Grundlagen und Anwendungen von Magnetresonanzexperimenten

Anleitung für Magnetresonanzexperimente

1. Zweck und Art des Experiments

• Physikalische Analyse: Messung von Materialeigenschaften (z. B. magnetische Suszeptibilität, Spin-Dynamik).
• Chemische Analyse: Strukturaufklärung von Molekülen (z. B. NMR-Spektroskopie).

2. Notwendige Materialien

• Magnet: Je nach Anwendung:
  • NMR-Spektroskopie:
    • Typ: Supraleitender Elektromagnet (hohe Stabilität und Homogenität erforderlich).
    • Feldstärke: Typischerweise 7–23 Tesla.
    • Größe: Abhängig von der Feldstärke; z. B. 1-Meter-Durchmesser für Hochfeld-NMR-Geräte.
  • EPR-Spektroskopie:
    • Typ: Permanentmagnet oder Elektromagnet.
    • Feldstärke: Typischerweise 0,3–1,5 Tesla.
    • Größe: Kompakt, wenige Zentimeter bis Dezimeter.
  • Magnetische Tests:
    • Typ: Hochleistungs-Permanentmagnet (z. B. Neodym).
    • Feldstärke: > 1 Tesla.
    • Größe: Klein (5 x 5 x 2 cm für Laboranwendungen).
• Probenhalter: Röhrchen oder Kapillaren, angepasst an den Magnet.
• Hochfrequenzquelle: Erzeugung der benötigten Radiofrequenz- oder Mikrowellenimpulse.
• Signalempfänger: Empfängt die Signale der Probe.
• Temperaturregelung: Optional, falls die Temperatur variabel sein soll.
• Computer: Für die Steuerung und Datenauswertung.

3. Aufbau

1. Magnet vorbereiten:
   • Für supraleitende Magnete: Kühlsystem (z. B. mit flüssigem Helium) sicherstellen.
   • Für Permanentmagnete: Platzierung in einem schwingungsfreien Umfeld.
2. Probe präparieren:
   • Füllen Sie die Probe in ein geeignetes Gefäß.
   • Vermeiden Sie Luftblasen oder Partikel.
3. System kalibrieren:
   • Justieren Sie das Magnetfeld.
   • Prüfen Sie die Homogenität mit einer Standardprobe (z. B. TMS für NMR).
4. Signalparameter einstellen:
   • Frequenz und Pulsbreite je nach Resonanzfrequenz der Zielatome.
5. Messung durchführen:
   • Aktivieren Sie die Hochfrequenzquelle und starten Sie den Scan.
   • Mehrere Durchgänge für bessere Signal-Rausch-Verhältnisse.

4. Sicherheitshinweise

• Starke Magnete können metallische Gegenstände anziehen – halten Sie Werkzeuge und Geräte auf Abstand.
• Supraleitende Magnete erfordern Vorsicht im Umgang mit flüssigem Helium.
• Beachten Sie die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in der Umgebung.