Spettrometro FT-NMR http://www.bruker.com/products/mr.html http://www.magritek.com

schema a blocchi Spettrometro FT-NMR TRASMETTITORE probe campione MAGNETE COMPUTER ADC RICEVITORE TRASMETTITORE generatore di RF gates amplificatore di rf

Magnete superconduttore DSCF 6.35 9.4 11.74Tesla 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 1 T 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/chemistry-education/

Magnete da banco senza liquidi criogenici 1H 60 MHz Standard modifiable experiments (e.g., 1D, 1D{1H}, T1, T2, COSY, JRES, HSQC) http://www.nanalysis.com/nmready-60pro/

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. s Il computer toglie la frequenza (detta portante) dell’ordine dei MHz e riporta sullo schermo le cosiddette audiofrequenze (al massimo dell’ordine di centinaia di kHz) tempo

segnale in funzione del tempo unica frequenza (n0-nrf)= 8 Hz T2*= 0.5 s s * perchè c’è anche l’effetto delle disomogeneità di B0

NMR in trasformata di Fourier FT tempo 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= -gB1t M b 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 osservabile Mz’=M0cosb

Mx’=M0sinb b=-gB1tp p/2=-gB1tp/2 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