Artikel-artikel populer :

» daftar artikel

Fisika Partikel, Apa Gunanya?Suharyo Sumowidagdo (CERN)

Fisika partikel. Mendengar kata itu saja, orang awam pasti akan bingung. Di sini saya akan mencoba menjelaskan mengenai seluk beluk fisika partikel. Bagian pertama dari dua tulisan.

Pertama-tama saya harus meluruskan bahwa fisika partikel tidak hanya menghasilkan persamaan-persamaan. Fisika adalah ilmu yang mengkaji tentang alam. Konsep/persamaan fisika baru diakui kesahihannya jika telah dikonfirmasi/dibuktikan dengan eksperimen, bahwa konsep/persamaan tersebut sesuai dengan alam.

Kesalahpahaman ini timbul karena di Indonesia tidak ada kegiatan fisika partikel eksperimen. Yang ada adalah kegiatan fisika partikel teoretik. Namun di negara-negara maju terdapat sangat banyak fisikawan partikel eksperimen. Hasil-hasil dari eksperimen fisika partikel adalah konfirmasi persamaan/teori-teori fisika partikel dan teknologi yang tidak hanya berguna untuk kegiatan penelitian fisika partikel, namun juga bagi kehidupan sehari-hari. Saya akan bahas teknologi hasil fisika partikel eksperimen ini kemudian.

Tidak Aplikatif?

Lalu ada lagi pertanyaan, apa sumbangannya buat negara atau kehidupan masyarakat? Kenapa kita tidak meriset fisika yang membumi seperti yang aplikatif misalnya yang berhubungan kesehatan, pertanian, atau industri?

Tidak aplikatif merupakan penghakiman yang terlalu dini. Persamaan-persamaan, betapapun rumit dan abstrak, merupakan penggambaran/deskripsi tentang alam di sekitar kita. Pengetahuan tentang bagaimana alam di sekitar kita merupakan kekuatan. Knowledge is power. Sejarah menunjukkan bahwa penemuan-penemuan terdepan dalam fisika selalu memiliki dampak dan pengaruh yang positif dalam jangka panjang. Pelajaran dari sejarah ini diketahui dan disadari benar-benar oleh politikus dan para pemimpin bangsa di negara-negara maju, sehingga mereka tetap bersedia mendanai penelitian dalam bidang fisika partikel.

Ketika James Clerk Maxwell merumuskan persamaan-persamaan tentang listrik dan magnet lebih dari seratus tahun yang lalu, tidak ada satu pun orang di jaman tersebut yang menduga bahwa listrik dan magnet akan berperan sangat penting di masa depan. Jaman sekarang kita menggunakan listrik untuk penerangan, mendengarkan radio, menonton televisi, memakai internet dengan wireless/Wi-Fi. Kita menerima semua kenikmatan tersebut, namun hanya sedikit yang tahu bahwa semua kenikmatan jaman modern sekarang berawal dari kerja keras Maxwell tentang listrik magnet, yang berpuncak pada empat persamaan matematika tentang listrik dan magnet. Persamaan-persamaan yang nampaknya abstrak dan rumit, namun mendasari seluruh teknologi modern yang menggunakan listrik magnet.

Teori Relativitas Umum (General Relativity/GR) karya Albert Einstein merupakan salah satu teori fisika yang sangat rumit, formulasi matematikanya sangat abstrak, dan bahkan tidak dipelajari pada tingkat sarjana fisika. Hingga paruh kedua abad 20 bahkan hanya digunakan dalam bidang kosmologi. Tampaknya tidak ada aplikasi dari GR yang membumi dan aplikatif. Namun teknologi Global Positioning System (GPS) memerlukan persamaan-persamaan GR agar perhitungan navigasi di permukaan bumi dapat diperhitungkan dengan akurat. Jadi kalau orang naik mobil atau pesawat terbang yang memiliki GPS yang dapat menunjukkan posisi mobil/pesawat dengan ketelitian beberapa meter, itu semua karena GPS menggunakan Teori Relativitas Umum Einstein dalam perhitungannya.

Nampak Abstrak

Ini hanyalah dua contoh dari banyak contoh lain dari sejarah. Memang suatu konsep terbaru dalam fisika akan selalu tampak abstrak dan jauh dari kenyataan. Namun itu semua beralasan: mereka merupakan sesuatu yang sangat baru sehingga tidak ada satu orang pun di dunia yang tahu apa kegunaannya! Dengan demikian tidak layak dan terlalu dini untuk menghakimi dengan menjatuhkan vonis ‘tidak aplikatif’.

Seiring dengan berjalannya waktu, perlahan-lahan satu demi satu aplikasi dan kegunaaan dari konsep-konsep tersebut muncul. Jangka waktu dari penemuan konsep baru fisika hingga aplikasi teknologi bisa sangat lama, dan tidak ada yang bisa memprediksi jangka waktu ini. Saya setuju bahwa kondisi ekonomi, sosial, dan iptek sebuah negara menentukan prioritas bidang-bidang mana yang harus dikaji dan dikembangkan. Namun mencoba menerapkan “satu pandangan yang berlaku global” untuk kasus ini adalah tidak tepat. Indonesia sendiri menurut saya belum waktunya membangun sebuah akselerator seperti di CERN atau eksperimen fisika besar seperti CMS. Tapi kalau prioritas sebuah negara diterjemahkan menjadi pembatasan hak individu untuk mempelajari atau melakukan sesuatu yang mereka sukai Hal ini menurut saya berlebihan.

Fisika partikel pada saat ini berada pada posisi yang sama dengan persamaan Maxwell 150 tahun yang lalu atau mekanika kuantum 80 tahun yang lalu. Sesuatu yang sangat baru, sangat abstrak, dan tidak seorang pun tahu berapa besar potensi sebenarnya. Kita para fisikawan berpegang pada pelajaran sejarah bahwa kelak di masa depan akan muncul aplikasi dan kegunaan fisika partikel yang saat ini tidak terduga dan terpikirkan oleh kita.

Sekarang muncul lagi pertanyaan, buat apa kita meriset fisika partikel? Apa sumbangannya buat negara atau kehidupan masyarakat?

Masih saja ada yang penasaran, apa sesungguhnya sumbangan bidang ilmu ini buat kehidupan masyarakat.

Ada dua hasil dari fisika partikel. Pertama adalah jelas: pengetahuan tentang alam.Yang ini sudah jelas, dan tidak akan saya bahas. Yang kedua adalah: teknologi yang diperlukan untuk riset fisika partikel eksperimen, ternyata dapat diterapkan di masyarakat luas.

Saya akan membahas yang kedua, karena yang kedua ini kurang/tidak dikenal di Indonesia yang tidak memiliki riset fisika partikel eksperimen.

Dalam riset fisika partikel eksperimen, pada kenyataanya diperlukan banyak sekali terobosan-terobosan (breakthrough) dan teknologi-teknologi baru. Banyak penelitian untuk mencapai terobosan dan menciptakan teknologi itu sangat mahal dan tidak menguntungkan jika dilakukan dari segi industri/bisnis. Sehingga dalam sejarah, yang terjadi adalah: Fisikawan partikel eksperimen melakukan penelitian untuk terobosan dan teknologi tersebut, dan hasil-hasilnya kemudian dipatenkan dan diaplikasikan dalam industri.

Beberapa contoh teknologi dan terobosan tersebut adalah:

1. Teknologi magnet superkonduktor. Dalam eksperimen fisika partikel, diperlukan medan magnet yang sangat kuat, sebesar beberapa Tesla yang harus beroperasi pada jangka waktu lama. Tidaklah mungkin mencapai medan magnet sebesar itu dengan elektromagnet biasa: energi yang didisipasi dalam kumparan kawat elektromagnet solenoid atau toroid akan sangat besar sehingga kawat elektromagnet akan meleleh. Sehingga diperlukan magnet yang beroperasi pada kondisi superkonduktor. Fisikawan partikel eksperimen melakukan penelitian dan pengembangan teknologi magnet superkonduktor, namun teknologi magnet superkonduktor yang dihasilkan tidak hanya digunakan oleh fisika partikel. Teknologi magnet superkonduktor merupakan komponen

utama dalam alat pencitraan resonansi magnet (MRI = magnetic resonance imaging) yang sekarang banyak terdapat di rumah sakit modern. Tanpa tersedianya teknologi magnet superkonduktor yang murah dan handal, sulit dibayangkan teknologi MRI bisa tersedia secara massal dan murah.

2. Teknologi pencitraan medis dengan positron (Positron Emission Tomography). Positron merupakan antipartikel dari elektron, dan keberadaan positron diprediksi dari teori-teori fisika partikel pada awal abad ke-20. Aplikasi positron adalah dalam pencitraan medis: Sebuah positron yang bertemu dengan elektron akan saling menghilangkan (anihilasi).

Dalam teknologi PET, isotop nuklir yang meluruh dengan memancarkan positron diinjeksikan ke dalam tubuh pasien. Positron yang dipancarkan oleh isotop akan bertemu dengan elektron (yang praktis terdapat dimana-mana) dan akan saling teranihilasi menjadi dua foton (partikel kuantum cahaya) dengan energi masing-masing 511 MeV. Sinyal berupa dua foton dengan energi yang akurat pada 511 MeV merupakan sinyal yang unik dan dapat dideteksi oleh detektor.Hasil deteksi kemudian diolah dengan teknologi pencitraan untuk mendiagnosa lokasi dan ukuran jaringan kanker dalam tubuh pasien.

3. Teknologi terapi kanker dengan hadron. Hadron merupakan salah satu klasifikasi partikel, dan saat ini teknologi terapi medis dengan menggunakan hadron (proton, antiproton, dan inti atom karbon) sudah mulai dikembangkan. Teknologi terapi ini memerlukan sumber hadron yang dapat dikontrol dengan akurat, dan teknologi untuk sumber hadron tersebut tersedia dari teknologi fisika partikel eksperimen.

4. Teknologi akselerator / pemercepat partikel. Akselerator digunakan tidak hanya untuk eksperimen fisika partikel, namun juga untuk terapi medis, dan industri. Untuk terapi medis dengan proton atau antiproton, akselerator digunakan untuk mempercepat proton untuk memproduksi berkas proton berenergi tinggi untuk terapi kanker. Akselerator juga digunakan untuk memproduksi sinar X energi tinggi dan radiasi sinkroton (light source). Sinar X energi tinggi dan radiasi sinkroton digunakan untuk studi struktur material, mikroelektronika, teknologi nano, dan struktur DNA/protein. Akselerator juga merupakan komponen kunci untuk teknologi terapi dengan hadron yang dibahas sebelumnya. Beberapa laboratorium fisika partikel saat ini seperti Fermilab dan DESY sudah memiliki unit kerja untuk terapi kanker dengan menggunakan teknologi dan keahlian dari fisika partikel eksperimen.

5. Teknologi detektor partikel elementer untuk pencitraan medis. Detektor fisika partikel pada dasarnya adalah detektor radiasi/foton. Di CERN (Conseil Européene pour la Recherche Nucléaire) dan Fermilab, pusat penelitian fisika partikel tempat saya bekerj, ada beberapa laboratorium yang khusus meneliti dan menerapkan teknologi detektor partikel untuk fisika medis dan pencitraan medis. Salah satu lembaga internasional yang aktif mengembangkan teknologi ini adalah Tera Foundation yang didirikan oleh fisikawan-fisikawan dari CERN, dan memiliki kerja sama yang sangat aktif dengan CERN.

6. Teknologi komputasi grid. Pemrosesan data fisika partikel eksperimen memerlukan sumber daya komputer yang sangat besar. Untuk memenuhi tantangan ini, fisikawan partikel eksperimen dan ilmuwan bidang informatika/ilmu komputer bekerja sama mengembangkan teknologi komputasi grid. Komputasi grid adalah teknik komputasi yang menggunakan banyak sekali komputer yang terdistribusi di seluruh pelosok dunia dan terhubung melalui jaringan Internet. Teknologi komputasi grid ini juga berkembang dan digunakan untuk aplikasi-aplikasi lain seperti simulasi ramalan cuaca, perhitungan struktur dan dinamika pesawat terbang, maupun simulasi proses-proses dalam DNA.

7. Dan jika artikel ini dibaca melalui koneksi Internet, ingatlah bahwa protokol dan teknologi awal Internet diciptakan di CERN, pusat penelitian fisika partikel terbesar di dunia. Internet muncul dari kebutuhan para fisikawan dari seluruh dunia untuk membagi dan menyebarkan informasi. CERN kemudian merelakan Internet menjadi teknologi terbuka, dan siapa saja dapat menggunakan teknologi Internet tanpa membayar royalti kepada CERN. Hal ini menurut saya sangat penting:

tanpa kerelaan CERN untuk membebaskan teknologi Internet, saya yakin perkembangan Internet tidak akan secepat ini.

Manfaat Ekonomi, Politik dan Budaya

Dari segi ekonomi, politik, dan budaya pun penelitian fisika partikel eksperimen memberikan manfaat:

1. Industri. Dalam membuat peralatan fisika partikel eksperimen, sangat sering fisikawan memerlukan kerja sama dengan industri mesin, teknologi informasi, dan elektronika. Fisikawan merancang rangkaian elektronik, sensor, dan instrumen untuk peralatan eksperimen. Rancangan peralatan eksperimen ini yang kemudian dikontrakkan ke industri untuk diproduksi secara massal, karena fasilitas laboratorium elektronika di kampus universitas terlalu kecil untuk membuat produksi massal. Ini berarti memberikan insentif kepada industri elektronika.

2. Kerjasama internasional. Semua eksperimen fisika partikel di jaman sekarang merupakan kerjasama internasional. Jauh sebelum komunisme runtuh di Eropa Timur, fisikawan dari Blok Barat dan Blok Timur telah menjalin kerja sama aktif tanpa memperhatikan perbedaan ideologi politik. Kerjasama internasional fisika merupakan kerjasama lintas batas yang tidak mengenal perbedaan suku/agama/kebangsaan/ideologi. Fisika merupakan salah satu bidang dimana wakil dari negara-negara yang bersengketa secara politik dapat duduk dan bekerja sama untuk satu tujuan dengan damai.

3. Ekonomi. Kegiatan penelitian dalam fisika partikel eksperimen memberikan kontribusi kepada ekonomi dan pengusaha lokal. CERN terletak di daerah luar kota Geneva, dimana terdapa beberapa kota kecil. Kota-kota kecil tersebut turut menikmati dampak ekonomi positif dari kegiatan di CERN: para fisikawan tamu yang datang berkunjung tinggal di hotel, berbelanja di toko-toko lokal, membeli jasa dan produk lokal, dan banyak lagi. Dengan 2500 staf tetap dan 10000 staf tamu, CERN merupakan salah satu organisasi utama yang memberikan kontribusi kepada kegiatan ekonomi di kota-kota kecil sekitar Geneva.

Motivasi

Motivasi saya sendiri belajar fisika partikel, sama seperti banyak fisikawan lain: saya ingin bekerja dan memberi kontribusi ilmiah pada suatu bidang fisika yang saya sukai. Alasan lain adalah saya ingin menjadi fisikawan yang berbeda dari apa yang sudah dicapai fisikawan lain asal Indonesia. Jumlah orang asal Indonesia yang berhasil menjadi doktor dalam fisika partikel eksperimen (5 orang) lebih sedikit dari jumlah orang Indonesia yang telah atau sedang menjabat Presiden Indonesia (6 orang).

Saat ini saya sudah telah menyelesaikan pendidikan doktoral, namun jalan masih panjang dan berat untuk meraih keberhasilan dalam tahap selanjutnya. Saya juga ingin berpartisipasi dalam salah satu peristiwa penting dalam sejarah fisika. Eksperimen fisika partikel di LHC dipastikan akan menjadi bagian dalam sejarah fisika. Memang nama saya tidak akan muncul dalam buku teks fisika 50 tahun lagi, sama seperti nama banyak prajurit pada Perang Kemerdekaan RI atau nama banyak mahasiswa yang menduduki gedung DPR/MPR pada tahun 1998. Namun saya tetap ingin berpartisipasi dalam sejarah.

Kalau ditanya esensi fisika partikel itu apa, sama seperti fisika yang lain. Suatu usaha untuk lebih mengetahui dan mengerti bagaimana alam di sekitar kita bekerja. Dalam bekerja di bidang fisika partikel, kita sering dituntut untuk menggunakan semua pengetahuan fisika yang kita miliki — termasuk dari sub bidang fisika yang lain dan bidang ilmu lain.

Latar belakang pendidikan saya adalah fisika nuklir teoretik (sarjana) dan fisika partikel eksperimen (pascasarjana) dalam proses tersebut saya belajar banyak hal-hal lain: matematika, dasar-dasar fisika partikel teoretik, teori relativitas umum, pemrograman komputer berorientasi-obyek, metode statistika dan analisis data, elektronika, instrumentasi, sistem kendali. Mengapa saya harus belajar begitu banyak topik: Alat eksperimen fisika partikel pada dasarnya adalah sensor-sensor, mereka memberikan sinyal-sinyal

listrik ketika sebuah partikel lewat. Sinyal-sinyal listrik ini dibaca oleh sistem instrumentasi elektronika, yang kemudian diolah dengan program komputer yang berjalan pada jaringan komputer grid. Kemudian metode analisis data dan statistika digunakan untuk melakukan pengukuran dan pengujian hipotesa dari teori fisika partikel elementer. Semuanya topik yang ditulis dengan huruf tebal harus dikuasai oleh fisikawan partikel eksperimen.

