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Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 21.06.2012 1 VL16. Hyperfeinstruktur 16.1. Hyperfeinstruktur 16.2. Kernspinresonanz VL 17 17.1. Elektronenspinresonanz.

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1 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, VL16. Hyperfeinstruktur Hyperfeinstruktur Kernspinresonanz VL Elektronenspinresonanz Kernspintomographie VL 17

2 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Magnetische Resonanz

3 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Anwendungen Magnetischer Resonanz

4 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, NMR Spektrometer Bei NMR RF-Feld durch Spule möglich, da kapazitive Verluste ( 1/ C) nicht zu groß. Bei ESR im Mikrowellen Bereich Transport des RF-Feldes nur durch Hohlleiter und Resonanz in einem Mikrowellenkavität

5 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, NMR Spektrum Schmale Linien nur in Flüssigkeiten, wo mittlere B-Feld der Umgebung gemittelt wird

6 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Vergleich NMR und ESR

7 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Spin-Flip Signal steigt mit B/T Da Bohrmagneton ca x Kernmagneton ist ESR Signal 2000x NMR Signal bei gleichem Wert von B/T

8 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, ESR-Spektrometer Energieabsorption bei der Resonanzfrequenz

9 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, ESR Spektrometer und Hohlleiter In Hohlleitern sind die elektrische und magnetische Felder begrenzt im Innern, da im Metall die Felder Null sind. Daher keine Verlust durch Abstrahlung oder kapazitive Verluste.

10 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Elektronenspinresonanz (ESR)

11 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Silicon dangling bond - its ESR signal - and structure in the Si-lattice ESR Spektrum

12 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Kay C W M et al. PNAS 2006;103: ©2006 by National Academy of Sciences Beobachtung der Umgebung des Elektrons mit ESR

13 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, a J Hyperfeinstruktur im starken Magnetfeld (Paschen-Back) Transversale Komponenten von B J durch schnelle Präzession von J im Mittel null. Bei starkem Magnetfeld wieder Paschen-Back Effekt, d.h. keine Kopplung zum gesamtern Drehimpuls F, sondern Kernspin richtet sich im äußeren statt inneren Magnetfeld

14 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, ENDOR (Electron Nuclear Double Resonance) Idee: man strahlt gleichzeitig mit Mikrowellen (AD-Übergang=EPR) und RF (AB oder CD=NMR). Wenn die NMR Resonanz-Bedingung erfüllt ist, ändern sich die Besetzungs- zahlen von A oder D. Damit ändert sich das EPR Signal-> man detektiert NMR mit Empfindlichkeit von EPR (Electron Paramagnetic Resonance). Man misst gleichzeitig NMR Frequenz und Hyperfeinstruktur-Konstante a, da:

15 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Prinzip der Kernspintomographie

16 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Trick der Kernspintomographie Um Fourier-Transformationen in NMR zu verstehen, besuche z.B.

17 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Gepulste Kernspinresonanz

18 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Aus diesem gemessenen Signal kann man mittels Fourier- Analyse die ursprünglichen Frequenzen wieder bestimmen Interferenz

19 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Beginn der NMI (Nuclear Magnetic Imaging)

20 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Wie MRI (Magnetic Resonance Imaging) funktioniert

21 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, MRI scanner

22 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, D-Bilder möglich Gehirn Kiwi

23 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, functional MRI (=interactive MRI) Beispiel für image guided robotic surgery

24 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Adolescents with disruptive behavior disorders (DBD) have different brain structure and brain activation patterns than nonaggressive adolescents. When watching violent video games, aggressive adolescents had less brain activation than the nonaggressive control group. Normal adolescents previously exposed to greater amounts of violent media also exhibited differences in brain function. Adolescents with DBD showed abnormal development of the brain's frontal lobes. Violent Video Games Trigger Unusual Brain Activity in Aggressive Adolescents

25 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, Zum Mitnehmen Aufspaltung der Spektrallinien im Magnetfeld kann im optischen Bereich (normaler und anomaler) Zeeman-Effekt, im Mikrowellenbereich (ESR) und Radiobereich (NMR) beobachtet werden. NMR führt zu interessanten Anwendungen als 3D Imaging und computergesteuerte Operationen im Bereich der Medizin


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