תמג קסנון (Xe)

לקסנון יש שני גרעינים ברגישות בינוני ונמוך שנותנים עם טווח היסט כימי רחב מאוד. ¹²⁹Xe הוא גרעין ספין חצי עם רגישות בינונית שנותן סיגנלים חדים. ל-¹³¹Xe יש רגישות נמוכה וספין 3/2 שנותן סיגנלים חדים בסביבות עם סימטריה גבוהה וסיגנלים רחבים יותר בסביבה פחות סימטרית. לכן ¹²⁹Xe הוא הגרעין המועדף אומנם משתמשים ב-¹³¹Xe לפעמים כחיישן לסימטריית הסביבה. משתמשים רבות בתמ"ג קסנון כחיישן אינרטי של מצב נוזלי או וגזי בנוסף לחקר הכימיה וקשרים כימיים חלשים.

מאחר שיש לו תחום היסט כימי (תרשים 1) כה רחב, היסט הכימי של קסנון מאוד רגיש לתנאים פיזיים. לדוגמה היסט הכימי של גז קסנון משתנה עם לחץ ב-0.5 חל"מ לאטמוספרה. לגז בתמיסה יש תחום היסט כימי של כ-200 חל"מ תלוי בתכונות הנוזל. לכן הוא חיישן לתכונות הפיזיות של הממס. לכל סוג של קסנון יש טווח היסט כימי ייחודי.

תרשים 1. טווחי היסט כימי של תמ"ג רסנון

תמ"ג ¹²⁹קסנון

¹²⁹Xe הוא גרעין ספין חצי עם רגישות בינונית שנותן סיגנלים חדים (תרשים 2). מתמ"ג ¹²⁵Te. ¹²⁹Xe הוא גרעין הקסנון המועדף מפני שהוא רגיש יותר ונותן סיגנלים חדים יותר מאשר ¹³¹Xe.

תרשים 4. ספקטרום תמ"ג ¹²⁹Xe של גז קסנון

הספקטרום בעדיבות ו' מקולסקי וק' ג'קווסקי

קסנון מרבה להראות פיצולים מגרעינים אחרים. צימוד דו- ותלת קשרי לפלואור הם בין 20 ל-200 הרץ. בנוסף דווח על צימוד ל- ¹H, ¹³C, ¹⁴N, ¹⁵N, ¹⁷O, ו-¹²⁵Te.

תכונות גרעין ה-¹²⁹Xe

(הסברים נוספים)

תמ"ג ¹³¹קסנון

¹³¹Xe הוא גרעין ארבע קוטבי עם רגישות נמוכה, פחות רגיש מ-¹²⁹Xe. אומנם הוא נותן סיגנלים חדים בסביבה סימטרית (תרשים 3), הסיגנלים מתרחבים מאוד בסביבה אסימטרית. לכן ¹³¹Xe אינו גרעין הקסנון המועדף. אולם משתמשים לפעמים בהתרחבות ארבע הקוטבית של ¹³¹Xe כמדד האסמיטריה בסביבה המולקולרי.

תרשים 3. ספקטרום תמ"ג ¹³¹Xe של גז קסנון

הספקטרום בעדיבות ו' מקולסקי וק' ג'קווסקי

תכונות גרעין ה-¹³¹Xe

(הסברים נוספים)