Dan saya yakin bidang-bidang fisika yang lain juga akan menuntut hal serupa yakni menguasai dan menggabungkan berbagai bidang ilmu. Inilah sebenarnya satu aspek dimana menurut saya pendidikan fisika di Indonesia masih gagal/kurang berhasil, yakni menekankan betapa pentingnya untuk menguasai dasar-dasar dan bagian inti dari fisika sebelum memilih spesialisasi/keahlian. Terlalu sering orang hanya melihat kepada keahlian/spesialisasi fisikanya sendiri hingga melupakan dasar-dasar dan bagian inti fisika. Padahal ketika orang melanjutkan ke tahap berikutnya baik di dunia profesi maupun dunia akademik, pengetahuan dasar-dasar tersebut akan muncul kembali berulang-ulang.

Kalau pun ada satu nasihat untuk para mahasiswa fisika adalah: konsentrasikan dulu untuk menguasai dasar-dasar dan bagian inti dari alat kerja dan konsep fisika. Alat kerja adalah matematika, pemrograman komputer, statistika, teknik eksperimen dan elektronika. Konsep fisika adalah: mekanika, elektromagnetika, termodinamika dan fisika statistik, dan mekanika kuantum. Setelah menguasai dengan benar dasar-dasar ini tidak akan masalah mau melanjutkan kemana saja, tidak hanya fisika namun juga di luar fisika.

Sumber : Netsains

Fisika Partikel, Apa Gunanya? (Bagian 2)

Netsains.Com – Di tulisan pertama, dipaparkan mengenai contoh kegunaan dari fisika partikel. Masih saja ada yang penasaran, apa sesungguhnya sumbangan bidang ilmu ini buat kehidupan masyarakat.

Ada dua hasil dari fisika partikel. Pertama adalah jelas: pengetahuan tentang alam.Yang ini sudah jelas, dan tidak akan saya bahas. Yang kedua adalah: teknologi yang diperlukan untuk riset fisika partikel eksperimen, ternyata dapat diterapkan di masyarakat luas.

Saya akan membahas yang kedua, karena yang kedua ini kurang/tidak dikenal di Indonesia yang tidak memiliki riset fisika partikel eksperimen.

Dalam riset fisika partikel eksperimen, pada kenyataanya diperlukan banyak sekali terobosan-terobosan (breakthrough) dan teknologi-teknologi baru. Banyak penelitian untuk mencapai terobosan dan menciptakan teknologi itu sangat mahal dan tidak menguntungkan jika dilakukan dari segi industri/bisnis. Sehingga dalam sejarah, yang terjadi adalah: Fisikawan partikel

eksperimen melakukan penelitian untuk terobosan dan teknologi tersebut, dan hasil-hasilnya kemudian dipatenkan dan diaplikasikan dalam industri.

Beberapa contoh teknologi dan terobosan tersebut adalah:

1. Teknologi magnet superkonduktor. Dalam eksperimen fisika partikel, diperlukan medan magnet yang sangat kuat, sebesar beberapa Tesla yang harus beroperasi pada jangka waktu lama. Tidaklah mungkin mencapai medan magnet sebesar itu dengan elektromagnet biasa: energi yang didisipasi dalam kumparan kawat elektromagnet solenoid atau toroid akan sangat besar sehingga kawat elektromagnet akan meleleh. Sehingga diperlukan magnet yang beroperasi pada kondisi superkonduktor. Fisikawan partikel eksperimen melakukan penelitian dan pengembangan teknologi magnet superkonduktor, namun teknologi magnet superkonduktor yang dihasilkan tidak hanya digunakan oleh fisika partikel. Teknologi magnet superkonduktor merupakan komponen utama dalam alat pencitraan resonansi magnet (MRI = magnetic resonance imaging) yang sekarang banyak terdapat di rumah sakit modern. Tanpa tersedianya teknologi magnet superkonduktor yang murah dan handal, sulit dibayangkan teknologi MRI bisa tersedia secara massal dan murah.

2. Teknologi pencitraan medis dengan positron (Positron Emission Tomography). Positron merupakan antipartikel dari elektron, dan keberadaan positron diprediksi dari teori-teori fisika partikel pada awal abad ke-20. Aplikasi positron adalah dalam pencitraan medis: Sebuah positron yang bertemu dengan elektron akan saling menghilangkan (anihilasi).

Dalam teknologi PET, isotop nuklir yang meluruh dengan memancarkan positron diinjeksikan ke dalam tubuh pasien. Positron yang dipancarkan oleh isotop akan bertemu dengan elektron (yang praktis terdapat dimana-mana) dan akan saling teranihilasi menjadi dua foton (partikel kuantum cahaya) dengan energi masing-masing 511 MeV. Sinyal berupa dua foton dengan energi yang akurat pada 511 MeV merupakan sinyal yang unik dan dapat dideteksi oleh detektor.Hasil deteksi kemudian diolah dengan teknologi pencitraan untuk mendiagnosa lokasi dan ukuran jaringan kanker dalam tubuh pasien.

3. Teknologi terapi kanker dengan hadron. Hadron merupakan salah satu klasifikasi partikel, dan saat ini teknologi terapi medis dengan menggunakan hadron (proton, antiproton, dan inti atom karbon) sudah mulai dikembangkan. Teknologi terapi ini memerlukan sumber hadron yang dapat dikontrol dengan akurat, dan teknologi untuk sumber hadron tersebut tersedia dari teknologi fisika partikel eksperimen.

4. Teknologi akselerator / pemercepat partikel. Akselerator digunakan tidak hanya untuk eksperimen fisika partikel, namun juga untuk terapi medis, dan industri. Untuk terapi medis dengan proton atau antiproton, akselerator digunakan untuk mempercepat proton untuk memproduksi berkas proton berenergi tinggi untuk terapi kanker. Akselerator juga digunakan untuk memproduksi sinar X energi tinggi dan radiasi sinkroton (light source). Sinar X energi tinggi dan radiasi sinkroton digunakan untuk studi struktur material, mikroelektronika, teknologi nano, dan struktur DNA/protein. Akselerator juga merupakan komponen kunci untuk teknologi terapi dengan hadron yang dibahas sebelumnya. Beberapa laboratorium fisika partikel saat ini

seperti Fermilab dan DESY sudah memiliki unit kerja untuk terapi kanker dengan menggunakan teknologi dan keahlian dari fisika partikel eksperimen.

5. Teknologi detektor partikel elementer untuk pencitraan medis. Detektor fisika partikel pada dasarnya adalah detektor radiasi/foton. Di CERN (Conseil Européene pour la Recherche Nucléaire) dan Fermilab, pusat penelitian fisika partikel tempat saya bekerj, ada beberapa laboratorium yang khusus meneliti dan menerapkan teknologi detektor partikel untuk fisika medis dan pencitraan medis. Salah satu lembaga internasional yang aktif mengembangkan teknologi ini adalah Tera Foundation yang didirikan oleh fisikawan-fisikawan dari CERN, dan memiliki kerja sama yang sangat aktif dengan CERN.

6. Teknologi komputasi grid. Pemrosesan data fisika partikel eksperimen memerlukan sumber daya komputer yang sangat besar. Untuk memenuhi tantangan ini, fisikawan partikel eksperimen dan ilmuwan bidang informatika/ilmu komputer bekerja sama mengembangkan teknologi komputasi grid. Komputasi grid adalah teknik komputasi yang menggunakan banyak sekali komputer yang terdistribusi di seluruh pelosok dunia dan terhubung melalui jaringan Internet. Teknologi komputasi grid ini juga berkembang dan digunakan untuk aplikasi-aplikasi lain seperti simulasi ramalan cuaca, perhitungan struktur dan dinamika pesawat terbang, maupun simulasi proses-proses dalam DNA.

7. Dan jika artikel ini dibaca melalui koneksi Internet, ingatlah bahwa protokol dan teknologi awal Internet diciptakan di CERN, pusat penelitian fisika partikel terbesar di dunia. Internet muncul dari kebutuhan para fisikawan dari seluruh dunia untuk membagi dan menyebarkan informasi. CERN kemudian merelakan Internet menjadi teknologi terbuka, dan siapa saja dapat menggunakan teknologi Internet tanpa membayar royalti kepada CERN. Hal ini menurut saya sangat penting: tanpa kerelaan CERN untuk membebaskan teknologi Internet, saya yakin perkembangan Internet tidak akan secepat ini.

Manfaat Ekonomi, Politik dan Budaya

Dari segi ekonomi, politik, dan budaya pun penelitian fisika partikel eksperimen memberikan manfaat:

1. Industri. Dalam membuat peralatan fisika partikel eksperimen, sangat sering fisikawan memerlukan kerja sama dengan industri mesin, teknologi informasi, dan elektronika. Fisikawan merancang rangkaian elektronik, sensor, dan instrumen untuk peralatan eksperimen. Rancangan peralatan eksperimen ini yang kemudian dikontrakkan ke industri untuk diproduksi secara massal, karena fasilitas laboratorium elektronika di kampus universitas terlalu kecil untuk membuat produksi massal. Ini berarti memberikan insentif kepada industri elektronika.

2. Kerjasama internasional. Semua eksperimen fisika partikel di jaman sekarang merupakan kerjasama internasional. Jauh sebelum komunisme runtuh di Eropa Timur, fisikawan dari Blok Barat dan Blok Timur telah menjalin kerja sama aktif tanpa memperhatikan perbedaan ideologi politik. Kerjasama internasional fisika merupakan kerjasama lintas batas yang tidak mengenal perbedaan suku/agama/kebangsaan/ideologi. Fisika merupakan salah satu bidang dimana wakil

dari negara-negara yang bersengketa secara politik dapat duduk dan bekerja sama untuk satu tujuan dengan damai.

3. Ekonomi. Kegiatan penelitian dalam fisika partikel eksperimen memberikan kontribusi kepada ekonomi dan pengusaha lokal. CERN terletak di daerah luar kota Geneva, dimana terdapa beberapa kota kecil. Kota-kota kecil tersebut turut menikmati dampak ekonomi positif dari kegiatan di CERN: para fisikawan tamu yang datang berkunjung tinggal di hotel, berbelanja di toko-toko lokal, membeli jasa dan produk lokal, dan banyak lagi. Dengan 2500 staf tetap dan 10000 staf tamu, CERN merupakan salah satu organisasi utama yang memberikan kontribusi kepada kegiatan ekonomi di kota-kota kecil sekitar Geneva.

Motivasi

Motivasi saya sendiri belajar fisika partikel, sama seperti banyak fisikawan lain: saya ingin bekerja dan memberi kontribusi ilmiah pada suatu bidang fisika yang saya sukai. Alasan lain adalah saya ingin menjadi fisikawan yang berbeda dari apa yang sudah dicapai fisikawan lain asal Indonesia. Jumlah orang asal Indonesia yang berhasil menjadi doktor dalam fisika partikel eksperimen (5 orang) lebih sedikit dari jumlah orang Indonesia yang telah atau sedang menjabat Presiden Indonesia (6 orang).

Saat ini saya sudah telah menyelesaikan pendidikan doktoral, namun jalan masih panjang dan berat untuk meraih keberhasilan dalam tahap selanjutnya. Saya juga ingin berpartisipasi dalam salah satu peristiwa penting dalam sejarah fisika. Eksperimen fisika partikel di LHC dipastikan akan menjadi bagian dalam sejarah fisika. Memang nama saya tidak akan muncul dalam buku teks fisika 50 tahun lagi, sama seperti nama banyak prajurit pada Perang Kemerdekaan RI atau nama banyak mahasiswa yang menduduki gedung DPR/MPR pada tahun 1998. Namun saya tetap ingin berpartisipasi dalam sejarah.

Kalau ditanya esensi fisika partikel itu apa, sama seperti fisika yang lain. Suatu usaha untuk lebih mengetahui dan mengerti bagaimana alam di sekitar kita bekerja. Dalam bekerja di bidang fisika partikel, kita sering dituntut untuk menggunakan semua pengetahuan fisika yang kita miliki — termasuk dari sub bidang fisika yang lain dan bidang ilmu lain.

Latar belakang pendidikan saya adalah fisika nuklir teoretik (sarjana) dan fisika partikel eksperimen (pascasarjana) dalam proses tersebut saya belajar banyak hal-hal lain: matematika, dasar-dasar fisika partikel teoretik, teori relativitas umum, pemrograman komputer berorientasi-obyek, metode statistika dan analisis data, elektronika, instrumentasi, sistem kendali. Mengapa saya harus belajar begitu banyak topik: Alat eksperimen fisika partikel pada dasarnya adalah sensor-sensor, mereka memberikan sinyal-sinyal listrik ketika sebuah partikel lewat. Sinyal-sinyal listrik ini dibaca oleh sistem instrumentasi elektronika, yang kemudian diolah dengan program komputer yang berjalan pada jaringan komputer grid. Kemudian metode analisis data dan statistika digunakan untuk melakukan pengukuran dan pengujian hipotesa dari teori fisika partikel elementer. Semuanya topik yang ditulis dengan huruf tebal harus dikuasai oleh fisikawan partikel eksperimen.

Dan saya yakin bidang-bidang fisika yang lain juga akan menuntut hal serupa yakni menguasai dan menggabungkan berbagai bidang ilmu. Inilah sebenarnya satu aspek dimana menurut saya pendidikan fisika di Indonesia masih gagal/kurang berhasil, yakni menekankan betapa pentingnya untuk menguasai dasar-dasar dan bagian inti dari fisika sebelum memilih spesialisasi/keahlian. Terlalu sering orang hanya melihat kepada keahlian/spesialisasi fisikanya sendiri hingga melupakan dasar-dasar dan bagian inti fisika. Padahal ketika orang melanjutkan ke tahap berikutnya baik di dunia profesi maupun dunia akademik, pengetahuan dasar-dasar tersebut akan muncul kembali berulang-ulang.

Kalau pun ada satu nasihat untuk para mahasiswa fisika adalah: konsentrasikan dulu untuk menguasai dasar-dasar dan bagian inti dari alat kerja dan konsep fisika. Alat kerja adalah matematika, pemrograman komputer, statistika, teknik eksperimen dan elektronika. Konsep fisika adalah: mekanika, elektromagnetika, termodinamika dan fisika statistik, dan mekanika kuantum. Setelah menguasai dengan benar dasar-dasar ini tidak akan masalah mau melanjutkan kemana saja, tidak hanya fisika namun juga di luar fisika.

foto:watblog.com

Hidrogen dan HidridaKata Kunci: hidrida, hidrida biner, hidrida logam, hidrida molekular kompleks, hidrida salin, hidrogen, magnetic resonance imaging, spin orto-hidrogen, spin para-hidrogen, unsur non logam

Ditulis oleh Taro Saito pada 05-11-2009

Ada sekitar 20 unsur non logam yang biasanya ditemukan sebagai anion dalam senyawa ion atau sebagai unsur bebas. Dengan klasifikasi yang relatif sederhana dimungkinkan untuk mempelajari nama, struktur, dan sifat utama berbagai senyawa non logam ini. Hidrida, oksida, sulfida, dan halida sangat penting dan merupakan menu utama dalam studi kimia anorganik padat baik untuk studi saintifik maupun aplikasi.

Hidrogen

Hidrogen adalah unsur tersederhana terdiri atas satu proton  dan satu elektron, dan paling melimpah di alam semesta. Di bumi kelimpahannya ketiga setelah oksigen dan silikon, sekitar 1% massa semua unsur di bumi. Tak perlu dikatakan sebagian besar hidrogen di bumi ada sebagai air. Karena kepolarannya dapat berubah dengan mudah antara hidrida (H-), atom (H), dan proton (H+), hidrogen juga membentuk berbagai senyawa dengan banyak unsur termasuk oksigen dan karbon.  Oleh karena itu, hidrogen sangat penting dalam kimia.

Dari tiga jenis isotop hidrogen, deuterium, D, ditemukan oleh H. C. Urey dkk tahun 1932, dan kemudian tritium, T, dipreparasi dari deuterium di tahun 1934.  Sekitar 0.015% hidrogen ada sebagai deuterium, dan dapat diperkaya dengan elektrolisis air. Tritium bersifat radioaktif dan mengemisikan partikel β dengan waktu paruh 12.33 tahun.  Karena massa deuterium dan tritium sekitar dua kali dan tiga kali massa hidrogen, sifat fisik isotop, dan senyawa yang mengandung isotop ini, cukup berbeda. Beberapa sifat isotop hidrogen dan air diberikan dalam Tabel 4.1.

Ketika ikatan E-H dalam senyawa hidrogen diubah menjadi E-D dengan substitusi deuterium, frekuensi E-H dalam spektrum inframerahnya direduksi menjadi sekitar 1/√2-nya, yang sangat bermanfaat untuk menentukan posisi atom hidrogen. Dalam beberapa kasus mungkin untuk menyimpulkan bahwa pemutusan ikatan hidrogen  adalah tahap penentu laju bila substitusi deuterium menunjukkan efek yang drastis pada laju reaksi senyawa yang mengandung hidrogen.

