Bewegungsverengung - Motional narrowing
In der Physik und Chemie ist die Bewegungsverengung ein Phänomen, bei dem eine bestimmte Resonanzfrequenz aufgrund der Bewegung in einem inhomogenen System eine geringere Linienbreite als erwartet hat. Die Entdeckung der Bewegungsverengung wurde Nicolaas Bloembergen während seiner Dissertation in den 1940er Jahren zugeschrieben
Beispiel: NMR-Spektroskopie
Ein gängiges Beispiel ist NMR . Bei diesem Prozess beginnt der Kernspin eines Atoms zu rotieren, wobei die Rotationsfrequenz proportional zum äußeren Magnetfeld ist, das das Atom erfährt. In einem inhomogenen Medium variiert das Magnetfeld jedoch oft von Punkt zu Punkt (abhängig beispielsweise von der magnetischen Suszeptibilität benachbarter Atome), sodass die Frequenz der Kernspinrotation an verschiedenen Orten unterschiedlich ist. Daher gibt es beim Erfassen der Resonanzrotationsfrequenz eine Linienbreite (dh einen endlichen Bereich unterschiedlicher Frequenzen) aufgrund der Variation dieser Resonanzfrequenz von Punkt zu Punkt. (Dies wird als „ inhomogene Verbreiterung “ bezeichnet.)
Wenn die Atome jedoch um das System herum diffundieren , erfahren sie manchmal ein höheres Magnetfeld als der Durchschnitt und ein anderes Mal ein niedrigeres Magnetfeld als der Durchschnitt. Daher hat (gemäß dem zentralen Grenzwertsatz ) das zeitgemittelte Magnetfeld , das ein Atom erfährt, eine geringere Variation als das momentane Magnetfeld. Als Konsequenz ist die Linienbreite beim Erfassen der Resonanzrotationsfrequenz kleiner (schmaler) als wenn die Atome stationär wären. Dies ist der bewegungsverengende Effekt.
Beispiel: Schwingungsspektroskopie
Ein ähnliches Phänomen tritt in vielen anderen Systemen auf. Ein weiteres Beispiel sind Schwingungsmoden in einer Flüssigkeit. Jedes Molekül der Flüssigkeit hat Schwingungsmoden, und die Schwingungsfrequenz wird durch die Positionen benachbarter Moleküle beeinflusst. Wenn sich die nahegelegenen Moleküle jedoch neu orientieren und sich schnell genug bewegen, tritt die Schwingung im Wesentlichen mit einer gemittelten Frequenz auf und hat daher eine geringere Linienbreite. Simulationen legen zum Beispiel nahe, dass die Linienbreite der OH-Streckschwingung in flüssigem Wasser um 30% kleiner ist, als sie es ohne diesen Bewegungseinengungseffekt wäre.