Logo PTB

Die natürliche Linienbreite von Kernresonanzspektren bei kleinen Feldern

08.09.2010

In einem Luftspulensystem mit Erdfeldkompensation beträgt die gemessene Linienbreite der Protonenresonanzen von Flüssigkeiten aufgrund unvermeidlicher Feldinhomogenitäten in der Regel ein Vielfaches der natürlichen Linienbreite. Eine direkte Bestimmung dieser Breite, deren Kehrwert die transversale Relaxationszeit angibt, ist somit nicht möglich. Nutzt man jedoch die lineare Abhängigkeit der apparativ bedingten Linienbreite von der Larmorfrequenz, kann die natürliche Linienbreite durch Extrapolation auf das Nullfeld ermittelt werden. Für reines Wasser wurde so durch Messungen im Feldbereich von 25 bis 150 µT eine natürliche Linienbreite von 0,125 Hz ± 0,005 Hz festgestellt. Dieses Ergebnis stimmt überein mit der Linienbreite, die mit einem Spektrometer bei extrem niedrigen Feldern unter 25 µT in einer magnetisch abgeschirmten Kammer mit einem supraleitenden Quanteninterferenz (SQUID)-Gradiometer gemessen wurde. Die neue Methode hat den Vorteil, dass sie nicht auf refokussierende Verfahren wie Spinechos angewiesen ist. Sie ist somit nicht von Diffusionseffekten beeinflusst, und sie ist frei von Unsicherheiten durch Anregungspulslängen.
Die erforderlichen Messungen wurden in einer Zusammenarbeit zweier PTB-Arbeitsgruppen durchgeführt. Im Fachbereich Halbleiterphysik und Magnetismus in Braunschweig wurde im Bereich der magnetischen Flussdichte von 25 µT bis 150 µT die Feldabhängigkeit der Kernresonanzlinienbreite mit einer für diesen Zweck erweiterten Messeinrichtung zur Darstellung der Einheit Tesla gemessen. Im geschirmten Raum BMSR-2 des Fachbereichs Biosignale in Berlin wurde dann die selbe hochreine Wasserprobe mit der selben felderzeugenden Helmholtzspule im Feldbereich unterhalb von 25 µT mit dem SQUID-Gradiometer untersucht.

Ansprechpartner:
Hans Harcken
  Fachbereich 2.5 Halbleiterphysik und Magnetismus
Lutz Trahms    Fachbereich 8.2 Biosignale