Karena spin inti hidrogen adalah 1/2 dan karena kelimpahannya, hidrogen adalah nuklida yang paling penting untuk spektroskopi NMR.  NMR digunakan luas tidak hanya untuk identifikasi senyawa organik, tetapi juga untuk kepentingan diagnostik seperti pengunaan MRI (magnetic resonance imaging) air dalam tubuh. Organ manusia dapat diobservasi tanpa dilukai dengan metoda ini.

Ada isomer spin inti molekul diatomik yang spinnya tidak nol. Khususnya dalam kasus molekul hidrogen, perbedaan sifatnya  sangat signifikan. Spin para-hidrogen bersifat anti-paralel dan jumlahnya adalah 0 serta menghasilkan keadaan singlet. Spin orto-hidrogen adalah paralel dan jumlahnya 1 menghasilkan keadaan triplet.  Karena para-hidrogen energinya lebih rendah, para-hidrogen lebih stabil di suhu rendah. Rasio teoritik para-hidrogen adalah 100 % pada 0 K, tetapi menurun ke sekitar 25 % pada suhu kamar, karena rasio orto-hidrogen meningkat pada suhu lebih tinggi. Kromatografi gas and garis rotasi dalam spektrum elektronik H2 dapat membedakan kedua isomer hidrogen.

Hidrida

Hidrida biner diklasifikasikan sesuai dengan posisi unsurnya dalam tabel periodik, dan oleh karakter ikatannya. Hidrida alkali dan alkali tanah di blok s  adalah senyawa ionik yang analog dengan halida dan disebut dengan hidrida salin. Unsur blok p golongan 13-17 membentuk hidrida kovalen molekular.  Belum ada senyawa hidrida gas mulia yang pernah dilaporkan.

Beberapa unsur transisi blok d dan f membentuk hidrida logam yang menunjukkan sifat logam. Logam-logam transisi yang tidak membentuk hidrida biner membentuk hidrida molekular kompleks yang dikoordinasikan oleh ligan penstabil, seperti karbonil (CO), fosfin tersier (PR3), atau siklopentadienil (C5H5) (rujuk bagian 6.1).  Contoh-contoh khas hidrida diberikan di bawah ini.

Hidrida salin

Litium hidrida, LiH, senyawa kristalin tak bewarna (titik leleh (melting point, mp) 68o C). Li+ dan H- membentuk kristal berstruktur garam dapur. Pelepasan kuantitatif gas hidrogen di anoda

saat dilakukan elektrolisis garam leburnya menyarankan keberadaan H-. Air bereaksi dengan hebat dengan litium hidrida membebaskan gas hidrogen. Karena senyawa ini agak melarut dalam eter, hidrida ini digunakan sebagai pereduksi di kimia organik.

Kalsium hidrida, CaH2, adalah padatan kristalin tak bewarna (mp 816o C), dan bereaksi dengan hebat dengan air membebaskan  gas hidrogen. Hidrida ini digunakan sebagai pembentuk gas hidrogen, atau bahan dehidrator untuk pelarut  organik.  Hidrida ini  juga digunakan sebagai reduktor.

Litium tetrahidridoaluminat, LiAlH4, adalah padatan kristalin tak bewarna (terdekomposisi di atas 125o C) biasanya disebut litium aluminum hidrida. Hidrida melarut dalam eter, dan bereaksi hebat dengan air. Hidrida ini digunakan sebagai reduktor dan bahan untuk hidrogenasi dan untuk pengering pelarut organik.

Natrium tetrahidroborat, NaBH4, adalah senyawa padatan kristalin bewarna putih (terdekomposisi pada 400o C) biasanya disebut natrium borohidrida. Padatan ini larut dalam air dan terdekomposisi pada suhu tingggi dengan melepaskan gas hidrogen. Padatan ini digunakan sebagai bahan pereduksi untuk senyawa anorganik dan organik, dan untuk mempreparasi kompleks hidrida, dsb.

Hidrida molekular

Semua hidrida kecuali hidrida karbon (metana) dan oksigen (air) adalah gas beracun dengan kereaktifan sangat tinggi dan harus ditangani dengan sangat hati-hati.  Walaupun terdapat berbagai metoda untuk menghasilkan gas-gas ini di laboratorium, kini banyak gas ini mudah didapat disilinder.

Diboran, B2H6, adalah gas beracun dan tak bewarna (mp -164.9o C dan bp -92.6o C) dengan bauiritatif yang khas. Hidrida ini merupakan bahan reduktor kuat senyawa anorganik dan organik Bahan ini juga bermanfaat sebagai bahan hidroborasi untuk memasukkan gugus fungsi pada olefin, setelah adisi olefin dengan reaksinya dengan reagen yang cocok.

Silan, SiH4, gas yang sangat mematikan dan tak bewarna (mp -185o C dan bp -111.9o C) denganbau yang menyengat dan juga disebut dengan monosilan.

Amonia, NH3, adalah gas beracun dan tak bewarna (mp -77.7o C dan bp -33.4o C) dengan bau mengiritasi yang khas. Walaupun gas ini digunakan dalam banyak kasus sebagai larutan amonia dalam air, yakni dengan dilarutkan dalam air, amonia cair juga digunakan sebagai pelarut non-air untuk reaksi khusus. Sejak dikembangkannya proses Harber-Bosch untuk sintesis amonia di tahun 1913, amonia telah menjadi senyawa yang paling penting dalam industri kimia dan digunakan sebagai bahan baku banyak senyawa yang mengandung nitrogen.  Amonia juga digunakan sebagai refrigeran (di lemari pendingin).

Fosfin, PH3, gas sangat beracun dan tak bewarna (mp -133o C dan bp -87.7o C) dengan bau yang busuk, juga disebut dengan fosfor hidrida. Fosfin terbakar spontan di udara.  Fosfin digunakan dalam pertumbuhan epitaksi, dalam kimia koordinasi logam transisi, dsb.

Hidrogen sulfida, H2S, gas beracun dan tak bewarna (mp -85.5o C and bp -60.7o C) dengan bau telur busuk. Gas ini sering ditangani dengan tidak cukup hati-hati, gas ini sangat berbahaya dan harus ditangani dalam lingkungan yang ventilasinya baik. Gas ini digunakan untuk analisis kimia dengan cara pengendapan ion logam, pembuatan senyawa yang mengandung belerang, dsb.

Hidrogen fluorida, HF, adalah gas tak bewarna, berasap, bertitik didih rendah (mp -83o C dan bp 19.5o C), dengan bau yang mengiritasi. Gas ini biasa digunakan untuk mempreparasi senyawa anorganik dan organik yang mengandung fluor.  Karena permitivitasnya yang tinggi, senyawa ini dapat digunakan sebagai pelarut  non-air yang khusus. Larutan dalam air gas ini disebut asam fluorat dan disimpan dalam wadah polietilen karena asam ini menyerang gelas.

Hidrida logam

Hidrida MHx yang menunjukkan sifat logam biasanya bertipe intertisi dan non stoikiometri biasanya hidrogen menempati sebagian lubang dalam kisi logam.  Biasanya x bukan bilangan bulat dalam senyawa ini. Hidrida jenis ini yang dikenal meliputi hidrida dari Golongan 3 (Sc, Y), Golongan 4 (Ti, Zr, Hf), Golongan 5 (V, Nb, Ta), Cr, Ni, Pd, dan Cu, tetapi hidrida logam lain di Golongan 6 sampai 11 tidak dikenal.  Paladium Pd bereaksi dengan gas hidrogen pada suhu kamar, dan membentuk hidrida yang mempunyai komposisi PdHx (x < 1). Banyak hidrida logam yang menunjukkan sifat hantaran logam. LaNi5 adalah senyawa paduan antara lantanum dan nikel, yang dapat menampung sampai 6 atom hidrogen atoms per sel satuan dan berubah menjadi LaNi5H6.  Paduan ini menjadi salah satu kandidat untuk digunakan sebagai bahan penyimpan hidrogen untuk pengembangan mobil berbahan hidrogen.

Kompleks hidrida

Senyawa kompleks yang berkoordinasi dengan ligan hidrida disebut kompleks hidrida. Logam transisi Golongan 6 sampai 10 yang tidak membentuk hidrida biner menghasilkan banyak kompleks hidrida dengan ligan tambahan seperti karbonil dan fosfin tersier. Walaupun baru akhir tahun 1950-an hidrida diterima sebagai ligan, ribuan senyawa kompleks kini telah dikenal.  Lebih lanjut, dengan sintesis kompleks hidrogen molekul di tahun 1980-an, kimia hidrogen mengambil peran baru. Riset dalam katalisis hidrokarbon homogen dengan peran penting dimainkan oleh hidrida atau hidrogen terus berkembang.

Neuroimaging Primer

Keith A. Johnson, M.D., Harvard Medical School

page 1 2

Tome is Greek for slice. The standard slice orientation in most brain imaging is transaxial or "axial". Left is shown at right. Note that, like the "lower organs", we look up to the brain. Other standard planes of view are coronal and sagittal. Non-tomographic images represent

"projections" from a single point of view and include bolus contrast x-ray angiograms and MR angiograms.

Tomographic images are made up of little squares called "pixels" (picture elements), each of which takes a grey-scale value from 1 (black) to 256 (white). Each pixel represents brain tissue which is about 1 mm. on each of two sides. The thickness of the slice is often 3 or 5 mm, thus creating a three-dimensional volume element, or "voxel", which is shaped like a shoe box. Pixel intensity represents an average from tissue within the voxel.

Image types CT (roentgen-ray computed tomography) A beam of x-rays is shot straight through the brain. As

it comes out the other side, the beam is blunted slightly because it has hit dense living tissues on the way through. Blunting or "attenuation" of the x-ray comes from the density of the tissue encountered along the way. Very dense tissue like bone blocks lots of x-rays; grey matter blocks some and fluid even less. X-ray detectors positioned around the circumference of the scanner collect attenuation readings from multiple angles. A computerized algorithm reconstructs an image of each slice. (example)

MRI (magnetic resonance imaging) When protons (here brain protons) are placed in a magnetic field, they become capable of receiving and then transmitting electromagnetic energy. The strength of the transmitted energy is proportional to the number of protons in the tissue. Signal strength is modified by properties of each proton's microenvironment, such as its mobility and the local homogeneity of the magnetic field. MR signal can be "weighted" to accentuate some properties and not others.

When an additional magnetic field is superimposed, one which is carefully varied in strength at different points in space, each point in space has a unique radio frequency at which the signal is received and transmitted. This makes constructing an image possible. It represents the spatial encoding of frequency, just like a piano. (example). More details of MR here.

SPECT/PET (single photon/positron emission computed tomography) When radiolabeled compounds are injected in tracer amounts, their photon emissions can be detected much like x-rays in CT. The images made represent the accumulation of the labeled compound. The compound may reflect, for example, blood flow, oxygen or glucose metabolism, or dopamine transporter concentration. Often these images are shown with a color scale. (example)

A simplified tabulation of tissue image characteristics:

Normal tissue

MR-T11 MR-T21 xray-CT2

dense bone dark dark brightair dark dark dark

fat bright bright dark

water dark bright dark

brain "anatomic"3 interm. interm.

1. Bright means high signal intensity, dark means low, and interm. means intermediate.

2. Bright means high density/high attenuation of x-rays, dark means low.

3. Grey matter appears grey, white matter white.

Abnormal tissue

MR-T1 MR-T2 xray-CT enhancement1

infarct dark bright dark subacute

bleed bright2 bright2 bright notumor dark bright dark3 yes

MS plaque dark bright dark4 acute

1. Blood brain barrier leak. For MR, gadolinium; for CT, iodinated contrast material.

2. Unless very fresh or very old.

3. Unless calcified.

4. Often isodense.

Basic proton MR imaging

Tissue Signal CharacteristicsNeuroimaging Primer, Keith A. Johnson, M.D., Harvard Medical School

See also Signal Sources.

Signal in MR images is high or low (bright or dark), depending on the pulse sequence used, and the type of tissue in the image region of interest. The following is a general guide to how tissue appears on T1- or T2- weighted images.

Dark on T1-weighted image:

increased water, as in edema, tumor, infarction, inflammation, infection, hemorrhage (hyperacute or chronic)

low proton density, calcification

flow void

Bright on T1-weighted image: fat subacute hemorrhage

melanin

protein-rich fluid

slowly flowing blood

paramagnetic substances: gadolinium, manganese, copper

calcification (rarely)

laminar necrosis of cerebral infarction

Bright on T2-weighted image: increased water, as in edema, tumor, infarction, inflammation, infection, subdural collection methemoglobin (extracellular) in subacute hemorrhage

Dark on T2-weighted image: low proton density, calcification, fibrous tissue paramagnetic substances: deoxyhemoglobin, methemoglobin (intracellular), iron, ferritin,

hemosiderin, melanin

protein-rich fluid

flow void

Neuroimaging Primer, Keith A. Johnson, M.D., Harvard Medical School

MR signal sourcesSee also signal intensity table.

When protons are placed in a magnetic field, they oscillate. The frequency at which they oscillate depends on the strength of the magnetic field.

Protons are capable of absorbing energy if exposed to electromagnetic energy at the frequency of oscillation. After they absorb energy, the nuclei release or reradiate this energy so that they return to their initial state of equilibrium. This reradiation or transmission of energy by the nuclei as they return to their initial state is what is observed as the MRI signal.

The return of the nuclei to their equilibrium state does not take place instantaneously, but rather takes place over some time.

The return of the nuclei to their initial state is governed by two physical processes:

o the relaxation back to equilibrium of the component of the nuclear magnetization which is parallel to the magnetic field, and

o the relaxation back to equilibrium of the component of the nuclear magnetization which is perpendicular to the magnetic field.

The time that it takes for these two relaxation processes to take place is roughly equal to:

o time T1 for the first process, and

o time T2 for the second process.

The strength of the MRI signal depends primarily on three parameters.

o Density of protons in a tissue: The greater the density of protons, the larger the signal will be.

o T1

o T2

The contrast between brain tissues is dependent upon how these 3 parameters differ between tissues.

For most "soft" tissues in the body, the proton density is very homogeneous and therefore does not contribute in a major way to signal differences seen in a image.

However, T1 and T2 can be dramatically different for different soft tissues, and these parameters are resonsible for the major contrast between soft tissues.

T1 and T2 are strongly influenced by the viscosity or rigidity of a tissue. Generally speaking, the greater the viscosity and rigidity, the smaller the value for T1 and T2.

It is possible to manipulate the MR signal by changing the way in which the nuclei are initially subjected to electromagnetic energy. This manipulation can change the dependence of the observed signal on the three parameters: proton density, T1 and T2. Hence, one has a number of different MR imaging techniques ("weightings") to choose from, which accentuate some properties and not others.

Contributed by Sam Patz, PhInstrumentasi - Kuis

Question 1. Does an FT-IR instrument record a signal in the time domain or the frequency domain?

Answer:

Question 2. What does the Michelson interferometer do?

a) Split a polychromatic beam of radiation into its component wavelengthsb) Selectively filter certain wavelengths from a beam of I.R. radiationc) Modulate the I.R. signal at a lower frequency, so that it can be observed by a detector

Answer:

Question 3. How do you turn a signal recorded in the time domain into a frequency domain signal?

a) Fourier transformationb) Measurement of peak areasc) By use of a Michelson interferometer

Answer:

Question 4. FT-IR instruments employ single beam optics.True or false?

Answer:

Your score:

.D.

Otak Kasus oleh Diagnosis

1. Epidural abscess with secondary extension through calvarium with a subperiosteal abscess Abses epidural dengan ekstensi sekunder melalui calvarium dengan abses subperiosteal

2. Acute subdural hematoma Hematoma subdural akut

3. Basilar tip aneurysm with spasm tip basilar aneurisma dengan kejang

4. Posterior Cerebellar Artery Infact from thrombosed Basilar Artery Cerebellar Posterior Arteri Infact dari Arteri basilar thrombosed

5. Subdural Empyema Empiema subdural

6. Wallerian Degeneration Wallerian Degenerasi

7. Glioblastoma Multiforme Glioblastoma multiforme

8. Optic Neuritis Optic neuritis

9. Choroid Plexus Cysts Plexus koroid Kista

10. HIV Encephalitis HIV Ensefalitis

11. Acoustic Neuroma (Schwannoma) Akustik Neuroma (schwannoma)

12. Meningioma Meningioma

13. Subdural Hematoma Subdural hematoma

14. Heterotopic grey matter and abnormal sulcation Heterotopic abu-abu materi dan sulcation abnormal

15. Septooptic Dysplasia (de Morsier syndrome) Septooptic Displasia (de Morsier sindrom)

16. Colloid Cyst, Third Ventricle Koloid Kista, ventrikel Ketiga

17. Marchiafava-Bignami Disease Marchiafava-Bignami Penyakit

18. Curvilinear Lipoma Lengkung Lipoma

19. Pituitary Microadenoma Hipofisis Microadenoma

20. Fahr's Disease Fahr's Disease

Spektroskopi NMR Teori: Pendahuluan

An important tool of the chemist for the determination of molecular structure is Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy , or NMR. Alat penting dari ahli kimia untuk menentukan struktur molekul adalah Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti, atau NMR. NMR spectra are acquired on a special instrument called an NMR Spectrometer. Spektrum NMR diperoleh pada alat khusus yang disebut Spektrometer NMR. The instrument and concepts are related to those used for Magnetic Resonance Imaging or MRI in medical diagnostics. Instrumen dan konsep yang berhubungan dengan yang digunakan untuk Magnetic Resonance Imaging atau MRI dalam diagnosa medis. The technique is challenging to learn but wonderfully powerful for the determination of organic and biochemical structure. Teknik ini menantang untuk belajar, tetapi sangat kuat untuk penentuan struktur organik dan biokimia.