מקורות

• F. J. Adrian, "Temperature and density dependence of the nuclear magnetic resonance chemical shift in xenon gas", Chem. Phys. Lett., 7, 201-204 (1970).
• C. J. Jameson amd A. K. Jameson, "Density dependence of xenon-129 NMR chemical shifts in oxygen and nitric oxide", Mol. Phys., 20, 957-959 (1971).
• R. A. Kromhout and B. Linder, "Xenon-129 solvent shift in various gases", J. Chem. Phys., 54, 1834-1835 (1971).
• K. Seppelt and H. H. Rupp, "Xenon-129 NMR spectra of xenon compounds. I. Simple xenon derivatives", Z. Anorg. Allgem. Chem., 409, 331-337 (1974).
• K. Seppelt and H. H. Rupp, "Xenon-129 NMR spectra of xenon compounds. II. Xenon(II) compounds", Z. Anorg. Allgem. Chem., 409, 338-342 (1974).
• C. J. Jameson, A. K. Jameson and S. M. Cohen, "Xenon-129 contact shift in oxygen gas", Mol. Phys., 29, 1919-1927 (1975).
• G. J. Schrobilgen, J. H. Holloway, P. Granger and C. Brevard, "Xenon-129 pulse Fourier-transform nuclear magnetic resonance spectroscopy", Inorg. Chem., 17, 980-987 (1978).
• K. W. Miller, N. V. Reo, U. Schoot, J. M Antonius D. P. Stengle, T. R. Stengle and K. L. Williamson, "Xenon NMR: chemical shifts of a general anesthetic in common solvents, proteins, and membranes", Proc. Nat. Acad. Sci., 78, 4946-4949 (1981).
• N. Muller, "Medium effects on fluorine-19 and xenon-129 chemical shifts in hydrocarbon solvents", J. Phys. Chem., 86, 2109-2110 (1982).
• N. V. Reo, "A study of nonspecific solute-solvent interactions in liquid solutions by xenon nuclear magnetic resonance spectroscopy - chemical shifts and spin-lattice relaxation" 144 pp. (1983).
• M. Claessens, O. Fabre, D. Zimmermann and J. Reisse, "NMR study of molecular interactions between xenon and crown ethers", Bull. Soc. Chim. Belg., 93, 983-989 (1984).
• T. R. Stengle, S. M. Hosseini and K. L. Williamson, "NMR chemical shifts of xenon in mixed aprotic solvents: A probe of liquid structure", J. Sol. Chem., 15, 777-790 (1986).
• J. Reisse, "Monoatomic xenon: its great interest in chemistry as a probe of intermolecular interactions, and its (easy) study by NMR", Nouv. J. Chim., 10, 665-672 (1986).
• A. Moschos and J. Reisse, "Nuclear magnetic relaxation of xenon-129 dissolved in organic solvents.", J. Magn. Res., 95, 603-606 (1991).
• E. M. Arnett and P. C. Wernett, "Does the basicity of xenon-129 affect its NMR chemical shift?", J. Am. Chem. Soc., 115, 12187-12188 (1993).
• C. I. Ratcliffe, "Xenon NMR", Ann. Rep. NMR Spectrosc., 36, 123-221 (1998).
• E. Locci, Y. Dehouck, M. Casu, G. Saba, A. Lai, M. Luhmer, J. Reisse and K. Bartik, "Probing proteins in solution by ¹²⁹Xe NMR spectroscopy", J. Magn. Res., 150, 167-174 (2001).
• S. M. Rubin, M. M. Spence, I. E. Dimitrov, E. J. Ruiz, A. Pines and D. E. Wemmer, "Detection of a Conformational Change in Maltose Binding Protein by ¹²⁹Xe NMR Spectroscopy", J. Am. Chem. Soc., 123, 8616-8617 (2001).
• M. S. Syamala, R. J. Cross and M. Saunders, "¹²⁹Xe NMR of xenon inside C₆₀", Proc. Electrochem. Soc., 2002-12(Fullerenes--Volume 12: The Exciting World of Nanocages and Nanotubes), 376-380 (2002).
• D. Raftery, "Xenon NMR spectroscopy", Ann. Rep. NMR Spectrosc., 57, 205-270 (2006).

בטיחות

הוראת בטיחות: חלק מהחומרים המוזכרים כאן מסוכנים מאוד, יש להתייעץ עם נאמן בטיחות או כימאי לפני העבודה אתם . כאשר החומרים אינם מוכרים על נאמן הבטיחות או הכימאי לחפש בספרות המקצועית מידע בקשר אליהם. הממסים המשמשים לבדיקות תמ"ג הם ברובם דליקים ורעילים. TMS לדוגמא רעיל ודליק, יש להשתמש בכפפות ולעבוד במנדף. בחיוחד, קסנון מחליף את החמצן באוויר ולכן מחניק. XeOF₄ אינו יציב ומגיב עם מים לייצר HF שהוא מאוד מאכיל, ממיס זכוכית, מאוד רעיל, גורם לכוויות חמורות ונזק ביולוגי חמור אחר כולל מוות, דורש תיוד מיוחד (מנדף, כפפות, מגן עיניים, ג'ל סידן גלוקונט 2.5% לטיפול בכוויות במשיחה ו/או זריקה, וכו') ומיומנות מיוחדת.