NMR-spektrometrialaitteisto

Oulun yliopiston ryhmä vahvisti kokeellisesti NMR-signaalin magneettikenttäriippuvuuden

Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia (NMR) on keskeinen materiaalien ja biosysteemien rakenteen ja dynamiikan tutkimusmenetelmä. Sen tärkein havaintosuure on kemiallinen siirtymä, joka välittää yksityiskohtaista tietoa näytteen sisältämien magneettisten atomiydinten fysikaalisesta ja kemiallisesta ympäristöstä. 

NMR:ssä käytetään instrumentteja, joiden magneettikenttää kasvattamalla voidaan parantaa signaalinvoimakkuutta ja spektrien erotuskykyä. Tähän asti on oletettu, että käytetyn magneettikentän voimakkuus ei vaikuta ydinten kemialliseen siirtymään, vaikka nobelisti N. F. Ramsey ennusti päinvastaista jo vuonna 1970. Hänen mukaansa magneettikenttä muokkaa aineen elektroniverhoa ja siten ydinten siirtymiä. 

Oulun yliopiston NMR-spektroskopian tutkimusyksikössä on nyt kyetty kokeellisesti vahvistamaan Ramseyn ennuste. Tarkkuusmittauksissa havaittiin 59Co-ytimen kemiallisen siirtymän noudattavan ennustettua neliöllistä riippuvuutta spektrometrin magneettikentästä. Kokeellisen kenttäriippuvuuden merkki ja suuruusluokka pystyttiin vahvistamaan edistyneellä elektroniverhoteorialla ja -laskennalla.

Keskeistä uusien kokeiden menestykselle oli samanaikaisesti mitatun 129Xe-isotoopin signaalin käyttö sekä lämpötilan vakioimiseksi eri kenttävoimakkuudet omaavien instrumenttien välillä että tarkkana taajuusstandardina. Nyt todennettu kenttäriippuvuus merkitsee perustavaa laatua olevaa muutosta jatkuvasti korkeammissa kentissä suoritettavissa NMR-tutkimuksissa. Kenttäriippuvuus tuo myös uuden havaintosuureen materiaalitutkimuksen käyttöön.

Oulun yliopiston ja Viron Kansallisen kemiallisen fysiikan ja biofysiikan instituutin yhteisjulkaisu aiheesta: A.M. Kantola, P. Lantto, I. Heinmaa, J. Vaara ja J. Jokisaari, Direct magnetic-field dependence of NMR chemical shift, Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 8485-8490 (2020), https://doi.org/10.1039/D0CP01372B

Phys. Chem. Chem. Phys -julkaisusarja valitsi ryhmän artikkelin julkaisemiensa vuoden 2020 huippuartikkelien joukkoon.

 

Viimeksi päivitetty: 9.6.2020