Some nuclei exist in discrete nuclear spin states when the nuclei reside in an external magnetic field. Beberapa inti yang ada di negara diskrit spin nuklir ketika inti yang berada di medan magnet eksternal. Nuclear magnetic resonance spectroscopy observes transitions between these spin states. spektroskopi resonansi magnetik nuklir mengamati transisi di antara negara-negara ini spin. Important examples are the nucleus of hydrogen (the proton) and the nucleus of the 13 C isotope of carbon. contoh penting adalah inti hidrogen (proton) dan inti isotop C 13 karbon. Nuclei that do not exist in spin states are the 12 C isotope of carbon (the major isotope), and the 16 O isotope of oxygen (again the major isotope). Inti yang tidak ada di negara-negara spin adalah 12

C karbon isotop (isotop utama), dan 16 O isotop oksigen (lagi isotop utama). Consequently, 12 C and 16 O nuclei are transparent to NMR spectroscopy. Akibatnya, 12 C dan 16 inti O transparan untuk spektroskopi NMR. The abundance of the 13 C isotope of carbon in nature is only 1.1% relative to 98.9% 12 C isotope. Kelimpahan isotop 13 C karbon di alam hanya 1,1% dibandingkan dengan 98,9% 12 C isotop. In spite of this low abundance, 13 C nuclear spin transitions can be readily observed. Meskipun demikian kelimpahan rendah, 13 C transisi spin nuklir dapat dengan mudah diamati.

Other nuclei commonly present in organic molecules such as chlorine, bromine, iodine, and nitrogen nuclei have nuclear spin but are transparent for reasons beyond the scope of this

presentation. inti lain yang biasa hadir dalam molekul organik seperti klorin, bromin, yodium, dan inti atom nitrogen memiliki spin nuklir namun transparan untuk alasan di luar ruang lingkup presentasi ini. Important exceptions are fluorine and phosphorous for which the major isotopes 19 F and 31 P have nuclear spin and spin transitions are readily observed. pengecualian penting adalah fluor dan fosfor yang besar isotop 19 F dan 31 P memiliki spin spin nuklir dan transisi yang mudah diamati.

For organic structure determination, the two most important types of NMR spectra are the proton and carbon spectra. Penentuan struktur organik, dua jenis yang paling penting dari spektrum NMR adalah spektrum proton dan karbon. They give information about the number of hydrogens and carbons in a molecule and how those hydrogens and carbons are connected together as well as information about functional groups. Mereka memberikan informasi tentang jumlah hidrogen dan karbon dalam molekul dan bagaimana hidrogen dan karbon yang dihubungkan bersama serta informasi mengenai kelompok-kelompok fungsional. NMR complements IR for determination of structures of organic compounds. IR melengkapi NMR untuk penentuan struktur senyawa organik. Remember IR spectra help identify functional groups in a molecular structure. Ingat membantu Spektrum IR mengidentifikasi kelompok fungsional dalam struktur molekul.

Below is a photo of the Varian 300 mHz NMR instrument at CU Boulder. Di bawah ini adalah foto dari instrumen 300 mHz Varian NMR di CU Boulder. The large round cylinder on the left is the liquid helium-cooled magnet. Silinder bundar yang besar di sebelah kiri adalah magnet didinginkan helium cair. The sample is placed in a small glass tube and dropped into this magnet. Sampel ditempatkan dalam tabung gelas kecil dan jatuh ke magnet ini. The computer screen can be seen just to the right of and partially behind the magnet; the box to the far right houses the source of the radiofrequency radiation. Layar komputer dapat dilihat tepat di sebelah kanan dan sebagian di belakang magnet, kotak ke rumah-rumah paling kanan sumber radiasi frekuensi radio.

Spin menyatakan, medan magnet, dan radiasi elektromagnetik

In the presence of an applied external magnetic field, 1 H and 13 C (also 19 F and 31 P) nuclei exist in two nuclear spin states of different energy. Dalam kehadiran medan magnet eksternal diterapkan, 1 H dan 13 C (juga 19 F dan 31 P) inti yang ada di dua negara spin nuklir dari energi yang berbeda. Slightly more than half of the nuclei exist in the lower energy state called alpha ( Sedikit lebih dari separuh dari inti yang ada dalam keadaan energi yang lebih rendah disebut alpha ( ) than in the higher energy state called beta ( ) Daripada dalam keadaan energi yang lebih tinggi yang disebut beta ( ). ). The external magnetic field B o , which is homogeneous , is created with a large magnet, commonly a super-conducting solenoid. The magnet o eksternal B lapangan, yang homogen, dibuat dengan magnet yang besar, biasanya sebuah-melakukan solenoid super. The energy difference Perbedaan energi E between the spin states is proportional to the strength of B o . E antara negara-negara spin sebanding dengan kekuatan o B. A typical B o field is 7.05 T ( Tesla ) or 70,500 Gauss. Bidang B o khas adalah 7,05 T ( Tesla ) atau 70.500 Gauss. NMR spectroscopy records transitions between these spin states induced by a radio frequency electromagnetic field called the B 1 field. NMR spektroskopi catatan transisi di antara negara-negara ini spin disebabkan oleh medan elektromagnetik frekuensi radio disebut bidang 1 B. With an applied magnetic field of 7.05 T, the frequency Dengan medan magnet terapan 7,05 T, frekuensi of the B 1 B 1 field is about 300 MHz (megahertz, million cycles per second) for 1 H NMR or 75 MHz for 13 C NMR. lapangan sekitar 300 MHz (megahertz, juta siklus per detik) untuk 1 H NMR atau 75 MHz untuk 13 C NMR. Correspondingly, if the applied field is 11.75 T, the frequency is 500 MHz for 1 H NMR or 125 MHz for 13 C NMR. Sejalan dengan itu, jika bidang yang digunakan adalah 11,75 T, frekuensi 500 MHz adalah untuk 1 H NMR atau 125 MHz untuk 13 C NMR. Instruments operating at 500 MHz give better sensitivity and resolution than those operating at 300 MHz. Instrumen yang beroperasi di 500 MHz memberikan sensitivitas dan resolusi yang lebih baik daripada yang beroperasi pada 300 MHz. The relationship between field and frequency is shown mathematically by Equation 1 and graphically in Figure 1. Hubungan antara bidang dan frekuensi ditunjukkan secara matematis oleh persamaan 1 dan grafis pada Gambar 1.

where: dimana:

E is the energy difference between spin states E adalah perbedaan energi antara negara-negara spin

h is Planck's constant h adalah konstanta Planck

is the frequency of the B 1 field adalah frekuensi dari medan 1 B

B e is a small magnetic field generated by the circulation of electrons of the molecule (see below) e B adalah medan magnet kecil yang dihasilkan oleh sirkulasi elektron dari molekul (lihat di bawah)

B o is the strength of the external homogeneous magnetic field o B adalah kekuatan medan magnet homogen eksternal

(gyromagnetic ratio) is a constant which is a property of the particular nucleus (Rasio gyromagnetic) adalah sebuah konstanta yang merupakan milik inti tertentu

Equation 1 introduces the important term B e . Persamaan 1 B e memperkenalkan istilah penting. In a spherically symmetric s orbital, the B o field (the external magnetic field) causes the electrons in the cloud surrounding the nucleus to circulate through the orbital (Figure 2). Dalam s orbital simetris bola, o B lapangan (medan magnet eksternal) menyebabkan elektron di awan yang mengelilingi nukleus ke beredar melalui orbital (Gambar 2). This circulation of electrons produces B e : an induced magnetic field opposed to the B o field. Ini peredaran elektron menghasilkan B e: medan magnet yang disebabkan bertentangan dengan bidang o B. Thus, the B e field slightly shields the nucleus from the applied magnetic field B o and the value (B o –B e ) represents the actual magnetic field experienced at the nucleus. Dengan demikian, B e lapangan sedikit melindungi inti dari lapangan diterapkan B o magnet dan nilai (B o-B e) merupakan medan magnet yang sebenarnya dialami pada inti. The B e field produced by electrons in p and d orbitals are more complex (discussed further in Proton Chemical Shift ). E B lapangan dihasilkan oleh elektron dalam orbital p dan d lebih kompleks (dibahas lebih lanjut dalam Proton Kimia Shift ).

The induction of B e is an example of Lenz's Law. Induksi e B adalah contoh's Hukum Lenz. The Molecular Expressions web site has an excellent animation of this law. The Molekuler Ekspresi situs web memiliki animasi

yang sangat baik dari hukum ini.

Figure 2 shows that the B e field slightly shields the nucleus from the applied magnetic field B o and the value ( B o -B e ) represents the actual magnetic field experienced at the nucleus. Gambar 2 menunjukkan bahwa B e lapangan sedikit melindungi inti dari lapangan diterapkan B o magnet dan nilai (B o-B e) merupakan medan magnet yang sebenarnya dialami pada inti.

If we divide through by h, equation 1 simplifies to Jika kita membaginya dengan h, persamaan 1 untuk menyederhanakan

or the frequency of a nuclear spin transition atau frekuensi transisi spin nuklir is directly proportional to the magnetic field experienced at the nucleus. berbanding lurus dengan medan magnet yang berpengalaman di inti. This nuclear spin transition frequency Ini frekwensi transisi spin nuklir is also called the resonance or precession frequency. juga disebut resonansi atau frekuensi presesi. The proportionality constant Konstanta proporsionalitas is four times larger for the 1 H nucleus than it is for the 13 C nucleus. adalah empat kali lebih besar untuk inti H 1 daripada bagi inti C 13. This is why the resonance frequency ( Inilah sebabnya mengapa frekuensi resonansi ( ) is 300 MHz for 1 H and only 75 MHz for 13 C. ) Adalah 300 MHz untuk 1 H dan hanya 75 MHz untuk 13 C.

Almost equal population of the Hampir sama penduduk and dan nuclear spin states occurs because the energy difference between the spin states is quite small, 3x10 -5 kcal/mol at 300 MHz, and the higher energy state is heavily populated by available thermal energy. spin nuklir negara terjadi karena perbedaan energi antara negara-negara spin cukup kecil, 3x10 -5 kkal / mol pada 300 MHz, dan keadaan energi yang lebih tinggi ini sangat dihuni oleh energi panas tersedia. The actual population ratio is given by the Boltzmann equation that relates the population ratio to Rasio populasi yang sebenarnya diberikan oleh persamaan Boltzmann yang berhubungan rasio penduduk untuk E and the absolute temperature. E dan suhu absolut. In contrast, higher energy vibrational states in IR spectroscopy are not significantly populated by available thermal energy because the energy difference between vibrational states is much larger, 5.8 kcal/mol at 2000 cm -1 . Sebaliknya, getaran energi negara-negara yang lebih tinggi dalam spektroskopi IR tidak signifikan dihuni oleh energi panas tersedia karena perbedaan energi antara negara getaran jauh lebih besar, 5,8 kkal / mol pada 2000 cm -1. An excess population of the Populasi Kelebihan spin state is required in order to observe an NMR signal, and the slight excess of keadaan spin diperlukan dalam rangka untuk mengamati sinyal NMR, dan kelebihan sedikit spins over berputar atas spins at 7.05 T is more than sufficient. berputar pada 7,05 T lebih dari cukup. The excess is higher at higher B o fields (11.75T/500 MHz versus 7.05 T/300 MHz) because Selisih tersebut adalah lebih tinggi pada bidang yang lebih tinggi o B (11.75T/500 MHz versus T/300 7,05 MHz) karena E is higher. E lebih tinggi. Correspondingly, a 500 MHz instrument has higher sensitivity than a 300 MHz instrument. Sejalan dengan itu, instrumen 500 MHz lebih sensitif dari instrumen MHz 300.

Kimia Shift

If all 1 H or 13 C nuclei absorbed energy at exactly the same resonance frequency Jika semua 1 H atau 13 inti C penyerapan energi tepat pada frekuensi resonansi yang sama , NMR spectroscopy would not be very useful for determination of organic and biochemical structures. , NMR spektroskopi tidak akan sangat berguna untuk penentuan struktur organik dan biokimia. However, different 1 H or 13 C nuclei absorb at slightly different frequencies. Namun, berbeda 1 H atau 13 C inti menyerap pada frekuensi yang berbeda sedikit. This difference results from differences in the small internal magnetic field B e for each 1 H or 13 C nucleus. Ini hasil perbedaan dari perbedaan di bidang B e magnet internal kecil untuk setiap 1 H atau 13 inti C. Again, the B e field results from the circulation of electrons of the molecule. Sekali lagi, e hasil lapangan B dari peredaran elektron molekul. Different 1 H or 13 C nuclei have different electron density surrounding them and consequently, are shielded from the applied field B o by B e fields of different magnitude. Berbeda 1 H atau 13 C inti memiliki densitas elektron yang berbeda di sekitar mereka dan akibatnya, yang terlindung dari lapangan B o diterapkan oleh bidang e B besarnya berbeda. Remember, differences in (B o -B e ) translate into differences in the frequency Ingat, perbedaan (B o-B e) diterjemahkan ke dalam perbedaan frekuensi needed to cause the nuclear spin transitions as shown by Equation 2 . diperlukan untuk menyebabkan transisi spin nuklir seperti yang ditunjukkan oleh persamaan 2 .

The frequency of absorption for a nucleus of interest relative to the frequency of absorption of a molecular standard is called the chemical shift of the nucleus. Frekuensi untuk penyerapan inti kepentingan relatif terhadap frekuensi penyerapan standar molekul disebut pergeseran kimia inti. The molecular standard for both 1 H and 13 C NMR spectroscopy is tetramethylsilane ( TMS ). Standar molekuler untuk 1 baik H dan 13 C NMR spektroskopi adalah tetramethylsilane (TMS). Because of molecular symmetry all 12 protons of TMS absorb at the same frequency and all 4 carbons absorb at the same frequency. Karena simetri molekul semua 12 proton TMS menyerap pada frekuensi yang sama dan semua 4 menyerap karbon pada frekuensi yang sama.

In the NMR spectrum of an organic compound, peaks appear at the positions of absorption, also called the positions of resonance , also called the positions of resonance or precession frequencies , for different nuclei in the molecule. Dalam spektrum NMR senyawa organik, puncak muncul di posisi penyerapan, juga disebut posisi resonansi, juga disebut posisi atau presesi frekuensi resonansi, untuk inti yang berbeda dalam molekul. The exact chemical shift of a particular nucleus in a molecule gives us information about how the atom with that nucleus is bonded in the molecule. Pergeseran kimia yang tepat dari inti tertentu dalam molekul memberi kita informasi tentang bagaimana atom dengan inti yang terikat dalam molekul. The x-axis of the spectrum is called the delta scale ( Sumbu-x spektrum disebut skala delta ( ) with units of ppm

and the y-axis is an intensity scale. ) Dengan unit ppm dan y-axis adalah skala intensitas. The area under the peak on the y-axis is proportional to the number of 1 H nuclei in the molecule with the same chemical shift. Daerah di bawah puncak pada sumbu-y sebanding dengan jumlah inti 1 H dalam molekul dengan pergeseran kimia yang sama. The intensity of a 13 C resonance is, however, not proportional to the number of carbons and this will be discussed later. Intensitas dari resonansi C 13 adalah, bagaimanapun, tidak sebanding dengan jumlah karbon dan ini akan kita diskusikan nanti.

On the Pada scale, the position of resonance is given by skala, posisi resonansi diberikan oleh

where mana

o ( ( - - TMS ) is the frequency difference between the resonance of the signal of interest and the resonance of TMS. TMS) adalah perbedaan antara frekuensi resonansi dari sinyal dari bunga dan resonansi TMS. Note that ( Perhatikan bahwa ( - - TMS ) will always be in units of Hz (from 1 Hz to a few thousand Hz). TMS) akan selalu dalam satuan Hz (dari 1 Hz sampai beberapa ribu Hz).

o is the center frequency of the B 1 field in megahertz (MHz). adalah frekuensi pusat dari lapangan 1 B dalam megahertz (MHz).

If B o = 7.05 T, Jika o B = 7.05 T, = 300 MHz for 1 H nuclei or 75 MHz for 13 C nuclei. = 300 MHz untuk 1 inti H atau 75 MHz untuk 13 C inti.

