Magic-Angle-Spinning

Magic-Angle-Spinning (MAS) (engl. für Drehung/Rotation im magischen Winkel) ist eine Technik zur Verbesserung der Signalqualität in der Festkörper-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie), die auf der sehr schnellen Rotation der Probe während der Messung beruht.^[1][2]

Die Messprobe (blau) rotiert mit hoher Frequenz im Magnetfeld B₀. Die Drehachse ist um den magischen Winkel θ_m zum Magnetfeld gekippt.

Bei der NMR-Spektroskopie in Festkörpern tritt im allgemeinen eine deutliche (meist unerwünschte) Linienverbreiterung in den gemessenen NMR-Spektren auf, welche die weitere Analyse der Spektren erschweren oder einschränken kann. Ursache dieser Linienverbreiterung sind anisotrope Wechselwirkungen (z. B. Zeeman-, dipolare, Elektronenspin- und Quadrupolwechselwirkung) zwischen den Atomkernen der Probe; im Gegensatz zur NMR-Spektroskopie in Lösungen oder Flüssigkeiten können sich diese anisotropen Wechselwirkungen in Festkörpern nicht durch stochastische Molekularbewegungen ausmitteln.

Diese Linienverbreiterung lässt sich durch Magic-Angle-Spinning verringern. Dazu wird die Probe mit Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu 70 kHz um eine Achse gedreht, die um $\theta_\text{m} = 54,74^\circ$ (den „magischen Winkel“) bezüglich der externen Magnetfeldrichtung gekippt ist. Dieser Winkel θ_m genügt der Bedingung $(\cos\theta_\text{m})^2=\tfrac{1}{3}$, welche dazu führt, dass alle dipolaren Wechselwirkungen gemittelt werden und damit aus dem Spektrum verschwinden. ^[3] Der magische Winkel entspricht dem Winkel zwischen der Raumdiagonalen eines Würfels und der Seitenfläche, also dem halben Tetraederwinkel von 109,47°.^[1]

Erstmals beschrieben wurde die MAS-Technik 1958 von E. Raymond Andrew, A. Bradbury und R. G. Eades^[4] sowie unabhängig hiervon 1959 durch I. J. Lowe^[5]. Die Bezeichnung „Magic-Angle-Spinning“ wurde 1960 von Cornelis J. Gorter auf dem AMPERE-Kongress in Pisa geprägt.^[1]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c} Jacek W. Hennel, Jacek Klinowski: Magic Angle Spinning: A Historical Perspective. In: Jacek Klinowski (Hrsg.): New techniques in solid-state NMR. Springer, 2005, ISBN 3-540-22168-9, S. 1–14, doi:10.1007/b98646. (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche)
2. ↑ E. Raymond Andrew: Magic Angle Spinning. In: Anne McDermott (Hrsg.): Solid State NMR Studies of Biopolymers. John Wiley & Sons, 2010, ISBN 0-470-72122-7, S. 83–97. (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche)
3. ↑ Daniel Canet: NMR, Konzepte und Methoden. Springer, Heidelberg 1994, ISBN 3-540-58204-5, S. 62 ff..
4. ↑ E. R. Andrew, A. Bradbury, R. G. Eades: Nuclear magnetic resonance spectra from a crystal rotated at high speed. In: Nature. Bd. 182, Nr. 4650, 1958, S. 1659, doi:10.1038/1821659a0.
5. ↑ I. J. Lowe: Free Induction Decays of Rotating Solids. In: Phys. Rev. Lett. Bd. 2, Nr. 7, 1959, S. 285–287, doi:10.1103/PhysRevLett.2.285.