظار است.

اصول طیف سنجی NMR

قاعده کلی پشت NMR این است که بسیاری از هسته‌ها دارای اسپین (Spin) هستند و همه هسته‌ها دارای بار الکتریکی هستند. اگر میدان مغناطیسی خارجی اعمال شود، انتقال انرژی از این انرژی پایه به یک سطح انرژی بالاتر (به طور کلی یک شکاف انرژی منفرد) امکان‌پذیر است.
انتقال انرژی در طول موجی انجام می‌شود که با فرکانس‌های رادیویی مطابقت دارد و هنگامی که اسپین به سطح پایه خود باز می‌گردد، انرژی در همان فرکانس ساطع می‌شود.
سیگنالی که با این انتقال مطابقت دارد به طرق مختلف اندازه‌گیری و پردازش می‌شود تا طیف NMR برای هسته مربوطه به دست آید.

کار طیف سنجی NMR

نمونه در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد و سیگنال NMR با تحریک نمونه هسته با امواج رادیویی در داخل دستگاه رزونانس مغناطیسی هسته تولید می‌شود که با گیرنده‌های رادیویی حساس شناسایی می‌گردد.
میدان مغناطیسی درون مولکولی اطراف یک اتم در یک مولکول، فرکانس رزونانس را تغییر می‌دهد، بنابراین با این کار به جزئیات ساختار الکترونیکی یک مولکول و گروه‌های عملکردی آن دسترسی پیدا می‌کنیم.
از آن‌جایی که میدان‌ها منحصر به فرد یا برای ترکیبات منفرد، بسیار خاص هستند، طیف سنجی NMR روش قطعی برای شناسایی ترکیبات آلی تک مولکولی است.
علاوه بر شناسایی، طیف سنجی NMR اطلاعات دقیقی در مورد ساختار، دینامیک، وضعیت واکنش و محیط شیمیایی مولکول‌ها ارائه می‌کند.
رایج‌ترین انواع NMR، طیف سنجی NMR پروتون و کربن-13 می‌باشد، اما این طیف سنجی برای هر نوع نمونه‌ای که حاوی هسته‌های دارای اسپین باشد قابل استفاده است.

قطعات طیف سنجی NMR

نگهدارنده نمونه

لوله شیشه‌ای به طول 8.5 سانتی‌متر و قطر 0.3 سانتی‌متر.

آهنربای دائمی

این آهنربا یک میدان مغناطیسی یکنواخت بین 60 تا 100 مگاهرتز فراهم می‌کند.

کویل‌های مغناطیسی

این سیم پیچ‌ها هنگامی که جریان از آن‌ها عبور می‌کند، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند

ژنراتور روبش (Sweep generator)

برای تولید مقدار برابر میدان مغناطیسی که از نمونه عبور می‌کند.

فرستنده فرکانس رادیویی

یک کویل فرستنده رادیویی که یک پالس قدرتمند کوتاه از امواج رادیویی تولید می‌کند.

گیرنده فرکانس رادیویی

یک سیم پیچ گیرنده رادیویی که فرکانس‌های رادیویی ساطع شده را در هنگام کم شدن انرژی هسته‌ها به سطح پایین‌تر تشخیص می‌دهد.

سیستم‌های بازخوانش

یک کامپیوتر که داده‌ها را تجزیه و تحلیل و ثبت می‌کند.

کاربردهای طیف سنجی NMR

طیف سنجی مطالعه برهمکنش تابش الکترومغناطیسی با ماده است. طیف سنجی NMR استفاده از پدیده NMR برای مطالعه خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده است.

این طیف سنجی یک تکنیک شیمی تجزیه است که در کنترل کیفیت استفاده می‌شود.
در تحقیقات برای تعیین محتوا و خلوص یک نمونه و همچنین ساختار مولکولی آن استفاده می‌شود. به عنوان مثال، NMR می‌تواند مخلوط‌های حاوی ترکیبات شناخته شده را به صورت کمی تجزیه و تحلیل کند.
طیف سنجی NMR به طور معمول توسط شیمیدانان برای مطالعه ساختار شیمیایی با استفاده از تکنیک‌های ساده یک بعدی استفاده می‌شود. تکنیک‌های دو بعدی برای تعیین ساختار مولکول‌های پیچیده‌تر استفاده می‌شوند.
این تکنیک‌ها در حال تبدیل شدن به جایگزین کریستالوگرافی اشعه ایکس (X-ray crystallography) برای تعیین ساختار پروتئین هستند.
تکنیک‌های طیف سنجی NMR حوزه زمانی (Time domain NMR spectroscopy) برای بررسی دینامیک مولکولی در محلول استفاده می‌شوند.
برای تعیین ساختار مولکولی جامدات از طیف سنجی NMR حالت جامد (Solid state NMR spectroscopy) استفاده می‌شود.
دانشمندان دیگر روش‌های NMR را برای اندازه‌گیری ضرایب انتشار (Diffusion coefficient) توسعه داده‌اند.

همچنین بخوانید:

منبع

مترجم: صادق حسینی‌کیا

از این مطلب چقدر راضی بودید؟

روی ستاره کلیک کنید تا نظرتون ثبت بشه