If B o = 11.75 T, Jika 11,75 = o T B, = 500 MHz for 1 H nuclei or 125 MHz for 13 C nuclei. = 500 MHz untuk 1 inti H atau 125 MHz untuk 13 C inti.

In Equation 3, Dalam Persamaan 3, is a ratio of Hz/MHz, the result is a ratio without units (1/1x10 6 ) or one over one million. adalah rasio Hz / MHz, hasilnya adalah rasio tanpa satuan (1/1x10 6) atau salah satu lebih dari satu juta. A better term for "one over one millionth" is parts-per-million or ppm . Istilah lebih baik untuk "satu di atas satu juta" adalah bagian-per-juta atau ppm.

As a result of Equation 3 the chemical shift of the 1 H nuclei in the 1 H NMR spectrum or 13 C nuclei in the 13 C NMR spectrum of TMS appear at Sebagai hasil dari Persamaan 3 pergeseran kimia dari 1 inti H dalam spektrum H NMR 1 atau inti C 13 di C spektrum NMR 13 TMS muncul di = 0 ppm. = 0 ppm. Typically, Biasanya, increases from 0 on the right hand side of the

spectrum to 10 ppm on the left hand side of an 1 H NMR spectrum or from 0 on the right hand side to 200 ppm on the left hand side of a 13 C NMR spectrum. meningkat dari 0 pada sisi kanan spektrum untuk 10 ppm pada sisi kiri dari spektrum H NMR 1 atau dari 0 di sisi kanan untuk 200 ppm pada sisi kiri spektrum NMR C 13. The reason frequencies of absorption are recorded on the Alasannya frekuensi penyerapan dicatat pada -scale relative to those of a standard molecule is so the position of absorption will be independent of the spectrometer used to record the spectrum, in particular independent of the strength of the B o field of the spectrometer. Skala relatif terhadap orang-orang molekul standar sehingga posisi penyerapan akan menjadi independen dari spektrometer digunakan untuk mencatat spektrum, dalam independen tertentu

dari kekuatan bidang o B spektrometer. For example, the chemical shift of the protons of acetone will be the same ( Misalnya, pergeseran kimia proton aseton akan sama ( 2.16 ppm), independent of whether the spectrum is obtained at 300 MHz or 500 MHz. 2,16 ppm), terlepas apakah spektrum diperoleh pada 300 MHz atau 500 MHz.

In principle, resonance can be achieved by holding B o constant and scanning the frequency of the radio frequency excitation field B 1 . Pada prinsipnya, resonansi dapat dicapai dengan memegang o B konstan dan scanning frekuensi eksitasi medan frekuensi radio B 1. Alternatively, the frequency can be held constant and the strength of B o can be scanned. Atau, frekuensi dapat diselenggarakan konstan dan kekuatan o B dapat dipindai. In others words, equation 2 can be satisfied by varying the frequency of B 1 or the strength of B o for each different 1 H or 13 C nucleus in a molecule. Dengan kata lain, persamaan 2 bisa puas dengan memvariasikan frekuensi B 1 atau kekuatan o B yang berbeda untuk setiap 1 H atau 13 inti C dalam molekul. In practice, modern NMR spectrometers operate at constant B o . Dalam prakteknya, spektrometer NMR modern beroperasi pada o B konstan.

The direction of increasing frequency at fixed field and increasing field at fixed frequency are shown on the following NMR chart paper (Figure 4). Arah peningkatan frekuensi di lapangan tetap dan meningkatkan lapangan pada frekuensi tetap ditampilkan pada kertas grafik NMR berikut (Gambar 4). The right hand side is described as the high field region and the left hand side as the low field region. Sisi kanan digambarkan sebagai daerah medan tinggi dan sisi kiri sebagai kawasan lapangan rendah.

The 1 H NMR spectrum of methyl acetate shows two peaks: one at The 1 H NMR spektrum metil asetat menunjukkan dua puncak: satu di = 2.1 ppm for the three equivalent methyl protons and one at = 2.1 ppm untuk tiga proton metil setara dan satu di = 3.7 ppm for the three equivalent methoxy protons. = 3,7 ppm untuk tiga proton metoksi setara. The methoxy protons are said to resonate downfield from the methyl protons. Proton metoksi dikatakan beresonansi downfield dari proton metil. Each of the three methyl protons are equivalent to each other and each of the three methoxy protons are equivalent to each because of rapid rotation about the carbon-carbon and carbon-oxygen single bonds. 1 H or 13 C nuclei are said to be chemical shift equivalent if they have exactly the same chemical shift; in other words they experience the same B e field. Masing-masing dari tiga proton metil yang setara satu sama lain dan masing-masing dari tiga proton metoksi yang setara dengan masing-masing karena rotasi cepat tentang karbon-karbon dan karbon-oksigen ikatan tunggal H. 1 atau 13 C inti dikatakan pergeseran kimia setara jika

mereka memiliki persis pergeseran kimia yang sama, dengan kata lain mereka mengalami bidang B e sama. This most commonly results from molecular symmetry coupled with rapid rotations about single bonds, but can also occur by coincidence. Hasil ini paling sering dari simetri molekul digabungkan dengan rotasi yang cepat tentang ikatan tunggal, tetapi juga dapat terjadi secara kebetulan.

The following is a summary of magnetic fields and frequencies. Berikut ini adalah ringkasan dari medan magnet dan frekuensi. For your convenience, this and other reference information is included in the Reference section of this tutorial. Untuk kenyamanan Anda, ini referensi informasi lainnya dan termasuk dalam bagian Referensi dari tutorial ini.

next section: Chemical Shift - Proton next section: Kimia Shift - Proton

Kimia Shift: Proton

Electronegativity Effect Elektronegativitas Efek

The resonance position of protons bonded to carbon is shifted down field by electronegative elements also bonded to the carbon. Posisi resonansi proton terikat untuk karbon digeser turun lapangan dengan unsur elektronegatif juga terikat pada karbon. The electronegative element withdraws electron density from the carbon and its directly bonded protons which diminishes the magnitude of the B e field. Unsur elektronegatif menarik kerapatan elektron dari karbon dan proton yang terikat langsung yang mengurangi besarnya bidang e B. Since the B e field shields the protons from the B o field, a smaller (in magnitude) B e field requires a lower B o field to achieve resonance, hence a downfield shift. Karena perisai bidang e B proton dari lapangan o B, (dalam besarnya) B lebih kecil e lapangan membutuhkan lapangan B o lebih rendah untuk mencapai resonansi, maka pergeseran downfield. The higher the electronegativity of the directly bonded atom, the larger the downfield shift. Semakin tinggi elektronegativitas dari atom secara langsung terikat, semakin besar pergeseran downfield. (see Equation 2 and Figure 4 ). (Lihat Persamaan 2 dan Gambar 4 ). The higher the electronegativity of the directly bonded atom, the larger the down field shift. Semakin tinggi elektronegativitas dari atom secara langsung terikat, semakin besar pergeseran lapangan bawah.

-Bond Effect -Bond Efek

Alkenes and aromatic compounds bearing Alkena dan senyawa aromatik bantalan -bonds will spend a portion of their time oriented with the plane defined by their sigma bonds perpendicular to the direction of the B o field. obligasi-akan menghabiskan sebagian waktu mereka berorientasi dengan pesawat ditentukan oleh ikatan sigma mereka tegak lurus terhadap arah medan o B. In this orientation, the Dalam orientasi ini, -electrons will circulate to produce a B e field that opposes the B o field above and below the -Elektron akan beredar untuk menghasilkan medan e B yang menentang bidang o B di atas dan di bawah -bond but adds to the B o field in the vicinity of the hydrogen nuclei as shown in Figure 7. -Ikatan tetapi menambah lapangan o B di sekitar inti hidrogen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Since the B e field from the Karena bidang e B dari -electrons is augmenting the applied field, a lower applied field at fixed B 1 frequency is required to achieve resonance. -Elektron adalah menambah bidang diterapkan, bidang yang diterapkan lebih rendah pada frekuensi tetap B 1 diperlukan untuk mencapai resonansi. Because this mechanism causes alkene and aromatic hydrogen nuclei to resonate down field, they are also said to be deshielded by the Karena mekanisme ini menyebabkan nuklei hidrogen alkena dan aromatik untuk beresonansi turun lapangan, mereka juga dikatakan deshielded oleh -electrons but in reality the contribution to the total B e field from the -Elektron tetapi dalam kenyataannya kontribusi pada bidang e B total dari -electrons is just opposite in sign to the contribution from the other electrons. -Elektron hanya berlawanan tanda kontribusi dari elektron lainnya. In

contrast, the major effect from Sebaliknya, pengaruh besar dari -electrons in the terminal alkyne occurs when the molecular axis lies along the direction of the B o field. -Elektron dalam alkuna terminal terjadi ketika molekul terletak di sepanjang sumbu arah bidang o B. In this orientation the Dalam hal ini orientasi -electrons circulate about the girth of the molecule involving both -Elektron beredar tentang lingkar molekul yang melibatkan kedua -bonds to produce a contribution to the B e field which opposes the B o field in the vicinity of the terminal proton (see Figure 7, below). -Obligasi untuk menghasilkan kontribusi pada bidang e B yang menentang bidang o B di sekitar proton terminal (lihat Gambar 7, di bawah). Hence, the terminal alkyne proton resonates upfield ( Oleh karena itu, proton alkuna terminal bergema upfield ( ~2.5 ppm) from the alkene ( ~ 2,5 ppm) dari alkena ( ~5.5 ppm) and aromatic protons ( ~ 5,5 ppm) dan proton aromatik ( ~7 ppm). ~ 7 ppm). The effect from the Efek dari -electrons is an anisotropic effect because its magnitude and direction depend upon a particular orientation of the molecules with respect to the direction of the B o field. -Elektron adalah efek anisotropik karena besarnya dan arah bergantung pada orientasi tertentu dari molekul sehubungan dengan arah bidang o B. An isotropic effect is independent of orientation. Efek isotropik adalah independen dari orientasi.

The chemical shifts of some hydrogen nuclei (protons) in various magnetic environments are shown in Figure 8. pergeseran kimia beberapa inti hidrogen (proton) di lingkungan berbagai magnet diperlihatkan pada Gambar 8. A general rule to remember about chemical shifts of protons on saturated carbon is that the methylene proton (CH 2 ) chemical shift will appear approximately 0.2-0.4 ppm downfield from the corresponding methyl proton chemical shift, and the methine proton (CH) chemical shift will appear approximately 0.2-0.4 ppm downfield from the corresponding methylene chemical shift: Sebagai aturan umum yang harus diingat tentang pergeseran kimia proton pada karbon jenuh adalah bahwa proton metilen (CH 2) pergeseran kimia akan muncul sekitar 0,2-0,4 downfield ppm dari pergeseran kimia proton metil yang sesuai, dan proton methine (CH) pergeseran kimia akan muncul sekitar 0,2-0,4 downfield ppm dari pergeseran kimia metilena terkait: CH>CH 2 >CH 3 . CH> CH 2> CH 3. This is because carbon is slightly more electronegative than hydrogen. Hal ini karena karbon sedikit lebih elektronegatif daripada hidrogen. Electronegativity and Elektronegativitas dan -bond effects are additive; additivity is readily apparent in the chemical shift of the aldehyde proton ( -Ikatan efek aditif; aditif yang mudah terlihat pada pergeseran kimia proton aldehida ( = 10) and of the methoxy of

a methyl ester ( = 10) dan dari metoksi dari ester metil ( = 4) relative to the methoxy of an ether ( = 4) relatif terhadap suatu eter metoksi ( = 3.5). = 3.5).

From Figure 8 we quickly see that the position of absorption is suggestive of the presence of functional groups. Dari Gambar 8 kita dengan cepat melihat bahwa posisi penyerapan adalah sugestif dari kehadiran kelompok-kelompok fungsional. A peak between Sebuah puncak antara 9 and 10 indicates an aldehyde, peaks in the region 9 dan 10 menunjukkan sebuah aldehida, puncak di daerah 7 to 8 indicate an aromatic ring, peaks in the region 7 sampai 8 menunjukkan cincin aromatik, puncak di daerah 5 to 6 indicates an alkene, peaks between 5 sampai 6 menunjukkan alkena, puncak antara 3.5 to 4.5 indicate an ester, etc. Note that protons on the heteroatoms O and N show a wide range of chemical shifts which are concentration, temperature, solvent, and pH dependent. 3,5-4,5 mengindikasikan suatu ester, dll Perlu diketahui bahwa proton pada N O heteroatom dan menunjukkan berbagai macam perubahan kimia yang konsentrasi, temperatur, pelarut, dan pH bergantung. These protons are involved in hydrogen bonding and exchange with each other and with water (usually present as an impurity) by an acid-base mechanism through hydrogen bonding. Proton ini terlibat dalam ikatan hidrogen dan pertukaran dengan satu sama lain dan dengan air (biasanya hadir sebagai suatu pengotor) oleh mekanisme asam-basa melalui ikatan hidrogen. Variable hydrogen bonding and exchange give rise to the variable chemical shift. ikatan hidrogen Variabel dan pertukaran menimbulkan pergeseran kimia variabel.

The following is a summary of electronegativity and Berikut ini adalah ringkasan dari elektronegativitas dan -bond effects on chemical shift. Ikatan-efek pada pergeseran kimia. For your convenience, this and other reference information is included in the Reference section of this tutorial. Untuk kenyamanan Anda, ini referensi informasi lainnya dan termasuk dalam bagian Referensi dari tutorial ini.

Pergeseran Kimia: Karbon

13 C chemical shifts are also reported relative to the standard, tetramethylsilane (TMS). 13 C pergeseran kimia juga dilaporkan relatif terhadap standar, tetramethylsilane (TMS). Hence, the chemical shift of the four equivalent carbons of TMS appear at Oleh karena itu, pergeseran kimia dari empat karbon setara TMS muncul di =0 ppm. = 0 ppm. The range of chemical shifts in which most carbon resonances appear is 0 to 200 ppm, which is about 10-20 times the range of proton chemical shifts. Kisaran pergeseran kimia di mana resonansi karbon yang paling muncul adalah 0 sampai 200 ppm, yaitu sekitar 10-20 kali rentang pergeseran kimia proton. As a consequence, a peak is usually observed for each carbon or sets of equivalent carbons; whereas, resonances for 1 H nuclei often overlap in proton NMR spectra. Sebagai akibatnya, puncaknya biasanya diamati untuk setiap karbon atau set karbon setara, padahal resonansi untuk 1 inti H sering tumpang tindih dalam spektrum proton NMR. Carbon chemical shifts, as discussed earlier for 1 H chemical shifts, are influenced by electronegative substituents and pergeseran kimia karbon, seperti yang dibahas sebelumnya untuk 1 shift kimia H, dipengaruhi oleh substituen elektronegatif dan -bonds, but also more strongly by the shielding from an abundance of electrons in non-spherical p-orbitals. -Obligasi, tetapi juga lebih kuat oleh perisai dari kelimpahan elektron dalam orbital p non-bola-. A large effect from electrons in p-orbitals is the down field shift of carbon resonances with branching. Efek besar dari elektron dalam orbital-p adalah bidang pergeseran down resonansi karbon dengan percabangan. For example compare the 13 C chemical shifts for the carbons of 2-methylhexane and hexane shown in Figure 9. Misalnya membandingkan 13 perubahan kimia C untuk karbon dari 2-methylhexane dan heksana ditunjukkan pada Gambar 9. The methyls at the branched end of 2-methylhexane ( Para gugus metil pada akhir cabang dari 2-methylhexane ( 22 ppm) appear approximately 8 ppm down field from the methyl at the unbranched end or both methyls of hexane ( 22 ppm) muncul sekitar 8 ppm turun lapangan dari metil di ujung tidak bercabang atau kedua gugus metil heksana ( 14). 14). Further, the methylene at the 3-position of 2-methylhexane ( Lebih lanjut, metilena pada posisi 3-2-methylhexane ( 39) appears 7 ppm downfield from the methylene at the 3-position of hexane ( 39) muncul 7 downfield ppm dari metilena pada posisi 3-heksan ( 32). 32).

A number of empirical rules have been developed for predicting chemical shifts. Sejumlah aturan empiris telah dikembangkan untuk memprediksi perubahan kimia. A very rough rule is that 13 C chemical shifts are approximately 10 to 20 times the corresponding 1 H chemical shifts. Sebuah peraturan yang sangat kasar adalah bahwa 13 C pergeseran kimia sekitar 10 sampai 20 kali yang sesuai 1 pergeseran kimia H. For example the protons of the methyl groups of hexane appear at about 1 ppm in the 1 H NMR spectrum and the methyl carbons of hexane appear at about 14 ppm in the 13 C NMR spectrum. Misalnya proton kelompok metil heksana muncul pada sekitar 1 ppm dalam spektrum H NMR 1 dan karbon metil heksana muncul pada sekitar 14 ppm dalam spektrum NMR C 13. An example of how 1 H NMR and 13 C NMR spectra appear as printed out is given in Figure 10, the spectra of 2-bromobutane. Sebuah contoh bagaimana 1 H NMR dan 13 C NMR muncul sebagai dicetak diberikan pada Gambar 10, spektrum 2-bromobutane.

