## Oorsprong ontstaan spectrum

In goed Nederlands: kernspinresonantie. In grote lijnen is dat ook precies wat er gebeurd. Een spin van een proton levert een magnetisch veld op, door resonantie van dit magnetisch veld wordt een signaal uitgezonden dat na interactie opgevangen wordt en geplot wordt in een NMR spectrum. De omgeving van een kern bepaalt de plaats van een piek in een NMR spectrum.

De spin van een atoomkern wordt op quantumniveau bepaald door de spin van de aanwezige quarks. Een atoomkern met een even aantal protonen en oneven aantal neutronen (of andersom) heeft een netto kernspin van 1/2 (een half-integere waarde). De meest voorkomende isotopen waarbij dit het geval is zijn 1H, 13C, 19F en 31P. De waterstofisotoop is de meest voorkomende en komt in vrijwel alle organische verbindingen voor. We zullen ons daarom focussen op de waterstofkernen.

Doordat een waterstofkern een netto spin heeft, ontstaat er een magnetisch moment (vector, zie rechts).

Als er dan een extern magneetveld, B0, wordt aangelegd dan zijn er twee opties voor de kern:

Een optie, die energetisch het meest gunstig is, waarbij het magnetisch moment van de kern gelijk gericht is met het magnetisch veld dat extern op de kern wordt gelegd.

Een optie, met hogere energie, waarbij het magnetisch veld van de kern tegengesteld is aan het extern aangelegde magnetische veld.

Vrijwel alle kernen bevinden zich in de toestand. Door een radiofrequente puls naar de kern te sturen kan de spin van de kern omdraaien waardoor deze zich in de toestand zal bevinden. er is energie nodig om een kern van de naar de toestand te krijgen. Deze energie wordt geleverd door de puls met radiogolven.

Het energieverschil tussen de en toestand is afhankelijk van het externe magnetische veld. Een groter extern veld, betekent ook een groter energieverschil tussen beide toestanden (en dus een sterkere - hoger frequente - radiopuls die nodig is om een kern in "aangeslagen" toestand te krijgen.

Door relaxatie van de kern, waarbij de toestand weer overgaat naar de toestand komt er een radiosignaal vrij dat gedetecteerd wordt door de NMR. Dit ontvangen radiosignaal wordt omgezet in een bijbehorende piek op het NMR spectrum.

Bovenstaande geldt voor alle protonen en zou voor ieder proton (bij een vast extern veld) een gelijk signaal geven. Dit zou de techniek onbruikbaar maken.

Shielding

Gelukkig is er een shielding effect door de omgeving van het proton. Als we naar één waterstofatoom kijken, dan zit daar een elektron omheen. Dit elektron genereert in dat externe magneetveld zijn eigen geïnduceerde magneetveld.

Het geinduceerde magneetveld van het elektron heft een deel van het externe magneetveld op. Het overgebleven veld, Beff, is het magneetveld zoals het proton dat daadwerkelijk ervaart. En zoals we eerder gezien hebben, de sterkte van het magneetveld is bepalend voor het energieverschil tussen de en toestanden. Daarmee verkleint de aanwezigheid van het elektron het externe magneetveld, en is het energieverschil tussen beide toestanden kleiner.