Organische chemici gebruiken een techniek die kernmagnetische resonantiespectroscopie wordt genoemd, 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. Het definiëren van de relatie tussen hen - de J-koppelingsconstante - stelt onderzoekers in staat om de samenstelling van het monster te bepalen.

De NMR-grafiek

De NMR-grafiek meet de locatie van elk ion door hoe het resoneert binnen de spectroscoop magnetisch veld. De resonantie wordt weergegeven als een reeks pieken. Elke piek in de grafiek komt overeen met een element in het molecuul, dus een molecuul met één koolstofatoom en drie waterstofatomen vertoont vier pieken. Elke groep pieken wordt over 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 drielingen enzovoort. Sommige zijn lastiger: vier pieken kunnen een quadruplet zijn of een duplet van duplets. Het verschil is dat alle pieken binnen een quadruplet dezelfde spatiëring hebben, terwijl een duplet van duplets twee paren van pieken met een verschillende afstand tussen de tweede en derde pieken zou vertonen. Hetzelfde geldt voor quadruplets en andere multiplets: de pieken binnen een bepaald multiplet hebben dezelfde relatieve spatiëring. Als de spatiëring daartussen varieert, hebt u een groep kleinere multiplets in plaats van één grote.

Pieken converteren naar Hertz

Pieken worden gemeten in parts per million, wat - in deze context - betekent miljoensten van de werkfrequentie van de spectrograaf, maar J-constanten worden uitgedrukt in Hertz, dus u moet de pieken converteren voordat u de waarde van J hebt bepaald. Vermenigvuldig de ppm met de frequentie van de spectrograaf in Hertz en verdeel dan met een miljoen. Als je waarde bijvoorbeeld 1.262 ppm was en je spectrograaf werkte op 400 MHz of 400 miljoen hertz, geeft dit een waarde van 504,84 voor de eerste piek.

Aankomen op J in een Duplet

Herhaal die berekening voor elke piek in het multiplet en noteer de bijbehorende waarden. Er zijn online calculators om dat proces te versnellen, of u kunt een spreadsheet of fysieke calculator gebruiken als u dat wilt. Om J voor een duplet te berekenen, trekt u simpelweg de lagere waarde van de hogere af. Als de tweede piek bijvoorbeeld een waarde van 502,68 oplevert, zou de waarde voor J 2,02 Hz zijn. De pieken binnen een triplet of quadruplet hebben allemaal dezelfde spatiëring, dus u hoeft deze waarde maar één keer te berekenen.

J in meer complexe multiplets

In complexere multiplets, zoals een duplet van duplets, moet u een kleine koppelingsconstante berekenen binnen elk paar pieken en een grotere tussen de piekenparen. Er zijn een aantal manieren om bij de grotere constante aan te komen, maar de eenvoudigste is om de derde piek af te trekken van de eerste en de vierde piek van de tweede. De spectrograaf heeft meestal een foutmarge die ongeveer plus of minus 0,1 Hz is, dus maak je geen zorgen als de getallen enigszins variëren. Gemiddelde van de twee om te komen tot de grotere constante voor dit specifieke voorbeeld.

In een duplex van triplets is dezelfde redenering van toepassing. De kleinere constante tussen de drie pieken is identiek, binnen de foutmarge van de spectrograaf, zodat u J kunt berekenen door een piek in de eerste triplet te kiezen en de waarde voor de overeenkomstige piek in de tweede triplet af te trekken. 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 bij de grotere constante te komen. Herhaal indien nodig voor grotere multiplets, totdat u J hebt berekend voor elke reeks pieken.