Die Entwicklung der chemischen Verschiebung

Nach der Aufnahme, Digitalisierung und Akkumulierung der Daten liegt der FID als ein Satz von Datenpunkten vor. Diese Funktion aus Zeit und Intensität wird durch die Fouriertransformation in eine Frequenz/Intensitäts-Beziehung, das NMR-Spektrum, übergeführt.

Dieser Vorgang soll an einem einfachen Beispiel veranschaulicht werden:

Wenn bspw. das Protonenspektrum von CHCl₃ vermessen wird, so ist für das einzige Wasserstoffatom ein Signal bei dessen chemischer Verschiebung zu erwarten. Die in das H₀-Feld gebrachten Chloroform-Moleküle richten ihr magnetisches Moment der chemischen Verschiebung gehorchend in einer Präzessionsbewegung um das externe Magnetfeld aus. Entsprechend der Boltzmannstatistik resultiert daraus eine durch das H-Atom-Ensemble des CHCl₃ verursachte Überschußmagnetisierung M_Z, ebenfalls in Richtung H₀ gerichtet. Diese Magnetisierung ist mit der chemischen Verschiebung der Chloroform-Protonen markiert (siehe Abbildung unten, (a) ).

Beim Start des NMR-Experimentes wird ein kurzer Hochfrequenz-Puls entlang der x-Achse, also normal zum H₀-Feld angelegt. Dessen Energie verursacht eine Auslenkung von M_Z aus der z-Achse in die x,y-Ebene: da elektromagnetische Strahlung ein Magnetfeld induziert - E und H stehen ja miteinander in Beziehung - kann man die Pulsenergie entlang der x-Achse auch als kurzfristigen Verursacher eines magnetischen Konkurrenzfeldes H_Puls normal zum H₀ -Feld betrachten, dem nun M_z für die Dauer des Pulses in einer Präzessionsbewegung folgt (Abbildung (b) ).

Man bezeichnet übrigens jene Pulsdauer, die MZ gerade um 90° in die x,y-Ebene lenkt, als 90° Puls.

Die Entwicklung der chemischen Verschiebung

In der x,y-Ebene beginnt nun die Magnetisierung (jetzt als M_X,Y vorliegend), die ja mit der Resonanzfrequenz der Chloroform-Protonen markiert ist, mit der Frequenz der chemischen Verschiebung zu rotieren. Die Empfängerspule ist in diesem orthogonalen System an der y-Achse platziert und "sieht" nun M_X,Y mit der Kreisfrequenz der Chloroform-Verschiebung "vorbeirotieren" (Abbildung (c) ).

Dadurch wird im Empfänger eine sinus-förmige Spannung induziert, die als FID (Frequency Induced Decay) bezeichnet wird. Am Beispiel des Chloroform- Wasserstoffs weist die Sinuskurve die Frequenz dessen chemischer Verschiebung auf, gedämpft durch eine Exponentialfunktion, weil die nun aus dem Boltzmanngleichgewicht ausgelenkte Überschußmagnetisierung wieder nach M_Z zurückkehrt (= relaxiert).

Von der Zeit- in die Frequenzdomäne

Bei komplexeren Molekülen ist der FID ein Überlagerung aus vielen Sinus- und Cosinus-Frequenzen, weil ja jeder Atomkern nach dem Puls aus M_z (in dem die magnetischen Momente aller Atome der Struktur überlagert sind) in der x,y-Ebene seine chemischen Verschiebung als Kreisfrequenz entwickelt.

Entwicklung mehrerer Resonanzfrequenzen (chemischer Verschiebungen) in x,y