اثر اوفرهاوزر

Overhauser effect - Effet Overhauser

أثر أوفرهاوزر

 نعمان الصباغ

اكتُشف أثر أوفرهاوزر النووي   (NOE) ء Nuclear Overhauser effect  في عام 1965م (نسبة إلى العالم Albert Overhauser) ، وهو أثر موجود في مطيافية التجاوب (الرنين) المغنطيسي النووي.

هذا الأثر هو أحد الطرق التي يمكن بها لجملةٍ ما أن تحرر طاقة؛ ولذلك يرتبط جذرياً بآليات الاسترخاء relaxation، ويقوم بتغيير شدة إشارة طيف التجاوب المغنطيسي النووي.

لِنوى الهدروجين (بروتونات) سبين spin يتصرف كقضيب مغنطيسي يسمى بسبين النواة، ويقوم بحركة تشبه حركة الدوامة حول محاورها باتجاهات عشوائية، وعند تطبيق حقل مغنطيسي خارجي على هذه النوى تحاول هذه المغانط التوجه باتجاهه، لكن هذا التوجه لا يكون دقيقاً، وتنشأ حركة مبادَرة طواف حول اتجاه الحقل المطبق بتردد معين لكل نواة. وبتعريض هذه النوى لحقل مغنطيسي متناوب عمودي على الحقل المغنطيسي الخارجي المطبق -بنبضات راديوية- تمتص هذه النوى طاقة النبضات وتعيد إصدارها بآليات استرخاء بترددات معينة بحسب معدل دوران كل منها، مما يؤدي إلى نشوء طيف التجاوب المغنطيسي النووي. تجعل النبضات الراديوية في هذا الطيف مبادرة النوى متزامنة، ثم تفقد التزامن وتعود إلى حالة التوازن الأصلية. تستغرق هذه العودة زمناً يرمز له بـ T₁، ويسمى بالاسترخاء الطولي longitudinal أو الاسترخاء سبين – شبكة spin-lattice relaxation. يفقد سبين النواة طاقته في هذه الآلية عن طريق نقلها إلى المناطق المحيطة (الشبكة) به. هناك آلية أخرى للاسترخاء تستغرق زمناً مختلفاً يرمز له بـ T₂، يسمى هذا الزمن بالاسترخاء العرضي transverse أو الاسترخاء سبين- سبين relaxation spin-spin، وهنا يحدث فقدان الطاقة لنواة أخرى، ويتعلق بعرض الخط الطيفي لإشارة طيف التجاوب المغنطيسي النووي. تقدم آليات الاسترخاء معلومات عن العمليات الفيزيائية التي تجري في الجملة المدروسة، على سبيل المثال حركية الجزيئات.

يُفسَّر أثر أوفرهاوزر بالنظر في جملة مكونة من AX، حيثA نواة نوع أول، وحيث X نواة نوع ثانٍ، وفيها تأثير متبادل بين ثنائيات الأقطاب dipole-dipole interactions, dipolar coupling بعضها في بعض (سبين النواة)، وتقع ضمن مسافات حتى ْ5A. يُراقب هذا الأثر دوماً إذا عرضت النواة المقيسة  X(على سبيل المثال،   ¹³P  ، ¹³C) لترددإضافي آخر (تردد A) للفصل (فك الاقتران proton-decoupled) على سبيل المثال، ء (¹Hء) إضافةً إلى التردد المعرضة له؛ إذ تتناسب شدة إشارة طيف التجاوب المغنطيسي النووي مع فرق إسكان مستويات الطاقة (سبين النواة)، التي تحصل فيه انتقالاتtransitions  التجاوب المغنطيسي النووي، فبإشعاع التردد الآخر للفصل في حالة فصل طيف النواة المقيسة (¹³C) قد يحصل على حالة إشباع لانتقالات نواة الفصل الأولى (البروتون أو نواة الهدروجين( ¹H) , مما يؤدي إلى تغيير نسبة الإسكان في انتقالات النواة المقيسة لمصلحة المستوى الأدنى الأساسي)، وهكذا فإن النوى تمتص المزيد من الطاقة، وهذا الأمر يؤدي في النهاية إلى إشارة أكثر شدة.

يعتمد تضخيم الإشارة في أثر أوفرهاوزر على نوع النواة المقيسة وشدة الحقل المغنطيسي الخارجي المطبق. تعطى علاقة الربح gain في شدة الإشارة بالعلاقة:

 

(1)

وحيث (2)

 

(2)

 

حيث  I شدة الإشارة، عامل الربح و عامل النسبة الجيرومغنطسية النووي (عندما تكون g سالبة الأثر يكون سالباً أيضاً). ففي حالة أطياف (¹³C ) ونواة الفصل (¹H ) تزداد شدة الإشارة حتى نـسبة %200 أكبر من الإشارة الأصلية، أما في حالة أطياف (¹H) ونواة الفصل (¹H) فإن شدة الإشارة تزداد بنـسبة %50 للإشارة الأصلية. يعد التأثير المتبادل لثنائيات الأقطاب القوة الدافعة الرئيسية للاسترخاء، وهو يتناسب عكسًا مع  r⁶، حيث  r  البعد بين النواة   A     والنواة   X  . لذلك فإن هذا الأثر مهم جداً لتحديد بنية الجزيئات والبعد بين النوى عموماً، ويعد قوياً عندما يكون البعد المذكور من مرتبة   ، ومتوسطاً إذا كان أقل من ، وضعيفاً عندما يزيد على .

مراجع للاستزادة: -Horst Friebolin, Ein-und zweidimensionale NMR-Spektroskopie, Aufl. VCH Weinheim, 1992. -Horst Friebolin, Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy. VCH Weinheim 1993.

---

- التصنيف : الكهرباء والمغنطيسية - النوع : الكهرباء والمغنطيسية - المجلد : المجلد الأول - رقم الصفحة ضمن المجلد : 208 مشاركة :