Summary
Samenvatting Modeling en structuurbepaling van biomoleculen Sabine van Dorselaer
- Course
- Institution
Samenvatting van de cursus 'Modeling en structuurbepaling van biomoleculen Sabine van Dorselaer'
[Show more]
Seller
Followdriesluyten
Content preview
Samenvatting Magnetische resonantie vanbiomoleculen
1. Inleiding
Magnetische resonantie is een verzamelnaam voor drie verschillende technieken:
o NMR (nucleaire magnetische resonantie)
o EPR (elektronen paramagnetische resonantie), ook wel ESR (elektronenspin
resonantie) of EMR (elektronen magnetische resonantie) genoemd
NMR en EPR --> methoden die karakterisatie van verschillende
structurele en dynamische eigenschappen van moleculen toelaten
o NQR (nucleaire kwadrupool resonantie)
Minder gebruikt + beperkte toepassing in biofysica (detectie van
springstoffen in luchthaven bv.) --> dit bespreken we daarom niet
Magnetische resonantie in een notendop/kort overzicht:
o NMR:
= Studie van kernen --> nl. bepalen van:
Type van kern (vb. waterstof, stikstof-kern,...)
Positie van kern
Dynamica: beweging van moleculen
Hierbij is het Kern Zeeman effect zeer belangrijk
We gebruiken magnetische velden en instraling van rf-golven en
absorptie hiervan (vandaar spectroscopische techniek)
Opm. de kernen moeten een I>0 hebben
Soorten:
Vloeistof NMR
Vaste-stof NMR --> specifieke spectrometer nodig, waarmee je
ook vloeistof NMR kan doen (opm. met vloeistof NMR
spectrometer kan je geen vaste-stof NMR doen)
o EPR:
= Studie van elektronen --> nl. bepalen van structuur en dynamica
door elektron als spion te gebruiken (ook omgeving van elektron
bestuderen/bekijken --> spion dus)
We bestuderen ongepaarde elektronen aangezien het een
paramagnetische techniek is (ongepaarde elektronen zijn
paramagnetisch) --> S>0
Opm. we zullen hier wel in een andere tijd, nl. in snellere
beweging (vb. beweging van zijketens van EW of rotatie van
EW), kunnen detecteren tov NMR + ook andere
structuurinformatie eruit gehaald dan bij NMR
Hierbij is het Elektron Zeeman effect zeer belangrijk
We gebruiken magnetische velden en instraling van microgolven en
absorptie hiervan (vandaar spectroscopische techniek)
, Soorten:
Vloeistof EPR
Vaste-stof EPR
Ontwikkeling/succesverhaal:
o EPR en NMR --> kort na 2de wereldoorlog ontwikkeld
Reden: het grote militaire belang van radarsystemen had grote
ontwikkelingen in de microgolftechniek (belangrijk voor EPR) en in de
radiotechniek (belangrijk voor NMR) met zich meegebracht
o NMR in beginjaren: interessante, maar niet algemeen toepasbare techniek -->
met invoering van de FT NMR en daaropvolgende invoering van multi-
dimensionele NMR groeide NMR uit tot 1 van de belangrijkste
spectroscopische technieken
o Het belang van NMR microscopie --> geïllustreerd door de Nobelprijzen van
Felix Bloch en Edward Purcell (1952), Richard Ernst (1991) en Kurt Wütrich
(2002) --> vooral Zwitsers
Opm. Nobelprijzen voor de functionele MRI (magnetic resonance
imaging) of voor ontdekkingen van de fysische fenomenen die tot
NMR leidden buiten beschouwing gelaten
Jean Jeener speelde ook een belangrijke rol in het succesverhaal van
NMR --> hij stelde in 1971 een simpele 2-pulssequentie voor die in
een twee-dimensionele vorm kon geanalyseerd worden (FT-NMR)
Richard Ernst was gefascineerd door dit idee en dit bleek
uiteindelijk het startsein te zijn voor de moderne NMR met al
zijn huidige toepassingen en mogelijkheden
Richard Ernst laat het niet na om, telkens als hij gehuldigd
wordt, Jean Jeener (nu emeritus ULB) als de “echte” vader van
meer-dimensionele NMR aan te duiden
o EPR --> niet zo’n vliegende start
Hiermee enkel paramagnetische systemen bestuderen --> dit zijn
systemen die een ongepaard elektron hebben
Technische redenen hebben het ruimer gebruik ervan geremd
Pas in laatste 2 decennia: EPR techniek in stijgend gebruik door de
realisatie van verschillende gepulste EPR technieken
In volgende deel: basisprincipes om NMR/EPR te begrijpen uitgelegd
2. Het Zeemaneffect
Het kern-Zeemaneffect (voor NMR) en elektron Zeemaneffect (voor EPR) kunnen op
dezelfde manier beschreven worden --> vormen de basis van de beide magnetische
resonantietechnieken
Effect: kernen met een kernspin
verschillend van nul bezitten een
nucleair magnetisch moment
, o Dit magnetisch moment is collineair met de angulaire momentvector I (Fig.
