Resonansi magnet inti

Spektrometer resonansi magnet inti Bruker 400 MHz

Resonansi magnet inti (RMI) adalah sebuah fenomena fisika yang ditunjukkan oleh nukleus (inti) yang berada dalam sebuah medan magnet menyerap dan memancarkan kembali radiasi elektromagnetik. Energi ini berada di frekuensi resonansi tertentu, yang bergantung pada kekuatan medan magnet dan sifat kemagnetan dari isotop atom tersebut. Dalam penerapan praktiknya, frekuensi tersebut serupa dengan frekuensi siaran televisi VHF dan UHF (60-1000 MHz). RMI memungkinkan dilakukannya penelitian terhadap kandungan magnetik mekanika kuantum khusus dari sebuah inti atom.

Semua isotop yang mengandung proton dan/atau neutron ganjil (lihat Isotop) memiliki momen magnetik dan momentum sudut intrinsik, dengan kata lain sebuah spin tidak nol, ketika semua nuklida dengan angka genap pada keduanya memiliki total spin nol. Inti yang paling sering dipelajari adalah ¹H dan ¹³C, walaupun inti dari banyak unsur lainnya (misal ²H, ⁶Li, ¹⁰B, ¹¹B, ¹⁴N, ¹⁵N, ¹⁷O, ¹⁹F, ²³Na, ²⁹Si, ³¹P, ³⁵Cl, ¹¹³Cd, ¹²⁹Xe, ¹⁹⁵Pt) telah dipelajari pula pada spektroskopi NMR medan-tinggi.

Banyak teknik-teknik ilmiah memanfaatkan fenomena RMI untuk mempelajari fisika molekular, kristal, dan material non-kristal melalui spektroskopi resonansi magnet inti. RMI juga biasa digunakan dalam teknik pencitraan dalam dunia kesehatan, misalnya dalam MRI (Pencitraan resonansi magnetik).

Sejarah

Peralatan RMI di US National Bureau of Standards (sekarang Institut Nasional Standar dan Teknologi), Arlington, VA pada tahun 1957.

Resonansi magnet inti pertama kali dijelaskan dan diukur pada berkas molekul oleh Isidor Isaac Rabi pada tahun 1938, dengan melanjutkan penelitian Stern–Gerlach, dan pada tahun 1944, Rabi dianugerahi Penghargaan Nobel bidang Fisika atas karyanya. Pada tahun 1946, Felix Bloch dan Edward Mills Purcell memperluas teknik ini untuk digunakan pada cairan dan padatan, yang karenanya mereka meraih Penghargaan Nobel bidang Fisika pada tahun 1952.

Russell H. Varian mengarsipkan U.S. Patent 2.561.490 "Metode dan pengertian terhadap korelasi sifat inti terhadap atom dan medan magnetik", pada 24 Juli 1951. Varian Associates mengembangkan perangkat NMR pertama yang disebut NMR HR-30 pada tahun 1952.

Rabi, Bloch, dan Purcell mengamati bahwa inti magnetik, seperti ¹H dan ³¹P, dapat menyerap energi RF ketika ditempatkan pada sebuah medan magnet dan RF adalah frekuensi spesifik terhadap identitas inti tersebut. Ketika penyerapan terjadi, inti dideskripsikan berada dalam resonansi. Inti atom yang berbeda di dalam sebuah molekul akan beresonansi pada frekuensi (radio) yang berbeda pada kekuatan medan magnet yang sama. Observasi frekuensi resonansi magnet tersebut pada inti yang berada pada molekul memberikan pengguna berpengalaman untuk menemukan bahan kimia penting dan informasi struktural tentang molekul.

Perkembangan NMR sebagai suatu teknik dalam kimia analitik dan biokimia sejajar dengan majunya perkembangan teknologi elektromagnetik dan elektronik serta diperkenalkannya hal tersebut pada penggunaan sipil.

