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Lexikon der Biologie: Kernresonanzspektroskopie

Kernresonanzspektroskopie w, Kernspinresonanzspektroskopie, Magnetkernspinresonanzspektroskopie, Abk. NMR-Spektroskopie (NMR von engl. nuclear magnetic resonance), spektroskopisches Verfahren zur Strukturaufklärung ( vgl. Infobox ) von organischen und metallorganischen, seltener von anorganischen Verbindungen, welche sich die Messung des Eigendrehimpulses (Spin) von Atomkernen zunutze macht. Die theoretischen Grundlagen der NMR-Spektroskopie sind denen der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie analog. Ähnlich den dort untersuchten ungepaarten Elektronen verfügen einige Atomkerne über ein magnetisches Moment (gyromagnetisches Verhältnis), das in einem äußeren Magnetfeld in 2 Energiezustände aufgespalten wird, zwischen denen durch eingestrahlte elektromagnetische Wellen geeigneter Frequenz Übergänge induziert werden können. Das magnetische Moment eines Atomkerns ist allerdings wesentlich kleiner als das von Elektronen, so daß zur Änderung der Richtung des nuklearen magnetischen Moments bezüglich des äußeren Magnetfelds elektromagnetische Strahlung niedrigerer Energie (aus dem Radiowellenbereich) erforderlich ist. Über die Frequenz des Radiowellenimpulses kann die Energie gemessen werden, die für den Übergang von paralleler zu antiparalleler Einstellung der magnetischen Momente notwendig ist. Die Anwendung der NMR-Spektroskopie ist auf paramagnetische Kerne begrenzt, deren wichtigster das Proton (Kernisotop 1H) ist. Von Bedeutung für die NMR-Spektroskopie von Biomolekülen sind außerdem die Kernisotope 13C, 15N und 31P, die alle einen Spin (I) von 1/2 besitzen. 12C und 16O besitzen keinen Kernspin und zeigen daher keine NMR. Das lokale Magnetfeld, das paramagnetische Kerne erfahren, hängt auch von der chemischen Umgebung eines Kerns ab. Eine damit einhergehende geringfügige Verschiebung der Resonanzfrequenz ist unter dem Begriff chemische Verschiebung bekannt. Damit lassen sich nicht nur Kerne mit einem magnetischen Gesamtmoment, sondern auch noch deren chemische Bindungsumgebung messen. So kann z.B. ermittelt werden, ob etwa eine homöopolare H–H-Bindung, eine CH- oder eine OH-Bindung vorliegt, was Rückschlüsse auf die Molekülstruktur ermöglicht. COSY, NOESY, Kernspinresonanzmikroskopie, Kernspintomographie.

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