Nuclear magnetic resonance

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Nuclear magnetic resonance

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Kernspinresonanz, auch magnetische Kernresonanz oder kernmagnetische Resonanz, (abgekürzt NMR nach englisch Nuclear Magnetic Resonance) ist ein (kern)physikalischer Effekt, bei dem Atomkerne einer Materialprobe in einem konstanten Magnetfeld elektromagnetische Wechselfelder absorbieren und emittieren. Der Effekt beruht auf der Larmorpräzession der Kernspins um die Achse des konstanten Magnetfelds. Durch die Emission oder Absorption von magnetischen Wechselfeldern, die mit der Larmorpräzession in Resonanz sind, ändern die Kerne die Orientierung ihrer Spins zum Magnetfeld. Wird mittels einer Antennenspule das emittierte Wechselfeld beobachtet, spricht man auch von Kerninduktion. Die Absorption eines eingestrahlten Wechselfelds wird anhand des Energieübertrags zu den Kernspins beobachtet. Die Resonanzfrequenz ist proportional zur Stärke des Magnetfelds am Ort des Kerns und zum Verhältnis des magnetischen Dipolmoments des Kerns zu seinem Spin. Die Amplitude des gemessenen Signals ist u. a. proportional zur Konzentration der betreffenden Art von Kernen in der Probe. Die Amplitude und besonders die Frequenz der Kernspinresonanz sind mit sehr hoher Genauigkeit messbar. Das gestattet detaillierte Rückschlüsse sowohl auf den Aufbau der Kerne als auch auf ihre sonstigen Wechselwirkungen mit der näheren und weiteren atomaren Umgebung. Die Technik der Kernspinresonanz ist unter dem Namen Kernspinresonanzspektroskopie daher eine der Standardmethoden bei der Untersuchung von Atomen, Molekülen, Flüssigkeiten sowie kristallinen und amorphen Festkörpern. Sie ist auch die Grundlage der Kernspinresonanztomographie (Magnetresonanztomographie, MRT) in der medizinischen Diagnostik. Voraussetzung der Kernspinresonanz ist ein Kernspin ungleich Null. Am häufigsten werden die Kerne der Isotope H und C zur Beobachtung der Kernspinresonanz genutzt. Weitere untersuchte Kerne sind H, Li, B, N, N, O, F, Na, Si, P, Cl, Cd, Xe, Pt u. v. a. , jeweils in ihrem Grundzustand. Ausgeschlossen sind alle Kerne mit gerader Protonenzahl und Neutronenzahl, sofern sie sich nicht in einem geeigneten angeregten Zustand mit Spin ungleich Null befinden. In einigen Fällen wurde die Kernspinresonanz an Kernen in einem genügend langlebigen angeregten Zustand beobachtet. Zur analogen Beobachtung bei Elektronen siehe Elektronenspinresonanz.