A broader comparison of 13 C and 1 H chemical shifts appears in the summary at the end of this section. Perbandingan yang lebih luas dari 13 C dan 1 H pergeseran kimia muncul dalam ringkasan pada akhir bagian ini.

A gross exception to the rule that carbon chemical shifts are 10-20 times the corresponding proton chemical shifts appears with the substituent iodine, and to a lesser extent with the substituent bromine. Sebuah pengecualian kotor kepada aturan bahwa pergeseran kimia karbon 10-20 kali pergeseran kimia proton yang sesuai muncul dengan substituen yodium, dan untuk tingkat yang lebih rendah dengan bromin substituen. This is often referred to as the heavy atom effect and results from the abundance of electrons on the heavy atom in p and d orbitals. Hal ini sering disebut sebagai efek atom berat dan hasil dari kelimpahan elektron pada atom berat di orbital p dan d. As shown in Figure 9, the chemical shift of the carbon at the 1-position of 1,1-diiodopropane appears about 40 ppm higher field than the carbons of TMS. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9, pergeseran kimia karbon pada posisi 1-of 1,1-diiodopropane muncul lapangan sekitar 40 ppm lebih tinggi dari karbon TMS. As a consequence the chemical shift value is a negative number. Sebagai akibatnya nilai pergeseran kimia adalah angka negatif.

Unique to 13 C NMR spectra (versus 1 H NMR spectra) is direct information about the molecular environment of carbons with no directly bonded hydrogens, commonly called unprotonated

carbons. Unik 13 C NMR spektra (versus 1 H NMR) adalah informasi langsung tentang lingkungan molekul karbon tanpa ikatan hidrogen langsung, biasa disebut karbon unprotonated. Examples are the two unprotonated carbons of t-butylbenzene shown below (Figure 11). Contohnya adalah dua karbon unprotonated t-butylbenzene ditunjukkan di bawah ini (Gambar 11). Also of importance are peaks for carbonyl and carboxyl carbons which appear very far down field in the region from 160 to 210 ppm as shown in the summary at the bottom of this page. Juga penting adalah puncak untuk karbon karbonil dan karboksil yang muncul sangat jauh di bawah lapangan di wilayah 160-210 ppm seperti yang disajikan dalam ringkasan di bagian bawah halaman ini.

Penyerapan Energi dan Fourier Transform NMR

When placed in the presence of an external magnetic field of strength B o a spinning 1 H or 13 C nucleus creates a magnetic moment represented by a vector. Ketika ditempatkan di hadapan medan magnet luar B o suatu kekuatan 1 berputar H atau 13 inti C menciptakan momen magnetik diwakili oleh vektor. This is illustrated with an xyz co-ordinate diagram with the direction of B o along the z-axis. Hal ini diilustrasikan dengan diagram koordinasi xyz dengan arah o B sepanjang sumbu-z. If the nucleus is in the low energy spin state ( Jika inti berada dalam keadaan spin energi rendah ( ), the z-component of the vector is aligned with the direction of B o and if in the high energy spin state ( ), Komponen-z dari vektor sejajar dengan arah o B dan jika dalam keadaan energi spin tinggi ( ), the z-component of the vector is opposed to the direction of B o . ), Komponen-z dari vektor menentang arah o B. The vectors are tilted from the direction of B o and precess about B o with the frequency Vektor yang miring dari arah o B dan presesi tentang o B dengan frekuensi . . An explanation for why the spin vectors are tilted from the z-axis uses the Heisenberg Uncertainty Principle but is beyond the scope of this discussion. Penjelasan untuk mengapa vektor spin yang miring dari sumbu-z menggunakan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg tetapi di luar cakupan diskusi ini. This precession is analogous to the precession of a spinning gyroscope with respect to the Earth's gravitational field. presesi ini analog dengan presesi dari giroskop berputar terhadap medan gravitasi bumi.

Let's first look at the 1 H NMR signal from a molecule with one set of equivalent protons. Mari kita pertama melihat sinyal H NMR 1 dari molekul dengan satu set proton setara. 2-Propanone (also called acetone) has six protons. 2-propanon (juga disebut aseton) memiliki enam proton. They are all equivalent to the NMR spectrometer because 2-propanone has the plane of symmetry which bisects the molecule as shown below and because the methyl groups are rapidly rotating about the carbon-carbon bonds. Mereka semua setara dengan spektrometer NMR karena 2-propanon memiliki bidang simetri yang membagi dua molekul seperti yang ditunjukkan di bawah ini dan karena kelompok metil dengan cepat berputar tentang ikatan karbon-karbon.

The excess of nuclear spins of 2-propanone in the alpha spin state is illustrated in Figure 14. Kelebihan nuklir spin 2-propanon dalam keadaan spin alpha diilustrasikan pada Gambar 14. The precessing spins are distributed equally about the z-axis. precessing yang berputar yang didistribusikan secara merata tentang sumbu-z. The vector sum yields a net magnetization M o along the positive z-axis. Jumlah vektor menghasilkan o M bersih magnetisasi sepanjang sumbu z positif. Excitation of the nuclei from the low energy spin state to the high energy spin state is achieved with a radio frequency oscillating magnetic field B 1 applied with a transmitter coil as a short duration pulse along the x-axis. Eksitasi inti dari keadaan spin energi yang rendah ke negara spin energi yang tinggi dicapai dengan frekuensi radio osilasi medan magnet B 1 diaplikasikan dengan kumparan pemancar sebagai pulsa durasi pendek sepanjang sumbu x-. The oscillating magnetic field can be viewed as a rotating magnetic field. Medan magnet osilasi dapat dilihat sebagai sebuah medan magnet berputar. When the rotating frequency of B 1 is equal to the precession frequency of the nuclear moments, B 1 excites nuclei in the alpha spin state to the beta spin state. Ketika frekuensi putar B 1 sama dengan frekuensi presesi momen nuklir, B 1 menggairahkan inti dalam keadaan spin alfa ke beta keadaan spin. This causes the net magnetization to be tipped from the z-axis in the yz-plane. Hal ini menyebabkan magnetisasi net tip dari sumbu z pada bidang-yz. The component of the magnetization in the xy plane, initially along the y-axis ( M y ) precesses about the z-axis at the precession frequency of the nucleus that is excited by the B 1 field. Komponen dari magnetisasi pada bidang xy, awalnya sepanjang sumbu y (M y) precesses tentang sumbu z-pada frekuensi presesi dari inti yang senang dengan bidang 1 B. The net magnetization along the y-axis is detected with an antenna coil illustrated with an eye in Figure 14. Magnetisasi bersih sepanjang sumbu-y dideteksi dengan kumparan antena digambarkan dengan mata pada Gambar 14. With respect to the eye , Y-axis magnetization rises and falls in a sinusoidal manner as the vector precesses about the z-axis. Sehubungan dengan mata, sumbu Y magnetisasi naik dan turun secara sinusoidal sebagai vektor precesses tentang z-sumbu. The amplitude of the signal slowly decays with time as nuclei in the higher energy beta spin state return back to the lower energy alpha spin state. Amplitudo sinyal perlahan-lahan meluruh dengan waktu sebagai inti dalam versi beta spin energi pengembalian yang lebih tinggi negara kembali ke kondisi alfa spin rendah energi. If the molecule has only one chemical shift, the signal appears as a simple decaying sine wave and the chemical shift in Hertz is the frequency of the sine wave relative to a reference frequency. Jika molekul hanya memiliki satu pergeseran kimia, sinyal muncul sebagai gelombang sinus sederhana membusuk dan pergeseran kimia dalam satuan Hertz adalah frekuensi gelombang sinus relatif terhadap frekuensi referensi.

Most molecules have many nuclei with many different chemical shifts and correspondingly many different precession frequencies. Kebanyakan molekul memiliki banyak inti dengan banyak pergeseran kimia yang berbeda dan banyak Sejalan frekuensi presesi yang berbeda. The B 1 field actually contains a band width of frequencies that excite all the nuclei in a molecule at the same time, and the net magnetization along the y-axis is the sum of the magnetization of each set of equivalent nuclei, all precessing at different frequencies. B 1 lapangan sebenarnya mengandung lebar pita frekuensi yang merangsang semua inti dalam molekul pada saat yang sama, dan magnetisasi bersih sepanjang sumbu-y adalah jumlah dari magnetisasi setiap rangkaian inti setara, precessing semua pada waktu yang berbeda frekuensi. The resulting complex waveform is called the free induction decay (FID) also known as the time domain spectrum. Gelombang kompleks yang dihasilkan disebut peluruhan induksi bebas (FID) juga dikenal sebagai spektrum domain waktu. It is a measure of y-axis magnetization M y as a function of time after the B 1 pulse. Ini adalah ukuran dari sumbu magnetisasi M-y y sebagai fungsi waktu setelah pulsa 1 B. A Fourier transformation (FT) of the signal yields the individual precession frequencies or chemical shifts, called the frequency domain spectrum or just the NMR spectrum. Transformasi Fourier (FT) dari sinyal menghasilkan frekuensi presesi individu atau pergeseran kimia, yang disebut spektrum frekuensi domain atau hanya spektrum NMR.

1 H time domain and frequency domain spectra of 1-methoxy-2-propanone are shown in Figure 15. 1 H domain waktu dan frekuensi spektrum domain 1-metoksi-2-propanon diperlihatkan pada

Gambar 15. This molecule has three different sets of equivalent protons, all with different precession frequencies. Molekul ini memiliki tiga set berbeda proton setara, semua dengan frekuensi presesi yang berbeda. Hence, the time domain spectrum is the sum of three decaying sine waves of different frequency. Oleh karena itu, spektrum domain waktu adalah jumlah dari tiga membusuk gelombang sinus frekuensi yang berbeda.

The pulsed FT technique gives rapid data acquisition allowing the time domain spectrum to be obtained many times with addition of the signals prior to the Fourier transformation. Teknik FT berdenyut memberikan akuisisi data cepat yang memungkinkan spektrum domain waktu diperoleh berkali-kali dengan penambahan sinyal sebelum transformasi Fourier. Since signal is always positive but electronic instrument noise is both positive and negative, addition of many signals improves the ratio of signal to noise and correspondingly improves the NMR spectrum. Karena sinyal selalu kebisingan instrumen positif tetapi elektronik baik positif dan negatif, penambahan banyak sinyal meningkatkan rasio sinyal terhadap noise dan secara bersamaan meningkatkan spektrum NMR. The improvement in the signal to noise ratio is approximately the square root of the number of scans: 16 scans of the spectrum improves the signal to noise ratio by a factor of 4. Peningkatan sinyal terhadap noise kurang lebih akar kuadrat dari jumlah scan: 16 scan spektrum meningkatkan sinyal terhadap noise dengan faktor 4.

An important outgrowth of the development of NMR is magnetic resonance imaging ( MRI ). Sebuah perkembangan penting dari pengembangan NMR magnetik resonance imaging (MRI). An MRI of the human body is created from the magnetic resonance of the protons of water. MRI dari tubuh manusia diciptakan dari resonansi magnet proton dari air. The instrument creates different magnetic field strengths B o at different locations in the human body. Instrumen menciptakan kekuatan medan magnet yang berbeda o B di lokasi yang berbeda dalam tubuh manusia. In other words, unlike the NMR described here, MRI uses a non-homogeneous magnetic field B o so different water molecules will resonate at different B 1 frequencies depending on their physical location. Dengan kata lain, tidak seperti yang dijelaskan di sini NMR, MRI menggunakan medan magnet homogen B o non-molekul air yang berbeda sehingga akan beresonansi pada frekuensi yang berbeda B 1 tergantung pada lokasi fisik mereka. Hence, the B 1 frequency indicates where the water molecules reside and the strength of the resonance signal indicates the abundance of water molecules at that location. Oleh karena itu, B 1 frekuensi menunjukkan di mana molekul-molekul air berada dan kekuatan sinyal resonansi menunjukkan kelimpahan molekul-molekul air di lokasi itu. The image from water molecules in tumors

can be enhanced because the excited states of these water molecules relax back to the ground state more rapidly than water molecules in non-tumor environments, and this difference in relaxation can be detected. Gambar dari molekul air di dalam tumor dapat ditingkatkan karena keadaan tereksitasi dari molekul air rileks kembali ke keadaan dasar lebih cepat dari molekul air di lingkungan non-tumor, dan perbedaan dalam relaksasi dapat dideteksi. Relaxation of excited state spins to ground state spins is partially responsible for the FID shown above. Relaksasi negara bersemangat spins untuk keadaan dasar berputar sebagian bertanggung jawab atas FID ditunjukkan di atas.

Spin-spin membelah atau coupling J

Coupling in 1 H NMR spectra Coupling pada 1 H NMR

We have discussed how the chemical shift of an NMR absorption is affected by the magnetic field B e produced by the circulation of neighboring electrons. Kita telah membahas bagaimana pergeseran kimia dari penyerapan NMR dipengaruhi oleh e medan magnet B yang dihasilkan oleh sirkulasi elektron tetangga. Now we wish to examine how the magnetic field produced by neighboring nuclei B n affects the appearance of the 1 H NMR absorption. Sekarang kita ingin meneliti bagaimana medan magnet yang dihasilkan oleh tetangga n B inti mempengaruhi penampilan penyerapan H NMR 1. The effect occurs through the interaction of nuclear spins with bonding electron spins rather than through space. Efeknya terjadi melalui interaksi nuklir spin spin elektron ikatan daripada melalui ruang. Let's first consider the absorption of a hydrogen nucleus labeled A with only one neighboring hydrogen nucleus in a vicinal position labeled X. Let's also assume that H A and H X have significantly different chemical shifts. Mari kita lebih mempertimbangkan penyerapan dari inti hidrogen berlabel A dengan hanya satu inti hidrogen tetangga dalam posisi berdampingan berlabel X. Mari kita juga menganggap bahwa H A dan H X memiliki pergeseran kimia yang berbeda secara signifikan.

H X will have approximately equal probability of existing in either the low energy alpha state or high energy beta state. H X akan memiliki peluang yang sama kira-kira yang ada di salah satu alpha energi tinggi negara atau negara beta rendah energi. Again because of the small energy difference between the low and high energy states, the high energy state is easily populated from thermal energy. Sekali lagi karena perbedaan energi yang kecil antara keadaan energi rendah dan tinggi, negara energi tinggi mudah dihuni dari energi termal. For those molecules in which H X exists in the low energy state, about half the molecules in the sample, its magnetic field B n will subtract from the magnetic field B o -B e and for those molecules in which H X exists in the higher energy state, again about half the molecules, its magnetic field B n will add to B o -B e . Bagi mereka molekul di mana H X ada di negara energi yang rendah, sekitar setengah molekul-molekul dalam sampel, lapangan magnet n B akan mengurangi dari lapangan o B-B e magnetik

dan bagi mereka molekul di mana H X ada di dalam lebih tinggi keadaan energi, sekali lagi sekitar setengah molekul, lapangan magnet n B akan menambah e o-B B.

Note: whether B n for a particular spin state adds to or subtracts from B o is a function of the number of intervening bonds; this phenomenon doesn't usually affect the appearance of the signal and will not be explained here but results from the mechanism of coupling involving interaction of nuclear spins with electron spins. Catatan: apakah n B untuk keadaan spin tertentu menambah atau mengurangi dari o B adalah fungsi dari jumlah intervensi obligasi; fenomena ini biasanya tidak mempengaruhi tampilan sinyal dan tidak akan dijelaskan di sini tapi hasil dari mekanisme kopling yang melibatkan interaksi nuklir dengan elektron spin spin. For the example of vicinal coupling (3 intervening bonds), the B n field is negative for H X in the alpha spin state; for geminal coupling B n is positive for H X in the alpha spin state. Untuk contoh kopling berdamping (3 obligasi intervening), bidang n B adalah negatif untuk H X di alpha spin negara; untuk B kopling n geminal adalah positif untuk H X dalam keadaan spin alfa. Geminal coupling occurs between protons of different chemical shift bonded to the same carbon (2 intervening bonds); it will be discussed later. coupling geminal terjadi antara proton dari pergeseran kimia yang berbeda terikat pada karbon yang sama (2 obligasi intervening), melainkan akan dibahas kemudian.

As a consequence of the B n field in a vicinal system, at fixed external magnetic field B o , a lower frequency Sebagai konsekuensi dari lapangan n B dalam sistem berdamping, di medan magnet B tetap o eksternal, frekuensi yang lebih rendah will be required to achieve resonance for those molecules which have H X in the akan diperlukan untuk mencapai resonansi bagi molekul yang telah H X di state than for those molecules which have H X in the negara dibandingkan dengan molekul-molekul yang telah H X di state. negara. The NMR signal for H A will appear as a two line pattern as shown in Figure 16. Sinyal NMR untuk H A akan muncul sebagai garis pola dua seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16. We say the H X splits the absorption H A into a doublet and the two protons are coupled to each other. Kita mengatakan X H membagi penyerapan H A ke doublet dan dua proton yang digabungkan satu sama lain. The intensity of the two lines will be equal since the probability of H X existing in the Intensitas dari dua baris akan sama karena probabilitas H X yang ada di or atau states is approximately equal. menyatakan kira-kira sama. The chemical shift, which is defined as the position of resonance in the absence of coupling, is the center of the doublet. Pergeseran kimia, yang didefinisikan sebagai posisi resonansi tanpa adanya kopling, adalah pusat doublet. Just as H X splits the signal of H A into a doublet, H A splits the signal of H X into a doublet. Sama seperti H X membagi sinyal H A ke suatu doublet, H A membagi sinyal H X ke suatu doublet. The overall splitting pattern consisting of two doublets is call an A X pattern. Pola pemisahan keseluruhan terdiri dari dua doublet adalah panggilan X pola A. The splitting of H A by H X is diagramed in Figure 16. Pemecahan H A dengan H X adalah ditabelkan pada Gambar 16.

