7.2: Atom Çekirdeği: Nükleer Spin

Tüm atomik parçacıklar içsel bir açısal momentuma veya 'dönüşe' sahiptir. Elektronlar, protonlar ve nötronların her biri 1/2'lik bir spin değerine sahiptir, ancak çekirdeklerdeki protonlar ve nötronlar, enerjik faktörler nedeniyle daha yüksek yarı tamsayılı spinlere sahip olabilir.

Atom çekirdeğinin net bir nükleer dönüşü vardır, , bir tamsayı veya yarım tamsayı değerine sahip olabilir. Atom çekirdeğinde, protonların dönüşleri birbiriyle eşleştirilir, ancak nötronlarla eşleştirilmez ve bunun tersi de geçerlidir. Sonuç olarak, çift sayıda proton nükleer spin değerine katkıda bulunmaz ve aynısı nötronlar için de geçerlidir.

Karbon-12 ve oksijen-16'nın çekirdekleri, hem protonların hem de nötronların çift sayılarını içerir ve sıfır net nükleer dönüşe sahiptir ( = 0). Çekirdek tek sayıda proton (örneğin, protiyum) veya nötron (örneğin, karbon-13) içerdiğinde, nükleer spin, eşleşmemiş nükleon nedeniyle bir yarım tamsayıdır. Tek sayıda nötron ve proton içeren bir çekirdeğin sıfırdan farklı bir tamsayı dönüşü vardır. Sıfır olmayan spinlere sahip tüm çekirdekler NMR-aktiftir.

Spin değerleri 1/2'den büyük olan çekirdeklere dört kutuplu çekirdek denir. Doğal olarak oluşan NMR-aktif çekirdeklerin üçte ikisinden fazlası dört kutupludur (örnekler arasında azot-14, oksijen-17, kükürt-33, bor-11 ve klor-35 bulunur). Dört kutuplu çekirdekler, geniş sinyaller ve karmaşık NMR davranışı ile sonuçlanan asimetrik elektrik ve manyetik alanlara yol açan küresel olmayan yük dağılımına sahiptir. Sonuç olarak, NMR çalışmaları için küresel yük dağılımına ve simetrik alanlara sahip spin-yarım çekirdekler tercih edilir.

Tüm atomik parçacıklar içsel açısal momentuma veya 'dönüşe' sahiptir. Elektronlar, protonlar ve nötronların her birinin spin değeri yarısıdır.

Elektronların aksine, çekirdeklerdeki protonlar ve nötronlar daha yüksek dönüşlere sahip olabilir, ancak değerler her zaman yarı tamsayılardır.

Bir çekirdekteki tüm parçacıklar genel nükleer dönüşe katkıda bulunur, I.

Çekirdeklerde protonlar protonlarla eşleşir ve nötronlar nötronlarla eşleşir. Eşleştirilmiş parçacıklar çekirdeğe sıfır net spin katkıda bulunur. Bu nedenle, sıfır olmayan spinli bir çekirdeğin en az bir eşleşmemiş parçacığı vardır.

Protonların veya nötronların sayısı tek ise, nükleer spin, eşleşmemiş proton veya nötron nedeniyle yarım tamsayıdır.

Benzer şekilde, hem nötronların hem de protonların sayısı tek ise, nükleer spin sıfırdan farklı bir tamsayıdır.

Sıfırdan farklı spinlere sahip tüm çekirdekler NMR-aktif olsa da, spin-yarım çekirdekler - küresel yük dağılımı ve simetrik alanlar ile - NMR çalışmaları için tercih edilir.