Spektroskopi RMI

Spektroskopi RMI adalah salah satu teknik utama yang digunakan untuk memperoleh informasi fisik, kimia, elektronik dan struktural tentang molekul baik akibat pergeseran kimia, efek Zeeman, atau efek pergeseran Knight, atau kombinasi keduanya, pada frekuensi resonansi inti yang terdapat dalam sampel. Spektroskopi RMI adalah teknik yang kuat yang dapat memberikan informasi rinci tentang topologi, dinamika dan struktur molekul tiga-dimensi dalam bentuk larutan dan padat. Dengan demikian, informasi struktural dan dinamika dapat diperoleh (dengan atau tanpa "magic angle" spinning (MAS)) dari studi RMI pada inti kuadrupolar (yaitu, inti dengan spin S > 12) walau dalam kehadiran interaksi pelebaran "dipol-dipol" magnetik (atau sederhananya, pelebaran dwipolar) yang selalu jauh lebih kecil daripada kekuatan interaksi kuadrupolar karena merupakan efek magnet vs interaksi listrik.

Informasi struktural dan kimia tambahan dapat diperoleh dengan melakukan eksperimen RMI kuantum-ganda untuk inti kuadrupolar seperti ²H. Dan juga, resonansi magnet inti adalah salah satu teknik yang telah digunakan untuk merancang automata kuantum, dan juga membangun komputer kuantum dasar.

Bacaan lanjutan

• John D. Roberts (1959). Nuclear Magnetic Resonance : applications to organic chemistry. McGraw-Hill Book Company. ISBN 9781258811662. 
• J.A.Pople; W.G.Schneider; H.J.Bernstein (1959). High-resolution Nuclear Magnetic Resonance. McGraw-Hill Book Company. 
• A. Abragam (1961). The Principles of Nuclear Magnetism. Clarendon Press. ISBN 9780198520146. 
• Charles P. Slichter (1963). Principles of magnetic resonance: with examples from solid state physics. Harper & Row. ISBN 9783540084761. 
• John Emsley; James Feeney; Leslie Howard Sutcliffe (1965). High Resolution Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. Pergamon. ISBN 9781483184081. 
• David M. Grant; Robin Kingsley Harris (2002). Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance: Advances in NMR. John Wiley. ISBN 9780471490821. 
• Gary E. Martin; A. S. Zektzer (1988). Two-Dimensional NMR Methods for Establishing Molecular Connectivity. New York: Wiley-VCH. hlm. 59. ISBN 0-471-18707-0. 
• J.W. Akitt; B.E. Mann (2000). NMR and Chemistry. Cheltenham, UK: Stanley Thornes. hlm. 273, 287. ISBN 0-7487-4344-8. 
• G.M. Clore; A.M. Gronenborn (1991). "Structures of larger proteins in solution: three- and four-dimensional heteronuclear NMR spectroscopy". Science. 252 (5011): 1390–1399. doi:10.1126/science.2047852. PMID 2047852. 
• J.P. Hornak. "The Basics of NMR". Diakses tanggal 23 Februari 2009. 
• J. Keeler (2005). Understanding NMR Spectroscopy. John Wiley & Sons. ISBN 0-470-01786-4. 
• Kurt Wüthrich (1986). NMR of Proteins and Nucleic Acids. New York (NY), USA: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-11917-2. 
• J.M Tyszka; S.E Fraser; R.E Jacobs (2005). "Magnetic resonance microscopy: recent advances and applications". Current Opinion in Biotechnology. 16 (1): 93–99. doi:10.1016/j.copbio.2004.11.004. PMID 15722021. 
• R.L Haner; P.A. Keifer (2009). Encyclopedia of Magnetic Resonance. John Wiley. doi:10.1002/9780470034590.emrstm1085. 

Pranala luar

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Resonansi magnet inti.

Tutorial

• NMR/MRI tutorial
• NMR Library Diarsipkan 2010-01-08 di Wayback Machine. NMR Concepts
• NMR Course Notes

Animasi dan simulasi

• Animasi mengenai spin, modifikasi spin dengan medan magnet dan pulsa HF, spin relaksasi
• Simulasi interaktif gratis mengenai prinsip NMR

Video

• Introduction to NMR and MRI
• Richard Ernst, NL – Pengembang teknik NMR Multidimensional Video bebas tayang disediakan oleh Vega Science Trust.
• 'Wawancara dengan Kurt Wuthrich' Video bebas tayang disediakan oleh Vega Science Trust. (Wüthrich dianugerahi Penghargaan Nobel Bidang Kimia tahun 2002 "karena jasanya mengembangkan spektroskopi resonansi magnet inti untuk penentuan struktur tiga-dimensi makromolekul biologis dalam larutan").