2)
o Is gedefinieerd als = I waarbij -e/2m) = gyromagnetische verhouding
die specifiek is voor elke kern
Want m (massa) is specifiek voor elke kern --> via NMR dus type kern
bepalen
o Extra: H, 13C, 14N en 31P hebben zo’n kernspin --> kunnen we hierdoor
beschouwen als kleine magnetische momentjes die zich richten in een
magnetisch veld
Dit kunnen we vergelijken met een kompasnaald die zich richt in het
aardmagnetisch veld --> kompasnaald = magnetisch moment
nl. richt zich er evenwijdig mee + in zelfde richting --> reden:
energie van het magnetisch moment is dan 0 (minimaal --> dit
wordt nagestreefd)
12
opm. C heeft geen kernspin
Kernspin nu plaatsen in een uitwendig magnetisch veld B0 --> een draaimoment T zal
inwerken op en dit draaimoment zal trachten het magnetische moment parallel te
brengen met het uitwendige veld
o Deze torsie op magnetisch moment door uitwendig magneetveld: T = x B0
o Zoals net vermeld: hetzelfde als een kompasnaald in het aardmagneetveld -->
stabiele positie van kompas (laagste energie) wanneer deze parallel is met
magneetveld
o De potentiële energie E van in het magneetveld: E = -(.B0) = - B0 cos (3)
met de hoek tussen en B0
Extra uitleg over het scalair product
Parallel richten met uitwendig veld omdat de situatie het meest
stabiel is:
, Energie is minimaal wanneer hoek tussen uitwendig veld en
magnetisch moment 0° is --> Cos0° = 1 --> energie is dan zeer
negatief
o Is meest stabiel
Er is ook een 2de positie die ook stabiel is: 180° tov
magneetveld --> energie is dan eigenlijk maximaal want
cos180° = -1 --> energie is dan zeer positief
o Reden waarom dit ook al stabiel wordt beschouwd:
krachten werken op momentje en de krachten die het
naar links willen laten draaien zijn even groot als de
kracht die het naar rechts wil laten draaien
Is stabiel zolang je ervan af blijft
o Dit wordt echter metastabiel wordt genoemd: als je
tegen dit momentje duwt --> flipt dit meteen over naar
de hoek van 0°
Dus magnetische momentjes/kernen kunnen in 2 posities
voorkomen (lagere en hogere E)
o Analogie met kompasnaald gaat niet helemaal op: kernspins
kan men echter niet voorstellen als eenvoudige
kompasnaalden
De kern probeert zich ook wel parallel te richten met
het veld --> MAAR: z-component van het kern angulair
moment (= kernspin) is gekwantiseerd en kan enkel de
waarden/toestanden mħ aannemen
Voor een algemene kernspin I, zijn de m
kwantumgetallen: m=I, m=I-1, m=I-2, ..., m=-I
Er zijn dus ook verschillende energieniveaus
Schematische voorstelling van deze kwantisatie voor
een kernspin ½ (vb. proton) waarvoor twee
mogelijkheden bestaan geassocieerd met de
kwantumgetallen m = ½ en m = - ½
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller driesluyten. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $16.66. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
52510 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now