Magic-Angle-Spinning

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Magic-Angle-Spinning (MAS) (engl. für Drehung/Rotation im magischen Winkel) ist eine Technik zur Verbesserung der Signalqualität in der Festkörper-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie), die auf der sehr schnellen Rotation der Probe während der Messung beruht.[1][2]

Die Messprobe (blau) rotiert mit hoher Frequenz im Magnetfeld B0. Die Drehachse ist um den magischen Winkel θm zum Magnetfeld gekippt.

Bei der NMR-Spektroskopie in Festkörpern tritt im Allgemeinen eine deutliche (meist unerwünschte) Linienverbreiterung in den gemessenen NMR-Spektren auf, welche die weitere Analyse der Spektren erschweren oder einschränken kann. Ursache dieser Linienverbreiterung sind anisotrope Wechselwirkungen (z. B. Zeeman-, dipolare, Elektronenspin- und Quadrupolwechselwirkung) zwischen den Atomkernen der Probe; im Gegensatz zur NMR-Spektroskopie in Lösungen oder Flüssigkeiten können sich diese anisotropen Wechselwirkungen in Festkörpern nicht durch stochastische Molekularbewegungen ausmitteln.

Diese Linienverbreiterung lässt sich durch Magic-Angle-Spinning verringern. Dazu wird die Probe mit Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu 70 kHz um eine Achse gedreht, die um \theta_\text{m} \approx 54{,}74^\circ (den „magischen Winkel“) bezüglich der externen Magnetfeldrichtung gekippt ist. Dieser Winkel \theta_\text{m} genügt der Bedingung (\cos\theta_\text{m})^2=\tfrac{1}{3}, welche dazu führt, dass alle dipolaren Wechselwirkungen gemittelt werden und damit aus dem Spektrum verschwinden.[3] Der magische Winkel entspricht dem Winkel zwischen der Raumdiagonalen eines Würfels und der Seitenfläche, also dem halben Tetraederwinkel von ca. 109,47°.[1]

Erstmals beschrieben wurde die MAS-Technik 1958 von E. Raymond Andrew, A. Bradbury und R. G. Eades[4] sowie unabhängig hiervon 1959 durch I. J. Lowe[5]. Die Bezeichnung „Magic-Angle-Spinning“ wurde 1960 von Cornelis J. Gorter auf dem AMPERE-Kongress in Pisa geprägt.[1]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c  Jacek W. Hennel, Jacek Klinowski: Magic Angle Spinning: A Historical Perspective. In: Jacek Klinowski (Hrsg.): New techniques in solid-state NMR. Springer, 2005, ISBN 3-540-22168-9, S. 1–14, doi:10.1007/b98646 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2.  E. Raymond Andrew: Magic Angle Spinning. In: Anne McDermott (Hrsg.): Solid State NMR Studies of Biopolymers. John Wiley & Sons, 2010, ISBN 0-470-72122-7, S. 83–97 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3.  Daniel Canet: NMR, Konzepte und Methoden. Springer, Heidelberg 1994, ISBN 3-540-58204-5, S. 62 ff..
  4.  E. R. Andrew, A. Bradbury, R. G. Eades: Nuclear magnetic resonance spectra from a crystal rotated at high speed. In: Nature. Bd. 182, Nr. 4650, 1958, S. 1659, doi:10.1038/1821659a0.
  5.  I. J. Lowe: Free Induction Decays of Rotating Solids. In: Phys. Rev. Lett. Bd. 2, Nr. 7, 1959, S. 285–287, doi:10.1103/PhysRevLett.2.285.