תמ"ג (³He) הליום

הליום-3Helium הוא גרעין רגיש מאוד כאשר מועשר, שנותן סיגנלים חדים ויש לו טווח בינוני של היסט כימי. בשכיחות הטבעית של הליום מהאוויר הוא בלטי-רגיש ביותר. ההליום מופק מהאדמה מכיל הרבה פחות 3> מזה באוויר. עם זאת, הכימיה של הליום מוגבל לפולרנים אנדוהדרליים כך ששימוש בגרעין זה בתמ"ג מוגבל. בנוסף, תדר התהודה שלה נופל מחוץ לטווח של גלאיי תמ"ג קונבנציונאליים, כך שציוד מיוחד נדרש.

אנחנו אחד מתוך רק שלוש מעבדות תמ"ג בעולם מצוידים למדוד ³He ברזולוציה גבוהה 3 באופן שגרתי.

³He נוטה לתת זמני רלקסציה ארוכים. לגז יש T₁ של כ-1000 שנ', ל-³He@C₆₀ (תרשים 1) (הסימן @ מציין כי הליום הוא בתוך כלוב הפולרן) יש T₁ של של כ-300 שנ' אך המסתו בממס צמיג כגון מתילנפתלן והוספת גז חמצן, ניתן לצמצם אותו לארך יותר נסבל של 30 שנ'.

תרשים 1. דיאגרמה מולקולרית של ³He@C₆₀

היסט הכימי (תרשים 2) של ³He ייוחס לזה של גז ³He (תרשים 3) בלחץ נמוך (אין שינוי משמעותי להיסט כימי עד 2 אטמוספרות). משום שהליום הוא עציל ואין לו אינטראקציות מולקולאריים, היסט הכימי אינו תלוי בטמפרטורה, כאשר הוא בלחצים סבירה, אם כי מאוד לא נוח, הוא יכול למשמש כסטנדרט להיסט כימי של גרעינים אחרים. לגז ³He מומס אינטראקציה חלש עם הממס ויש לו היסט כימי בין -0.8 ו -0.2 חל"מ, היסט הכימי המדויק קישור ליכולת קיטוב של הממ.

תרשים 2. תחומי היסט כימי של ³He

תרשים 3. ספקטרום ³He של גז ³He

השימוש הכימי העיקרי של תמ"ג ³He הוא המחקר של פולרנים אנדוהדרליים. האטום האנדוהדרלי מתנהד כמדד של ארומטיות, כל עוד היסט הכימי נמוך יותר, הארומטיות של הפולרן גדול יותר. מכאן מוציאים ש-C₇₀ יותר ארומטי מ-C₆₀ כי היסט הכימי של ³He@C₇₀ הוא -28.0 חל"מ ואילו זה של ³He@C₆₀הוא -6.4 חל"מ (תרשים 4).

תרשים 4. ספקטרום של תערובת אניונים פולרניים אנדוהדרליים של C₇₆ שמראה את ההשפעה של הליום נוסף

ניתן להשתמש בספקטרה אלה של פולרן כדי לחקור תופעות עדינות. לדוגמה, הוספת של הליום אנדוהדרילי שני גורמת לשינוי היסטת כימי (תרשים 5), שניתן להשתמש בו כדי לפרש את חלוקת המטען המרחבי בתוך הפולרן (ראה T. Sternfeld, R. E. Hoffman, M. Saunders, R. J. Cross, M. S. Syamal and M. Rabinovitz, J. Am. Chem. Soc., 124, 8786 (2002).).

תרשים 5. ספקטרום תמ"ג ³He של ³He@C₆₀

לתמ"ג ³He היא כלי מצוין לקביעת מספר מיני פולרן הנוכחים משום שהוא רגיש ונותן סיגנל אחד בלבד לכל מין (תרשים 6). לעומת זאת, תמ"ג ¹³C T. Sternfeld, PhD thesis). היא לא רגישה ונותנת סיגנלים רבים עבור כל אחד מפולרנים הגבוהים (ראה

תרשים 6. ספקטרום תמ"ג ³He של תערובת אניוני פולנים גבוהים

תכונות גרעין ה-³He

(הסברים נוספים)

בטיחות

הערה בטיחות: חלק מהחומרים המוזכרים כאן מסוכנים מאוד, יש להתייעץ עם כימאי מוסמך לפני העבודה בהם. כאשר החומרים אינם מוכרים על הכימאי לחפש בספרות המקצועית מידע בקשר אליהם. הממסים המשמשים לבדיקות תמ'''ג הם ברובם דליקים ורעילים. TMS לדוגמא רעיל ודליק, יש להשתמש בכפפות מגן ולעבוד במנדף. במיוחד, הליום מחליף את החמצן באוויר, ולכן הוא מחניק.