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Lexikon der Chemie: Kernquadrupolresonanz-Spektroskopie

Kernquadrupolresonanz-Spektroskopie, Quadrupolresonanz-Spektroskopie, NQR-Spektroskopie (Abk. von engl. nuclear quadrupole resonance), eine Methode der Hochfrequenzspektroskopie, bei der durch ein hochfrequentes elektromagrietisches Wechselfeld Übergänge zwischen Energieniveaus induziert werden, die durch Wechselwirkung des elektrischen Kernquadrupolmomentes mit dem inhomogenen elektrischen Kristallfeld entstehen.

Während Atomkerne mit einer Kernspinquantenzahl von I = 0 und I = 1/2 eine kugelsymmetrische Verteilung der positiven Ladung besitzen, haben Kerne mit I > 1/2, z. B. Cl, Br, J, N, Sb, Sn, ein elektrisches Quadrupolmoment eQ, das ein Maß für die Abweichung der Ladungsverteilung von der sphärischen Symmetrie darstellt. Kerne mit einem Quadrupolmoment weisen auf der Kernoberfläche sowohl Gebiete hoher als auch niedriger Ladungsdichte auf. In einem inhomogenen elektrischen Feld kann ein solcher Quadrupol verschiedene gequantelte Orientierungen einnehmen, die sich in ihrer Energie unterscheiden. Durch Strahlung geeigneter Energie ist es möglich, zwischen diesen Quadrupolenergieniveaus Übergänge zu induzieren und nachzuweisen, wobei die Resonanzfrequenzen im Meter- und Dezimeterbereich liegen.

Die K. ist der NMR-Spektroskopie verwandt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen beiden Methoden besteht jedoch darin, daß in der NMR-Spektroskopie ein äußeres Magnetfeld zur Aufspaltung der verschiedenen Energieniveaus notwendig ist, während in der K. kein äußeres Feld erforderlich ist, da die Aufspaltung durch die von den Atomen und Molekülen des Kristallfeldes erzeugten inhomogenen Felder erfolgt. Um Kernquadrupolresonanz-Spektren zu messen, wird ein Spektrometer verwendet, das NMR-Spektrometern sehr ähnlich ist, wobei allerdings der äußere Magnet fehlt. Die Lage der Resonanzfrequenzen hängt vom elektrischen Feldgradienten q am Kernort ab. Die Größe eQq wird als Kernquadrupolkopplungskonstante bezeichnet.

Die K. wird hauptsächlich zur Untersuchung der Bindungsverhältriisse und der Ladungsverteilung in Ionenkristallen sowie zur Untersuchung von Kristallbaufehlern angewendet.

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