When the molecule bears two equivalent vicinal protons, four possibilities exist for their combined magnetic fields: both are in Ketika molekul dikenakan dua proton berdamping setara, empat kemungkinan yang ada untuk medan magnet gabungan mereka: keduanya berada dalam spin states, one is in the negara spin, satu di spin state and one in the spin negara dan satu di spin state, and vice versa, or both in the keadaan spin, dan sebaliknya, atau keduanya dalam spin state. keadaan spin. These four possibilities have about equal probability, and the appearance of the NMR signal is a 3-line pattern, a triplet (Figure 17), with intensities 1:2:1 because the effect of Keempat kemungkinan memiliki sekitar probabilitas yang sama, dan penampilan dari sinyal NMR adalah pola garis-3, sebuah triplet (Gambar 17), dengan intensitas 01:02:01 karena pengaruh and dan are the same. adalah sama. With one adjacent proton in the Dengan satu proton berdekatan di spin state and the other in the spin negara dan yang lainnya di spin state, the effect of the B n field becomes zero, and the center line of the triplet is the position of the chemical shift. keadaan spin, efek medan n B menjadi nol, dan garis tengah triplet adalah posisi pergeseran kimia. The two H X protons split the H A signal into a triplet and the H A proton splits the two H X protons into a doublet. Kedua H X proton memisahkan H Sebuah sinyal menjadi triplet dan H proton A membagi dua H proton X ke sebuah doublet. The overall splitting pattern consisting of a triplet and a doublet is called an A X 2 pattern. Pola pemisahan keseluruhan terdiri dari triplet dan doublet ini disebut A X 2 pola.

Three chemical shift equivalent vicinal protons H X split the absorption of H A into a quartet with intensity pattern 1:3:3:1 as shown in Figure 10. Tiga pergeseran kimia proton berdamping setara H X split penyerapan H A menjadi sebuah kuartet dengan pola intensitas 1:3:3:1 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10. The chemical shift is the center of the quartet. Pergeseran kimia adalah pusat kuartet. The three H X protons split the H A signal into a quartet and the H A proton splits the signal for the three H X protons into a doublet. Ketiga H X proton memisahkan sinyal H A ke kuartet dan H proton A membagi sinyal untuk tiga proton H X ke sebuah doublet. The overall splitting pattern consisting of a quartet and a doublet is called an A X 3 pattern. Pola pemisahan keseluruhan terdiri dari kuartet dan doublet ini disebut A X 3 pola.

The spacing between the lines of a doublet, triplet or quartet is called the coupling constant. Jarak antara garis-garis dari sebuah triplet, doublet atau kuartet disebut kopling konstan. It is given the symbol J and is measured in units of Hertz (cycles per second). Hal ini diberi simbol J dan diukur dalam satuan Hertz (siklus per detik). The magnitude of the coupling constant can be calculated by multiplying the separation of the lines in Besarnya konstanta kopling dapat

dihitung dengan mengalikan pemisahan baris di units (ppm) by the resonance frequency of the spectrometer in megaHertz. unit (ppm) dengan frekuensi resonansi dari spektrometer dalam megahertz.

J Hz = J Hz = ppm x ppm x MHz (typically 300, 400, or 500 MHz) MHz (biasanya 300, 400, atau 500 MHz)

In general, N neighboring protons with the same coupling constant J will split the absorbance of a proton or set of equivalent protons into N+1 lines. Secara umum, N proton tetangga dengan kopling sama J konstan akan membagi absorbansi proton atau set proton sama ke N +1 baris. Note that the splitting pattern observed for a particular proton or set of equivalent protons is not due to anything inherent to that nucleus but due to the influence of the neighboring protons. Perhatikan bahwa pola membelah diamati untuk proton tertentu atau kumpulan proton setara bukan karena apa-apa yang melekat pada inti itu, tetapi karena pengaruh dari proton tetangga. The relative intensity ratios are given by Pascal's triangle as shown in Figure 18. Rasio intensitas relatif yang diberikan oleh segitiga Pascal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18.

Because of the mechanism of J coupling, the magnitude is field independent: coupling constants in Hertz will be the same whether the spectrum is measured at 300 MHz or 500 MHz. Karena mekanisme kopling J, besarnya adalah bidang independen: kopling konstanta dalam Hertz akan sama apakah spektrum diukur pada 300 MHz atau 500 MHz. Coupling constants range in magnitude from 0 to 20 Hz. konstanta Coupling besarnya berkisar 0-20 Hz. Observable coupling will generally occur between hydrogen nuclei that are separated by no more than three sigma bonds. kopling diamati umumnya akan terjadi antara inti hidrogen yang dipisahkan oleh tidak lebih dari tiga ikatan sigma.

HCH, two sigma bonds or geminal coupling HCH, obligasi sigma dua atau coupling geminal

HCCH, three sigma bonds or vicinal coupling HCCH, obligasi sigma tiga atau coupling berdamping

Coupling is never observed between chemical shift equivalent nuclei, be it from symmetry or by accident, not because the B n field disappears but because spin transitions that would reveal the coupling are forbidden by symmetry. Coupling tidak pernah diamati antara setara pergeseran inti kimia, baik dari simetri atau kecelakaan, bukan karena bidang n B menghilang tetapi karena spin transisi yang akan mengungkapkan kopling dilarang oleh simetri. The role of symmetry in forbidding spectral transitions is of general importance in spectroscopy but is beyond the scope of this discussion. Peran simetri dalam melarang transisi spektral adalah penting umum dalam spektroskopi tetapi di luar cakupan diskusi ini. The magnitude of the coupling constant also provides structural information; for example, trans-alkenes show larger vicinal coupling than cis-alkenes. Besarnya konstanta kopling juga menyediakan informasi struktural, misalnya, trans-alkena menunjukkan kopling berdamping lebih besar dari cis-alkena. Sometimes, coupling is not observed between protons on heteroatoms such as the OH proton of an alcohol and adjacent protons on carbon. Kadang-kadang, kopling tidak diamati antara proton pada heteroatom seperti proton OH dari alkohol dan proton yang berdekatan pada karbon. In this case the absence of coupling results from rapid exchange of the OH protons via an acid base mechanism; because of rapid exchange the identity of the spin state, Dalam hal ini tidak adanya hasil kopling dari pertukaran cepat dari proton OH melalui mekanisme asam basa; karena pertukaran cepat identitas keadaan spin, or atau , of the acidic proton is lost. , Dari proton asam hilang. Examples of coupling constants J are shown in Figure 12. Contoh konstanta kopling J ditunjukkan pada Gambar 12.

The example of geminal coupling of protons on a saturated carbon requires a structure in which the protons have different chemical shifts. Contoh geminal kopling proton pada karbon jenuh membutuhkan struktur di mana proton telah bergeser kimia yang berbeda. This commonly occurs in a chiral molecule with a tetrahedral stereocenter adjacent to the methylene group as shown in the following compounds with stereocenters labeled with an asterisk. Hal ini biasanya terjadi dalam molekul kiral dengan stereocenter tetrahedral berdekatan dengan kelompok metilen seperti yang ditunjukkan dalam senyawa berikut dengan stereocenters label dengan tanda bintang. The geminal protons are labeled H A and H B rather than H A and H X because they have similar chemical shifts (A and B are close in the alphabet). Proton geminal diberi label H A dan H B daripada H A dan H X karena mereka telah bergeser kimia yang mirip (A dan B dekat dalam alfabet). Coupling between the geminal protons is independent of optical activity and rotation about single bonds. Coupling antara proton geminal adalah independen dari aktivitas optik dan rotasi ikatan tunggal. The hydrogens H A and H B are said to be diastereotopic hydrogens because if alternately each one is replaced with a deuterium atom, the resulting two structures are diastereomers (stereoisomers that aren't mirror images). Hidrogen H H A dan B dikatakan hidrogen diastereotopic karena jika bergantian masing-masing diganti dengan sebuah atom deuterium, kedua dihasilkan struktur yang diastereomers (stereoisomer yang tidak bayangan cermin).

Now let's examine the 1 H NMR spectrum of methyl propanoate (methyl propionate). Sekarang mari kita memeriksa spektrum 1 H NMR propanoat metil (metil propionat). Notice that hydrogen

atoms of the methyl group bonded to oxygen appear as a singlet at Perhatikan bahwa hidrogen atom dari kelompok metil terikat pada oksigen muncul sebagai singlet di 3.6 ppm. 3.6 ppm. They are chemical shift equivalent and hence, do not couple with each other. Mereka adalah setara pergeseran kimia dan karenanya, tidak pasangan satu sama lain. The chemical shift results from the deshielding effect of the strongly electronegative oxygen atom. Hasil pergeseran kimia dari efek deshielding dari atom oksigen sangat elektronegatif. The resonance for the methylene protons appear as a quartet at Resonansi untuk proton metilena muncul sebagai kuartet di 2.3 ppm. 2.3 ppm. The splitting is caused by the three chemical shift equivalent protons on the adjacent methyl group. pemisahan ini disebabkan oleh tiga proton pergeseran kimia setara pada kelompok metil berdekatan. The methylene protons do not split each other since they are also chemical shift equivalent. Proton methylene tidak terpecah satu sama lain karena mereka juga setara pergeseran kimia. The methyl protons appear at Proton metil muncul pada 1.1 ppm and are split into a triplet by the adjacent methylene protons. 1.1 ppm dan dibagi menjadi triplet oleh proton metilen yang berdekatan. The coupling constant for the methyl triplet and the methylene quartet is 7 Hz. Kopling konstan untuk metil triplet dan kuartet metilena adalah 7 Hz. The overall splitting pattern consisting of a three-proton triplet and a two-proton quartet is called an A 3 X 2 pattern. Pola pemisahan keseluruhan terdiri dari tiga triplet-proton-proton dan dua kuartet disebut A 3 X 2 pola.

Spin-spin pemecahan dan kopling

Coupling in 13 C NMR spectra Coupling di 13 C NMR

Because the 13 C isotope is present at only 1.1% natural abundance, the probability of finding two adjacent 13 C carbons in the same molecule of a compound is very low. Karena isotop 13 C hadir

pada hanya 1,1% kelimpahan alam, probabilitas untuk menemukan dua yang berdekatan 13 karbon C pada molekul yang sama suatu senyawa sangat rendah. As a result spin-spin splitting between adjacent non-equivalent carbons is not observed. Sebagai hasil pemisahan spin-spin antara karbon non-setara berdekatan tidak diamati. However, splitting of the carbon signal by directly bonded protons is observed, and the coupling constants are large, ranging from 125 to 250 Hz. Namun, pemisahan sinyal karbon oleh proton langsung berikat yang diamati, dan konstanta kopling yang besar, mulai 125-250 Hz. Methyl groups appear as quartets, methylenes as triplets, methines as doublets, and unprotonated carbons as singlets. Metil kelompok muncul sebagai kuartet, methylenes sebagai triplet, methines sebagai doublet, dan karbon unprotonated sebagai singlet. Commonly, splitting of the signal by protons is eliminated by a decoupling technique which involves simultaneous irradiation of the proton resonances at 300 MHz while observing the carbon resonances at 75 MHz. Umumnya, pemisahan sinyal dengan proton dihilangkan dengan teknik decoupling yang melibatkan iradiasi simultan dari resonansi proton pada 300 MHz sambil mengamati resonansi karbon di 75 MHz. The decoupling is accomplished with a second broad band, continuous, oscillating magnetic field B 2 (as opposed to the pulsed B 1

field), and the decoupling is continued during data collection. decoupling ini dicapai dengan pita lebar kedua, terus menerus, osilasi medan magnet B 2 (sebagai lawan dari 1 field B berdenyut), dan decoupling dilanjutkan selama pengumpulan data. The B 2 field causes rapid proton spin transitions such that the 13 C nuclei lose track of the spin states of the protons. Bidang 2 B menyebabkan transisi proton berputar cepat seperti bahwa 13 C inti kehilangan jejak negara-negara spin dari proton. Figure 26 shows a proton decoupled 13 C spectrum of ethyl acetate. Gambar 26 menunjukkan proton decoupled 13 spektrum C etil asetat. The purpose of proton decoupling is to eliminate overlapping signal patterns and to increase the signal to noise ratio. Tujuan dari decoupling proton adalah untuk menghilangkan sinyal pola tumpang tindih dan untuk meningkatkan sinyal terhadap noise. Decoupling of the protons increases the signal to noise ratio by causing the collapse of quartets, triplets, and doublets to singlets and by causing a favorable increase in the number of carbons in the Decoupling dari proton meningkatkan rasio sinyal terhadap noise dengan menyebabkan runtuhnya kuartet, triplet, dan doublet untuk singlet dan dengan menyebabkan peningkatan yang menguntungkan dalam jumlah karbon di -spin state relative to the Spin-negara relatif terhadap -spin state. -Keadaan spin. The latter effect is called the Nuclear Overhauser Effect (NOE); how it causes this change in spin state populations will not be discussed here. Efek yang terakhir ini disebut Nuklir Overhauser Efek (NOE), bagaimana hal itu menyebabkan perubahan pada populasi keadaan spin tidak akan dibahas di sini.

Integrasi 1 H NMR

The area under each pattern is obtained from integration of the signal (or better the function that defines the signal) and is proportional to the number of hydrogen nuclei whose resonance is giving rise to the pattern. Daerah di bawah masing-masing pola diperoleh dari integrasi sinyal (atau lebih fungsi yang mendefinisikan sinyal) dan sebanding dengan jumlah nuklei hidrogen yang resonansi adalah menimbulkan pola. The integration is sometimes shown as a step function on top of the peak with the height of the step function proportional to the area. Integrasi ini kadang-kadang ditampilkan sebagai fungsi langkah di atas puncak dengan ketinggian fungsi langkah proporsional ke daerah tersebut. The integration of the patterns at Integrasi pola di 1.1, 2.4, and 3.7 ppm for methyl propanoate is approximately 3:2:3 (see figure 22 ). 1.1, 2.4, dan 3,7 ppm untuk metil propanoat adalah sekitar 03:02:03 (lihat gambar 22 ). Note, the error in integration can be as high as 10% and depends upon instrument optimization. Catatan, kesalahan dalam integrasi dapat setinggi 10% dan tergantung pada optimasi instrumen. The integration of an 1 H NMR spectrum gives a measure of the proton count adjusted for the molecular symmetry. Integrasi yang H spektrum NMR 1 memberikan ukuran jumlah proton disesuaikan dengan simetri molekul. Methyl propanoate has no relevant molecular symmetry and so, the integration gives the actual proton count: 3+2+3=8 protons. propanoat Metil tidak memiliki simetri molekul yang relevan dan begitu, integrasi memberikan jumlah proton yang sebenarnya: 3 +2 +3 = 8 proton. In contrast diethyl ether (Et-OEt) has a plane of symmetry which makes the two ethyl groups equivalent, and so, only two signal are observed, a triplet and a quartet, with integration 3:2. Dalam Sebaliknya dietil eter (Et-Oet) memiliki bidang simetri yang membuat dua kelompok etil setara, dan begitu, hanya dua sinyal yang diamati, sebuah triplet dan kuartet, dengan integrasi 03:02.

The areas represented by the integration step function is usually integrated by the instrument and displayed as numerical values under the Daerah diwakili oleh fungsi langkah integrasi biasanya terintegrasi dengan instrumen dan ditampilkan sebagai nilai numerik di bawah scale. skala. For instance, the normalized integration values for 2-butanone are shown in Figure 27. Sebagai contoh, nilai-nilai integrasi normalisasi untuk 2-Butanon diperlihatkan pada Gambar 27. Note that these values are not exact integers and need to be rounded to the nearest integer to obtain the

proper value. Perhatikan bahwa nilai-nilai ini tidak bilangan bulat yang tepat dan perlu dibulatkan ke integer terdekat untuk mendapatkan nilai yang tepat.

next section: Integration of NMR spectra, 13 C next section: Integrasi spektra NMR, 13 C

© University of Colorado, Boulder, Chemistry and Biochemistry Department, 2010

Integrasi 13 Spectra NMR C

In a 1 H NMR spectrum, the area under the signals is proportional to the number of hydrogens giving rise to the signal. Dalam spektrum H NMR 1, daerah di bawah sinyal sebanding dengan jumlah hidrogen menimbulkan sinyal. As a result the integration of the spectrum is a measure of the proton count. Akibatnya integrasi spektrum adalah ukuran dari jumlah proton. In a 13 C NMR spectrum the area under the signal is not simply proportional to the number of carbons giving rise to the signal because the NOE from proton decoupling is not equal for all the carbons. Dalam spektrum NMR C 13 daerah di bawah sinyal tidak hanya sebanding dengan jumlah karbon sehingga menimbulkan sinyal karena NOE dari proton decoupling tidak sama untuk semua karbon. In particular, unprotonated carbons receive very little NOE, and their signals are always weak, only about 10% as strong as signals from protonated carbons. Secara khusus, karbon unprotonated menerima NOE sangat sedikit, dan sinyal mereka selalu lemah, hanya sekitar 10% sekuat sinyal dari karbon terprotonasi.

