Işık dokunuşu ile NMR!

Günümüzde NMR spektroskopisi rutin ve bol bulunan bir tekniktir. On yıllar boyu süren araştırmalar ve geliştirme faaliyetleri tekniği basitleştirmiştir; dünyanın her tarafından laboratuarlarda bir düğmeye basarak güzel deneyler gerçekleştirmek mümkün olmaktadır. Ancak teknik ve deneysel ilerlemelere rağmen, bu teknik bir bakımdan hiç değişmemiştir: NMR sinyali hâlâ bir örneği tel sarmalın içine yerleştirmek ve bir akım uygulamak. ABD'de, Princeton Üniversitesi'nden Mike Romalis'in grubu bir alternatif geliştirmeye çalışan, dünyadaki onlarca grup arasındadır: Işık kullanarak NMR'yi tespit etmek.

Romalis'in tekniği çekirdeksel dönü optik döndürme (nuclear spin optical rotation; NSOR olarak bilinir) tekniğine dayanır, bu teknikte çekirdeksel dönüler ve yakındaki elektronlar arasındaki etkileşimler doğru biçiminde polarlaşmış laser ışığının örnekten geçerken dönmesine yol açar. Optikçe aktif herhangi bir ortamda, ışık dönüşü meydana gelir, çünkü doğrusal olarak polarize olmuş ışığın bileşenleri olan sola ve sağa çembersel olarak polarize ışın demetleri farklı kırma indislerine maruz kalır ve bu sebeple ortamda farklı hızlarla hareket eder, fazdan dışarı farklı zamanlarda çıkar. Bu asimetri manyetik alan uygulayarak elde edilebilir, bu etki ilk kez Michael Faraday tarafından gözlenmiştir, ancak NMR-aktif çekirdekler için (örnek olarak 1H) tekil çekirdeksel dönüler ışığın fazını da etkiler ve NSOR etkisi ortaya çıkar. Dönüm derecesinin ölçülmesi, örneğin NMR cevabının bir ölçüsü demektir. Romalis, konu hakkında şunları söylüyor: “Çift kırınımlı bir kristale benzer bir optik etkiyle karşı karşıyayız. Bu durumda, Örnek içindeki optik aktivite çekirdeksel dönü tarafından sağlanıyor”.

2006'da, Romalis sıvı ksenon ve su içinde NSOR'un tespitini ilk kez bildirdi1. En son deneyinde, bu fenomeni pratik alana taşımak için bir başka adım attı2. Romalis bir seri organik sıvıda NSOR ölçtü ve yalnızca her örnek için NSOR etkisinin boyutunu belirlemedi, aynı zamanda belirgin moleküler gruplar tarafından nasıl etkilendiğinı görmeyi sağlamıştır. Romalis, “Örneğin, suyu etanol ve metanol ile karşılaştırıyoruz; her birinde OH grubu var, ancak hepsi birbirinden farklı” diyor. “Bunları karşılaştırarak kısımların her birinin katkısını görebileceğiz – molekülde farklı bir yerdeki bir atomun farklı bir optik döndürmesi vardır, tıpkı NMR'deki kimyasal kayma gibi”. Romalis'in çalışma arkadaşı, Finlandiya'daki Oulu Üniversitesi'nden Juha Vaara tarafından hesaplanan NSOR değerleri gözlenen etkileri doğrulamıştır.

İlk adımlar

Romalis fikrin hâlâ ilk çağlarında olduğunu belirtiyor, ancak en sonunda pek çok pratik ve analitik avantajlara sahip olduğunu da ekliyor: etki düşük manyetik alanlarda gözlenebilir, dolayısıyla pahalı süperiletken mıknatıslara ihtiyaç kalmamaktadır; bir laser ışın demeti kullanarak küçük örnek hacimlerine inilebilmektedir (mikroakışkan cihaz veya boş lif gibi); etki çekirdek kütlesi ile uyumludur, böylece daha büyük çekirdeklerin ölçülmesi daha kolayca elde edilebilir. Romalis, şöyle diyor: “Tekniğin geniş ölçüde kullanılacağını veya ihtiyaç olduğunda insanların kullanacağı özel bir teknik olacağını söylemek zor. Şimdi bizi merak ilerletiyor”.

Birleşik Krallık'taki Cambridge Üniversitesi emekli profesörü olan David Buckingham, 1990'larda NMR'da laser ışığın kullanılmasını inceleyen birisi olarak şöyle diyor: “Yeni bir özelliğe sahip olmak her zaman heyecan vericidir, bu da bir süredir ilgilendiğim bir konuydu. Biz ve diğerleri ters etkiye baktık, yani ışığın NMR üzerine etkisini inceledik, ancak bunu çok az olduğunu gördük… Bu özelliğin tekrar incelendiğini gördüğüme çok sevinçliyim”. Ancak Buckhingham en büyük ilgiyi toplayacak şeyin tekniğin potansiyeli olduğunu söylüyor. “(Bir molekülde) farklı çekirdeksel rezonansları çözümlemedik… Eğer her çekirdek görülebilseydi, çok daha ilginç olacaktı”.

Ray Freeman, yine Cambridge'de çalışan biri olarak fikrin çekici olduğu konusuna katılıyor, ancak tekniğin kimyagerleri ikna etmek için bir fayda ortaya koyması gerektiğine inanıyor. Freeman şöyle konuşuyor: “1952'den beri NMR yöntemi ağır fizik içeriyor. Bir analitik teknik olarak faydalı olabilmesi için kimyagerlerin ilgisini çekmesi gerekli, tıpkı etanolün yüksek çözünürlüklü spektrumu üzerine yazılmış 1952 makalesinin yaptığı gibi. NMR bu noktayı aştıktan sonra kimyada bir devrim yaratmış oldu”.

 

Kaynak: http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/01/nmr-laser-light-nuclei-spin

Referanslar

I M Savukov, S-K Lee and M V Romalis, Nature, 2006, , 1021 (DOI:10.1038/nature05088)

J Shi, S Ikalainen, J Vaara and M V Romalis, J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4, 437 (DOI: 10.1021/jz3018539)

Kategoriler
Etiketler

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap