Mit der Larmorfrequenz (nach dem irischen Physiker Joseph Larmor) präzediert der Spin eines Teilchens um ein äußeres Magnetfeld, wenn die Richtung des Spins und die Richtung des Magnetfeldes nicht übereinstimmen. Die gesamte Bewegung wird auch Larmorpräzession genannt.

Beschreibung

Die Präzession des Spins um ein äußeres Magnetfeld ist vergleichbar mit einem Kreisel, dessen Symmetrieachse nicht mit dem Drehimpuls identisch ist. Da dieser aber eine Erhaltungsgröße ist, muss eine weitere Rotation existieren, die Präzession.

Durch Einstrahlen von elektromagnetischer Strahlung mit der Larmorfrequenz werden in den Atomen Niveauübergänge der Spins angeregt, so dass mit Variieren der Frequenz ein Absorptionsspektrum entsteht. Die sichtbare Absorptionslinie bei der Larmorfrequenz wird auch Resonanzlinie oder im Fall von Kernspinresonanz-Experimenten NMR-Linie (engl. Nuclear Magnetic Resonance = Kernmagnetische Resonanz) genannt.

Die Larmorfrequenz <math> f </math> hängt ab vom gyromagnetischen Verhältnis <math> \gamma </math> und von der Stärke <math> B </math> des Magnetfeldes:

<math> f = \frac{\gamma}{2 \pi} \cdot \left| B \right| </math> bzw.

<math> \omega = {2 \pi} \cdot f = \gamma \cdot \left| B \right| = g \, \frac{q}{2 \, m}\cdot \left| B \right| </math> ;

hierbei ist <math> g </math> der Lande-Faktor und <math> q </math> die Ladung des Teilchens.

Bei der Berechnung wird das gesamte Magnetfeld berücksichtigt, welches am Ort des Teilchens herrscht. Dieses setzt sich zusammen aus dem externen Magnetfeld B_ext und weiteren Magnetfeldern, die z. B. durch die Elektronenhülle oder die chemische Umgebung erzeugt werden.

Anschauung anhand der Bloch-Kugel

Strahlt man Mikrowellen der Larmorfrequenz auf ein Atom, so findet ein Spinflip statt. Dies kann man am besten anhand der Bloch-Kugel verstehen. Auf dieser bezeichnet ein Vektor entlang der z-Achse (orthogonal zur Äquatorialebene) den Grundzustand des Atoms. Wird nun exakt die Larmorfrequenz eingestrahlt, bewegt sich der Vektor um 180°, d.h. er zeigt nun in negative Richtung der z-Achse. Physikalisch bedeutet das, dass der Spin des Atoms sich umgekehrt hat.

Chemische Verschiebung

Befindet sich ein Atom in einer chemischen Verbindung, erzeugen die übrigen Elektronenwolken in der Nähe des Atomkerns ein zusätzliches Magnetfeld, welches die Larmorfrequenz des magnetischen Kerns (mit Spin≠0) charakteristisch verschiebt (was als chemische Verschiebung oder chemical shift bezeichnet wird).

In der Chemie wird in der Kernspinresonanzspektroskopie diese chemische Verschiebung gemessen. Auf diese Weise werden Hinweise auf die Nachbarschaft des untersuchten Atoms und die räumliche Struktur ermittelt. Diese Signale können manchmal auch noch Unterstrukturen aufweisen (sogenannte Kopplungen). Diese Kopplungen geben zusätzliche Hinweise auf die chemische Umgebung des untersuchten Atoms.

Siehe auch

• Magnetresonanz
• Elektronenspinresonanz
• Kernspinresonanz
• Kernspin-Tomografie

Weblinks

• Verzeichnis von Nachschlagewerken und Datenbanken mit Larmorfrequenzen

Literatur

• 13C-NMR-Spektroskopie, H.-O. Kalinowski, S. Berger, S. Braun; Georg Thieme Verlag
• 13C-NMR-Spektroskopie, E. Breitmaier, G. Braun; Georg Thieme Verlag (ein Übungsbuch)