Organische chemici gebruiken een techniek genaamd nucleaire magnetische resonantie spectroscopie, of kortweg NMR, om organische moleculen te analyseren op basis van waterstof en koolstof. De testresultaten in een bedrieglijk eenvoudige grafiek tonen een piek voor elk atoom in het molecuul. Door de relatie daartussen te definiëren - de J-koppelingsconstante - kunnen onderzoekers de samenstelling van het monster bepalen.
De NMR-grafiek
De NMR-grafiek meet de locatie van elk ion door hoe het resoneert binnen het magnetische veld van de spectroscoop. De resonantie wordt weergegeven als een reeks pieken. Elke piek in de grafiek komt overeen met een element in het molecuul, dus een molecuul dat één koolstofatoom en drie waterstofatomen bevat, vertoont vier pieken. Elke groep pieken wordt in het algemeen een multiplet genoemd, maar ze hebben ook specifieke namen die worden bepaald door het aantal pieken. Degenen met twee pieken worden duplets genoemd, die met drie pieken zijn tripletten, enzovoort. Sommige zijn lastiger: vier pieken kunnen ofwel een quadruplet zijn, of het kan een duplet van duplets zijn. Het verschil is dat alle pieken binnen een quadruplet dezelfde afstand hebben, terwijl een duplet van duplets twee paar pieken zou vertonen met een verschillende afstand tussen de tweede en derde pieken. Hetzelfde geldt voor quadruplets en andere multiplets: de pieken binnen een bepaald multiplet hebben dezelfde relatieve afstand. Als de afstand ertussen varieert, hebt u een groepering van kleinere multiplets in plaats van één grote.
Pieken omrekenen naar Hertz
Pieken worden gemeten in delen per miljoen, wat – in deze context – een miljoenste van de werking van de spectrograaf betekent frequentie, maar J-constanten worden uitgedrukt in hertz, dus je moet de pieken omrekenen voordat je de waarde van bepaalt J. Om dit te doen, vermenigvuldigt u de ppm met de frequentie van de spectrograaf in hertz en deelt u deze vervolgens door een miljoen. Als uw waarde bijvoorbeeld 1,262 ppm was en uw spectrograaf werkte op 400 MHz of 400 miljoen hertz, geeft dit een waarde van 504,84 voor de eerste piek.
Aangekomen bij J In a Duplet
Herhaal die berekening voor elke piek in het multiplet en noteer de bijbehorende waarden. Er zijn online rekenmachines om dat proces te versnellen, of u kunt desgewenst een spreadsheet of fysieke rekenmachine gebruiken. Om J voor een duplet te berekenen, trekt u eenvoudig de lagere waarde van de hogere af. Als de tweede piek bijvoorbeeld resulteert in een waarde van 502,68, zou de waarde voor J 2,02 Hz zijn. de toppen binnen een triplet of quadruplet hebben ze allemaal dezelfde afstand, dus je hoeft alleen deze waarde te berekenen een keer.
J In complexere multiplets
In complexere multiplets, zoals een duplet van duplets, moet u een kleine koppelingsconstante berekenen binnen elk paar pieken en een grotere tussen de paren pieken. Er zijn een aantal manieren om tot de grotere constante te komen, maar de eenvoudigste is om de derde piek van de eerste af te trekken en de vierde piek van de tweede. De spectrograaf heeft meestal een foutmarge van ongeveer plus of min 0,1 Hz, dus maak je geen zorgen als de cijfers enigszins variëren. Het gemiddelde van de twee om te komen tot de grotere constante voor dit specifieke voorbeeld.
In een duplex van drielingen geldt dezelfde redenering. De kleinere constante tussen de drie pieken is identiek, binnen de foutmarge van de spectrograaf, dus je kunt bereken J door een willekeurige piek in het eerste triplet te kiezen en de waarde voor de overeenkomstige piek in de tweede af te trekken drietal. Met andere woorden, u kunt de waarde van piek 4 aftrekken van de waarde van piek 1, of de waarde van piek 5 van de waarde van piek 2, om tot de grotere constante te komen. Herhaal indien nodig voor grotere multiplets, totdat je J hebt berekend voor elke set pieken.