NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (SPEKTROSKOPI RESONANSI MAGNETIK INTI) SPECTROSCOPY (SPEKTROSKOPI RESONANSI MAGNETIK INTI)

NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) SPECTROSCOPY

Spin Inti Setiap inti atom bermuatan. Pada kebanyakan inti, muatan tersebut berputar (spin) pada sumbu inti tersebut. Perputaran muatan inti ini akan menimbulkan suatu dipol magnetik sepanjang sumbu inti dengan momen magnetik inti sebesar . Hanya inti dengan nomor atom gasal, nomor massa gasal atau nomor atom dan nomor massa gasal yang dapat berlaku sebagai magnet.  

Bilangan Kuantum Spin Momentum sudut dari muatan yang berputar tersebut dapat digambarkan dalam pengertian bilangan kuantum spin, I; bilangan-bilangan ini mempunyai harga 0, 1/2, 1, 3/2, dan seterusnya (I=0, berarti tidak ada spin). Setiap proton dan netron mempunyai spinnya sendiri, dan I adalah merupakan resultan dari spin-spin tersebut. Atom dengan no atom dan no massa genap mempunyai harga I = 0 (tidak bersifat sebagai magnet) Atom dengan no atom gasal dan no massa genap mempunyai harga I = 1, 2,.. Atom dengan no atom gasal/genap dan no massa gasal mempunyai harga I = 1/2, 3/2, 5/2, …

Bilangan kuantum spin dan kelimpahan di alam dari beberapa inti atom Isotope I Natural abundance 1H 1/2 99,985 18O 0,200 2H 1 0,015 19F 100 12C 98,90 31P 13C 1,10 32S 95,03 14N 99,635 33S 3/2 0,75 15N 0,367 34S 4,21 16O 99,762 35Cl 75,77 17O 5/2 0,038 37Cl 24,23

Tingkat Spin Inti (Nuclear Spin States) Dalam keadaan normal (inti tidak dikenai/ditaruh pada medan magnet eksternal), semua orientasi spin dari suatu inti berenergi sama (degenerasi). Bila inti dikenai medan magnet, maka orientasi/tingkat spin tidak lagi berenergi sama. Hal ini disebabkan karena inti mempunyai momen magnetik () yang ditimbulkan oleh berpusingnya muatan. Jumlah orientasi/tingkat spin yang mungkin bagi suatu inti bila padanya dikenakan medan magnet homogen eksternal ditentukan oleh bilangan kuantum spin (I) dari inti tersebut, sesuai dengan persamaan : Banyaknya tingkatan spin inti = 2I + 1

Bilangan kuantum spin dan jumlah tingkatan spin beberapa inti

Tingkat Spin Proton dalam ketiadaan dalam magnet eksternal medan medan magnet eksternal

Tingkat Spin Proton

Pemisahan Energi Tingkatan Spin Proton

Frekuensi energi yang diabsorpsi Pemisahan energi tingkatan spin inti merupakan fungsi dari medan magnet eksternal Bo

Frekuensi dan kekuatan medan magnet eksternal pada mana beberapa inti terpilih beresonansi

Fenomena NMR: Absorbsi Energi

Spektrometer NMR 1. Magnet 2. Generator 'sweep' 3. Transmiter RF 4. Kumparan transmitter 5. Kumparan penerima 6. Kumparan 'sweep', 7. Detektor & Penerima 8. RF 9. Rekorder 10. Sampel

Cara memperoleh spektrum NMR Ada 2 teknik untuk memperoleh spectra NMR. Yaitu: Continous Wave (CW) Pulse Fourier Transform (PFT atau FT) Pada teknik 'Continous Wave' : masing-masing type hydrogen (atau karbon) dieksitasikan sendiri-sendiri, sehingga dibutuhkan waktu yang agak lama (beberapa menit) untuk memperoleh spektrum NMR secara keseluruhan (lengkap). Teknik ini ada 2 cara: - Field-Sweep, yaitu medan magnet eksternal, Bo divariasi, sedang frekuensi radionya tetap. - Frequency-Sweep, yaitu Frekuensi radio divariasi, sedang medan magnet eksternalnya tetap.

Cara memperoleh spektrum NMR Pada teknik Fourier Transform (FT), semua inti dieksitasikan secara simultan dengan suatu radiasi yang singkat yang mengandungi semua frekuensi radio yang dikehendaki. Signal yang diterima oleh receiver disebut sebagai free induction decay (FID) dan mengandungi semua informasi dari spektrum NMR. Transformasi Fourier dari FID, yang disebut sebagai dalam time domain, diubah menjadi spektrum, yang disebut sebagai frekuensi domain.

Cara memperoleh spektrum NMR Kelebihan teknik FT disbanding CW adalah: Lebih cepat Lebih sensitif (karena 'ratio signal to noise' ditingkatkan).

1H-NMR = PMR (Proton Magnetic Resonance) 1H-NMR memberikan informasi mengenai: Banyaknya jenis lingkungan hidrogen yang berbeda dalam satu molekul. Banyaknya atom hidrogen yang ada pada masing- masing lingkungan hidrogen tersebut. Banyaknya atom hidrogen pada atom karbon tetangga.

1H-NMR = PMR (Proton Magnetic Resonance)

1H-NMR = PMR (Proton Magnetic Resonance) Jadi, dengan menggunakan beberapa parameter spektrum, struktur kimia dari suatu sampel yang diuji akan dapat ditentukan. Dengan geseran kimia (chemical shift) dapat diketahui macam lingkungan kimia dari proton. Dengan integrasi dapat diketahui jumlah relatif proton- proton yang ada. Dengan 'spin-spin coupling' dapat diketahui hubungan posisi antara inti-inti yang saling berinteraksi. Besarnya interaksi dinyatakan dengan apa yang disebut 'coupling constant' (J), yang tergantung pada jumlah serta jenis ikatan yang memisahkan inti-inti tersebut.

Electronic Shielding = Perlindungan Elektronik Beff = Bo – Blokal Efek shielding diamagnetik tersebut, secara universal ada pada semua proton Taraf shielding tergantung kepada kerapatan elektron ('electron density') yang mengelilingi proton.