Spin-mřížková a spin-spinová relaxace NMR jader 1H v deuterovaném etanolu a butanolu dotovaném TEMPO radikálem

Abstract

Práce se zabývá studiem deuterovaného etanolu a butanolu (ethyl-D5 alkohol a butyl-D9 alkohol) s malým množstvím (0 až 1,5% hmotnosti) rozpuštěného stabilního volného radikálu TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl) metodami NMR. Tento systém má využití v polarizovaných terčích pro vysokoenergetické experimenty. Byla naměřena lineární závislost spin- mřížkové a spin-spinové relaxační rychlosti vodíkového jádra z OH skupiny alkoholu na koncentraci radikálu a klesající závislost relaxačních rychlostí na teplotě (v rozsahu 250-298K). Byl zjištěn poměr T1/T2 přibližně od 1,3 do 2, což je interpretováno jako vliv kontaktní interakce prostřednictvím vodíkové vazby alkoholu a radikálu. Byla zjištěna lineární závislost rezonanční frekvence vodíkového jádra z OH skupiny na koncentraci radikálu, přičemž sklon přímky nezávisel na teplotě. Na základě této závislosti byla odhadnuta konstanta hyperjemné interakce mezi vodíkovým jádrem a volným elektronem radikálu kolem 8·10-28 J. Bylo zjištěno, že doba života vodíkových vazeb mezi alkoholem a radikálem je v řádu 10-11 s, nebo delší.

The thesis deals with study of deuterated ethanol and butanol (ethyl-D5 alcohol, butyl-D9 alcohol) with a small amount (0 to 1.5% weight) of dissolved stable free radical TEMPO by methods of NMR. This system is used in polarized targets for high energy experiments. The linear dependence of spin-lattice and spin-spin relaxation rate of hydrogen nuclei from OH group of an alcohol on the radical concentration and dependence of the relaxation rates decreasing with temperature (in range from 250 to 298K) were obtained. The T1/T2 ratio from 1.3 to 2.0 was calculated. This was interpreted as an effect of a contact interaction via hydrogen bond between alcohol and radical molecules. The linear dependence of the resonance frequency of hydrogen nuclei from OH group on the radical concentration was obtained. The slope of the dependence line didn't change with temperature. Using this dependence the hyperfine constant of the interaction between hydrogen nucleus and the free electron of the radical was estimated approximately 8·10-28 J. It was found out that the lifetime of the hydrogen bonds between alcohol and radical molecules are about 10-11 s or longer.