超電導磁石を使わずに NMR を始める

量子力学の謎を探るということは、達成するには部屋ほどの規模の機器と電子機器のラック、そして多額の助成金が必要な取り組みのように思えます。 それは一般的に真実ですが、この非常にシンプルな核磁気共鳴分光器が十分に示しているように、かなり控えめな予算で達成できることがかなりたくさんあります。

まず最初に:「NMR」の「磁気共鳴」部分は磁気共鳴画像法と何らかの関係があるのでしょうか? 実際、磁場内に原子核を並べ、電磁場で原子核を摂動させ、原子核が元のスピン状態に戻るときに結果として生じる RF 信号を受信する技術が、両方の中心にあります。 そして、分析化学研究室で使用される MRI スキャナーと大型 NMR 分光計はどちらも非常に強力な磁場を使用しますが、[アンディ ニコル] は、地球の磁場さえも NMR に使用できることを示しました。

[Andy] の NMR セットアップはこれ以上に簡単です。 これは、40 mm PVC チューブに巻かれたエナメル銅線のコイルと、スイッチといくつかのコンデンサだけを備えたシンプルなコントロール ボックスで構成されます。 唯一の派手な点は USB オーディオ インターフェイスです。これは、地球の非常に弱い磁場の中で水素原子が歳差運動するときに生成される 2 kHz 程度の信号を増幅してデジタル化するために使用されます。 このセットアップは干渉磁場を最小限に抑えることができる屋外に設置する必要があるため、すべての鉄金属部品を取り除いた三脚も便利です。 使用時、コイルは、USB アンプの入力に急速に切り替わる前に、LiPo バッテリーで約 10 秒間充電されます。 結果として得られる共鳴信号は、SDR# のウォーターフォール表示を使用して視覚化されます。

[Andy] の優れた記事には、コンデンサによるコイルの調整、ノイズの最小化、局所磁場の強さに基づいて予想される正確な共振周波数の推定など、役立つヒントが数多く含まれています。 これは素晴らしいプロジェクトであり、NMR がどのように機能するかをよく説明しています。 そして、その音はMRIスキャナーほど大きくありません。