Because the resolution in 13 C NMR is excellent, the number of peaks in the spectrum is a measure of the carbon count adjusted for the symmetry of the molecule. Karena resolusi di 13 C NMR sangat baik, jumlah puncak dalam spektrum adalah ukuran dari jumlah karbon disesuaikan dengan simetri dari molekul. For example, hexane gives three peaks: the two methyls are equivalent as are two sets of methylenes. Sebagai contoh, heksana memberikan tiga puncak: dua

gugus metil adalah sama seperti juga dua set methylenes. Several examples are analyzed as follows; the chemical shifts shown are not the observed values but calculated values from empirical rules: Beberapa contoh dianalisis sebagai berikut; kimia bergeser bukan merupakan nilai yang diamati tapi dihitung nilai dari aturan empiris:

Hexane shows three peaks, two methyls and two sets of methylenes. Heksana menunjukkan tiga puncak, dua gugus metil dan dua set methylenes.

Acetone shows two peaks, one for the methyls and one for the carbonyl carbon. Aseton menunjukkan dua puncak, satu untuk gugus metil dan satu untuk karbon karbonil.

Ethyl benzoate shows 7 peaks; the benzene ring shows only 4 peaks because of two sets of equivalent carbons. benzoat Etil menunjukkan 7 puncak, cincin benzena hanya menunjukkan 4 puncak karena dua set karbon setara.

Ethyl 3-chlorobenzoate, however, shows 9 peaks, a separate signal for each carbon because it has no symmetry. Ethyl 3-chlorobenzoate, bagaimanapun, menunjukkan 9 puncak, sinyal terpisah untuk setiap karbon karena memiliki simetri tidak.

Cis-1,2-dimethylcyclohexane shows 4 peaks; because of rapid chair-chair interconversion, we can analyze the NMR spectrum in terms of a flat structure; hence, the methyls are equivalent, as are the methines, and there are two sets of equivalent methylenes. Cis-1 ,2-dimethylcyclohexane menunjukkan 4 puncak; karena interkonversi kursi-kursi yang cepat, kita dapat menganalisis spektrum NMR dalam hal struktur datar, dengan itu, gugus metil yang setara, seperti juga methines, dan ada dua set methylenes setara.

Pelarut untuk spektroskopi NMR

A common solvent for dissolving compounds for 1 H and 13 C NMR spectroscopy is deuteriochloroform, DCCl 3 . Sebuah pelarut umum untuk senyawa melarutkan untuk 1 H dan 13 C NMR spektroskopi adalah deuteriochloroform, DCCl 3. In 1 H NMR spectra, the impurity of HCCl 3 in DCCl 3 gives a small signal at 7.2 ppm (see spectrum of methyl propanoate). Dalam 1 spektrum NMR H, ketidakmurnian dari HCCl 3 di DCCl 3 memberikan sinyal kecil sebesar 7,2 ppm (lihat spektrum propanoat metil). In 13 C spectroscopy 1.1% of the deuteriochloroform has a 13 C isotope and it is bonded to a deuterium atom. Dalam 13 spektroskopi C 1,1% dari deuteriochloroform memiliki isotop C 13 dan itu adalah terikat pada atom deuterium. The nucleus of the deuterium atom, the deuteron, has a more complicated nuclear spin than does the proton, and it has a gyromagnetic ratio ( Inti atom deuterium, deuteron, memiliki spin nuklir lebih rumit daripada proton, dan memiliki rasio gyromagnetic ( ) 1/6 as large. ) 1 / 6 sebagai besar. This more complicated nuclear spin gives rise to three spin states instead of the two spin states for the proton, and the deuteron undergoes resonance at a different frequency than either the proton or 13 C nucleus. Spin nuklir ini lebih rumit menimbulkan ke tiga negara spin bukan dari dua negara putar untuk proton, dan deuteron yang mengalami resonansi pada frekuensi yang berbeda dari baik proton atau 13 inti C. These spin states are approximately all equally populated. Negara-negara spin sekitar semua sama penduduknya. Because the spin-spin coupling between the 13 C and the deuterium is not eliminated during proton decoupling, the DCCl 3 shows three equal peaks of low to moderate intensity at about 77 ppm (see Figure 13). Karena spin-spin coupling antara 13 C dan deuterium tidak dihilangkan selama decoupling proton, yang DCCl 3 menunjukkan tiga puncak sama rendah sampai intensitas sedang sekitar 77 ppm (lihat Gambar 13). The separation is the carbon-deuterium coupling constant JCD. Pemisahan adalah kopling karbon-deuterium JCD konstan. The intensity is low to moderate because the 13 C receives no Nuclear Overhauser Enhancement from the proton decoupling. Intensitas rendah sampai sedang karena tidak menerima C 13 Overhauser Nuklir Peningkatan dari decoupling proton.

Referensi bagian untuk tutorial NMR

Planck's constant, h. Konstanta Planck, h.

h = 6.62 x 10 -27 erg/(Hz-molecule) x 2.39 x 10 -8 cal/erg x 6.02 x 10 23 molecules/mole h = 6,62 x 10 -27 erg / (Hz-molekul) x 2,39 x 10 -8 kal / erg x 6,02 x 10 23 molekul / mol = 9.52 x 10 -11 cal/Hz-mole = 9.52 x 10 -11 kal / Hz-mol

Boltzmann constant, K B , and Boltzmann equation. konstanta Boltzmann, K B, dan persamaan Boltzmann.

Summary of magnetic fields and frequencies. Ringkasan medan magnet dan frekuensi. (B o , B e , (B o, e B, , etc.; see Chemical Shift for more information.) , Dll, lihat kimia Shift untuk informasi lebih lanjut).

Summary of the approximate 13 C chemical shifts versus 1 H chemical shifts as a function of structure. Ringkasan dari perkiraan pergeseran kimia 13 C versus 1 shift H kimia sebagai fungsi struktur. (See Chemical shift, Carbon for more information.) (Lihat Chemical shift, Karbon untuk informasi lebih lanjut.)

Summary of deshielding groups. Ringkasan kelompok deshielding. (See Chemical Shift, Proton for more information.) (Lihat Chemical Shift, Proton untuk informasi lebih lanjut.)

Facts about chemical shifts and coupling constants. Fakta tentang perubahan kimia dan konstanta kopling. (See Coupling, Proton for more information.) (Lihat Coupling, Proton untuk informasi lebih lanjut.)

Approximate proton chemical shifts . kimia proton Perkiraan shift. (Figure 8.) (Gambar 8.)

Pascal's Triangle. (Figure 19.) Pascal's Triangle). (Gambar 19.

Angka yang digunakan dalam NMR tutorial

number nomor

section bagian

caption keterangan

Fig. Spin States Graphical relationship between field B o and frequency Grafik hubungan antara B o

Gambar. 1 1

Amerika Spin

lapangan dan frekuensi . .

Fig. Gambar.

2 2

Spin States Amerika Spin

Creation of the B e field by the circulation of electrons in response to the B o field. Penciptaan lapangan e B oleh sirkulasi elektron dalam menanggapi bidang o B. B e opposes B o at the nucleus. menentang e B o B pada inti.

Fig. Gambar.

3 3

Chemical Shift Kimia Shift

Tetramethylsilane (TMS). Tetramethylsilane (TMS).

Fig. Gambar.

4 4

Chemical Shift Kimia Shift

NMR chart papers for 1 H and 13 C NMR. NMR bagan kertas untuk 1 H dan 13 C NMR.

Fig. Gambar.

5 5

Chemical Shift Kimia Shift

The 1 H NMR spectrum of methyl acetate. The 1 H NMR spektrum metil asetat.

Fig. Gambar.

6 6

Chemical Shifts (Proton) Pergeseran Kimia (Proton)

The effect of electronegative elements on chemical shift. Pengaruh elemen elektronegatif pada pergeseran kimia.

Fig. Gambar.

7 7

Chemical Shifts (Proton) Pergeseran Kimia (Proton)

Components of the B e field produced by the circulation of Komponen bidang e B dihasilkan oleh sirkulasi -electrons in alkenes, aromatics, and alkynes as a function of orientation relative to the applied field B o . -Elektron dalam alkena, aromatik, dan alkynes sebagai fungsi orientasi relatif terhadap bidang B o diterapkan. The major anisotropic contribution to the total B e field from circulation of Kontribusi anisotropik besar kepada bidang e B total dari peredaran -electrons adds to (alkene or aromatic) or subtracts from B o (alkyne). -Elektron menambah (alkena atau aromatik) atau mengurangi dari B o (alkuna).

Fig. Gambar.

8 8

Chemical Shifts (Proton) Pergeseran Kimia (Proton)

Approximate proton chemical shifts. kimia proton Perkiraan shift.

Fig. Gambar.

9 9

Chemical Shifts (Carbon) Pergeseran Kimia (Carbon)

Comparison of carbon chemical shifts and proton chemical shifts calculated using empirical rules and ChemDraw software. Perbandingan pergeseran kimia karbon dan pergeseran kimia proton dihitung menggunakan aturan empiris dan ChemDraw perangkat lunak.

Fig. Gambar.

10 10

Chemical Shifts (Carbon) Pergeseran Kimia (Carbon)

1 H and 13 C NMR spectra of 1-bromobutane. 1 H dan 13 C NMR 1-bromobutane.

Fig. Gambar.

11 11

Chemical Shifts (Carbon) Pergeseran Kimia (Carbon)

Carbon shift values for t-butyl benzene. Karbon pergeseran nilai untuk benzena t-butil.

Fig. Gambar.

12 12

Energy absorbtion Penyerapan energi

Precessing spin vectors. Precessing spin vektor.

Fig. Gambar.

13 13

Energy absorbtion Penyerapan energi

The 6 NMR-equivalent protons of acetone. 6 NMR-setara proton aseton.

Fig. Gambar.

14 14

Energy absorbtion Penyerapan energi

Vector diagram illustrating the NMR experiment. Vektor diagram menggambarkan eksperimen NMR.

Fig. Gambar.

15 15

Energy absorbtion Penyerapan energi

1 H frequency and time domain spectra of 1-methoxy-2-propanone in CDCl 3 . 1 H frekuensi dan waktu spektrum domain 1-metoksi-2-propanon di CDCl 3.

Fig. Coupling Splitting of an NMR signal into a doublet as a result of the B n field produced by a

Gambar. 16 16

(proton) Coupling (proton)

single vicinal proton. Pemisahan sinyal NMR ke doublet sebagai akibat dari bidang n B yang dihasilkan oleh proton berdamping tunggal.

Fig. Gambar.

17 17

Coupling (proton) Coupling (proton)

Splitting of an NMR signal into a triplet as a result of the B n field produced by two vicinal protons. Pemisahan sinyal NMR menjadi sebuah triplet sebagai akibat dari bidang n B yang diproduksi oleh dua proton berdamping.

Fig. Gambar.

18 18

Coupling (proton) Coupling (proton)

Splitting of an NMR signal into a quartet as a result of the B n field produced by three vicinal protons. Pemisahan sinyal NMR menjadi kuartet sebagai akibat dari bidang n B yang diproduksi oleh tiga proton berdamping.

Fig. Gambar.

19 19

Coupling (proton) Coupling (proton)

Pascal's Triangle. Pascal's Triangle.

Fig. Gambar.

20 20

Coupling (proton) Coupling (proton)

Examples of proton-proton coupling constants (J) as a function of structure. Contoh konstanta kopling proton-proton (J) sebagai fungsi dari struktur.

Fig. Gambar.

21 21

Coupling (proton) Coupling (proton)

Examples of diastereotopic hydrogens. Contoh hidrogen diastereotopic.

Fig. Gambar.

22 22

Coupling (proton) Coupling (proton)

1 H NMR spectrum of methyl propanoate. 1 H NMR spektrum propanoat metil.

Fig. Gambar.

23 23

Complex splitting Kompleks membelah

1 H NMR spectrum of phenyloxirane showing the AMX pattern of three doublets of doublets. 1 H NMR spektrum phenyloxirane menunjukkan pola AMX tiga doublet dari doublet.

Fig. Gambar.

24 24

Complex splitting Kompleks

Second order intensity perturbation. Kedua rangka intensitas gangguan.

membelah

Fig. Gambar.

25 25

Complex splitting Kompleks membelah

1 H NMR spectrum of 2-butanone showing tilted patterns of coupled protons. 1 H NMR spektrum 2-Butanon menunjukkan pola dimiringkan proton digabungkan.

Fig. Gambar.

26 26

Coupling (carbon) Coupling (karbon)

Proton decoupled 13 C spectrum of ethyl acetate in CDCl 3 . Proton decoupled 13 spektrum C etil asetat di CDCl 3.

Fig. Gambar.

27 27

Integration (proton) Integrasi (proton)

Integration values for the 1 H NMR spectrum of 2-butanone. Integrasi nilai untuk H spektrum NMR 1 dari 2-Butanon.

Persamaan yang digunakan dalam tutorial NMR

(see below for some sample calculations) (Lihat di bawah untuk beberapa perhitungan sampel)

where: dimana:

E is the energy difference between spin states E adalah perbedaan energi antara negara-negara spin

h is Planck's constant h adalah konstanta Planck

is the frequency of the B 1 field adalah frekuensi dari medan 1 B

B e is a small magnetic field generated by the circulation of electrons of the molecule (see below) e B adalah medan magnet kecil yang dihasilkan oleh sirkulasi elektron dari molekul (lihat di bawah)

B o is the strength of the external homogeneous magnetic field o B adalah kekuatan medan magnet homogen eksternal

(gyromagnetic ratio) is a constant which is a property of the particular nucleus (Rasio gyromagnetic) adalah sebuah konstanta yang merupakan milik inti tertentu

(Discussed in Spin states ) (Dibahas di negara Spin )

(obtained by dividing eq 1 by h) (Diperoleh dengan membagi eq 1 oleh h)

(Discussed in Spin states ) (Dibahas di negara Spin )

( ( - - TMS ) is the frequency difference between the resonance of the signal of interest and the resonance of TMS. TMS) adalah perbedaan antara frekuensi resonansi dari sinyal dari bunga dan resonansi TMS. Note that ( Perhatikan bahwa ( - - TMS ) will always be in units of Hz (from 1 Hz to a few thousand Hz). TMS) akan selalu dalam satuan Hz (dari 1 Hz sampai beberapa ribu Hz).

is the center frequency of the B 1 field in megahertz (MHz). adalah frekuensi pusat dari lapangan 1 B dalam megahertz (MHz).

o If B o = 7.05 T, Jika o B = 7.05 T, = 300 MHz for 1 H nuclei or 75 Mz for 13 C nuclei. = 300 MHz untuk 1 inti H atau 75 Mz untuk 13 inti C.

o If B o = 11.75 T, Jika 11,75 = o T B, = 500 MHz for 1 H nuclei or 125 Mz for 13 C nuclei. = 500 MHz untuk 1 inti H atau 125 Mz untuk 13 inti C.

(Discussed in Chemical shift ) (Dibahas di shift Kimia )

Sample Calculations Contoh Perhitungan

Link

NMR Spectroscopy by W. Reusch at Michigan State University. Spektroskopi NMR oleh Reusch W. di Michigan State University. An excellent NMR tutorial for organic chemistry undergraduate student. Sebuah NMR sangat baik tutorial untuk mahasiswa sarjana kimia organik.

NMR Animations: about halfway down the Molecular Expressions (Electricity and Magnetism) page are several animations, including the Magnetic field lines, the AB Spectrum, the ABX spectrum, Dipolar powder patterns, Spin populations, Lorentzian lineshapes, Quadrupolar powder pattern, and Structure detrmination using NMR. NMR Animasi: sekitar setengah bawah Ekspresi Molekuler (Listrik dan Magnet) halaman adalah beberapa animasi, termasuk garis-garis medan magnetik, Spectrum AB, spektrum ABX, pola bubuk dipole, populasi Spin, lineshapes Lorentzian, bubuk pola Quadrupolar, dan detrmination Struktur menggunakan NMR.

The Basics of NMR by J. Hornak. Dasar-dasar dari NMR oleh Hornak J.. An excellent tutorial. Tutorial yang sangat baik.

Also: see listings on this site . Juga: lihat daftar di situs ini .

( back to main NMR page ) ( kembali ke halaman NMR utama )

© University of Colorado, Boulder, Chemistry and Biochemistry Department, 2010 © University of Colorado, Boulder Kimia dan Departemen Biokimia, 2010