एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी। नौसिखियों के लिए एनएमआर, या परमाणु चुंबकीय अनुनाद बुनियादी एनएमआर तकनीक के बारे में दस बुनियादी तथ्य

1. घटना का सार

   सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यद्यपि इस घटना के नाम में "परमाणु" शब्द शामिल है, एनएमआर का परमाणु भौतिकी से कोई लेना-देना नहीं है और इसका रेडियोधर्मिता से कोई लेना-देना नहीं है। यदि हम सख्त विवरण के बारे में बात करते हैं, तो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के बिना कोई रास्ता नहीं है। इन कानूनों के अनुसार, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ चुंबकीय कोर की बातचीत की ऊर्जा केवल कुछ अलग मान ले सकती है। यदि चुंबकीय नाभिक को एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र से विकिरणित किया जाता है, जिसकी आवृत्ति आवृत्ति इकाइयों में व्यक्त इन असतत ऊर्जा स्तरों के बीच अंतर से मेल खाती है, तो चुंबकीय नाभिक वैकल्पिक ऊर्जा को अवशोषित करते हुए एक स्तर से दूसरे स्तर पर जाना शुरू कर देते हैं। मैदान। यह चुंबकीय अनुनाद की घटना है. यह स्पष्टीकरण औपचारिक रूप से सही है, लेकिन बहुत स्पष्ट नहीं है। क्वांटम यांत्रिकी के बिना, एक और व्याख्या है। चुंबकीय कोर की कल्पना एक विद्युत आवेशित गेंद के रूप में की जा सकती है जो अपनी धुरी पर घूमती है (हालाँकि, सख्ती से कहें तो, ऐसा नहीं है)। इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के अनुसार, चार्ज के घूमने से एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति होती है, यानी, नाभिक का चुंबकीय क्षण, जो रोटेशन की धुरी के साथ निर्देशित होता है। यदि इस चुंबकीय क्षण को एक स्थिर बाहरी क्षेत्र में रखा जाता है, तो इस क्षण का वेक्टर बाहरी क्षेत्र की दिशा के चारों ओर घूमना शुरू कर देता है। उसी तरह, शीर्ष की धुरी ऊर्ध्वाधर के चारों ओर घूमती है (घूमती है) यदि इसे सख्ती से लंबवत रूप से नहीं, बल्कि एक निश्चित कोण पर घुमाया जाता है। इस मामले में, चुंबकीय क्षेत्र की भूमिका गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा निभाई जाती है।

   पूर्वसर्ग आवृत्ति नाभिक के गुणों और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत दोनों द्वारा निर्धारित की जाती है: क्षेत्र जितना मजबूत होगा, आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी। फिर, यदि, एक निरंतर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के अलावा, कोर एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित होता है, तो कोर इस क्षेत्र के साथ बातचीत करना शुरू कर देता है - ऐसा लगता है कि कोर अधिक मजबूती से स्विंग कर रहा है, पूर्ववर्ती आयाम बढ़ जाता है, और कोर परिवर्तनशील क्षेत्र की ऊर्जा को अवशोषित करता है। हालाँकि, यह केवल अनुनाद की स्थिति के तहत होगा, यानी, पूर्वसर्ग आवृत्ति और बाहरी वैकल्पिक क्षेत्र की आवृत्ति का संयोग। यह स्कूल भौतिकी के क्लासिक उदाहरण के समान है - सैनिक एक पुल के पार मार्च कर रहे हैं। यदि कदम की आवृत्ति पुल की प्राकृतिक आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो पुल अधिक से अधिक झूलता है। प्रयोगात्मक रूप से, यह घटना एक वैकल्पिक क्षेत्र के अवशोषण की उसकी आवृत्ति पर निर्भरता में प्रकट होती है। अनुनाद के क्षण में, अवशोषण तेजी से बढ़ता है, और सबसे सरल चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रम इस तरह दिखता है:

   

2. फूरियर रूपांतरण स्पेक्ट्रोस्कोपी

   पहले एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर बिल्कुल ऊपर वर्णित अनुसार काम करते थे - नमूना एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया था, और रेडियो फ्रीक्वेंसी विकिरण लगातार उस पर लागू किया गया था। फिर या तो प्रत्यावर्ती क्षेत्र की आवृत्ति या स्थिर चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता सुचारू रूप से भिन्न होती है। वैकल्पिक क्षेत्र ऊर्जा का अवशोषण एक रेडियो फ़्रीक्वेंसी ब्रिज द्वारा रिकॉर्ड किया गया था, जिससे सिग्नल एक रिकॉर्डर या ऑसिलोस्कोप को आउटपुट किया गया था। लेकिन सिग्नल रिकॉर्डिंग की इस पद्धति का उपयोग लंबे समय से नहीं किया गया है। आधुनिक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर में, स्पेक्ट्रम को दालों का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जाता है। नाभिक के चुंबकीय क्षण एक छोटे शक्तिशाली नाड़ी द्वारा उत्तेजित होते हैं, जिसके बाद स्वतंत्र रूप से पूर्ववर्ती चुंबकीय क्षणों द्वारा आरएफ कॉइल में प्रेरित संकेत रिकॉर्ड किया जाता है। जैसे-जैसे चुंबकीय क्षण संतुलन में लौटते हैं, यह संकेत धीरे-धीरे कम होकर शून्य हो जाता है (इस प्रक्रिया को चुंबकीय विश्राम कहा जाता है)। फूरियर ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके इस सिग्नल से एनएमआर स्पेक्ट्रम प्राप्त किया जाता है। यह एक मानक गणितीय प्रक्रिया है जो आपको किसी भी सिग्नल को फ़्रीक्वेंसी हार्मोनिक्स में विघटित करने की अनुमति देती है और इस प्रकार इस सिग्नल का फ़्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम प्राप्त करती है। स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करने की यह विधि आपको शोर के स्तर को काफी कम करने और प्रयोगों को बहुत तेजी से संचालित करने की अनुमति देती है।

   

   स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करने के लिए एक रोमांचक पल्स सबसे सरल एनएमआर प्रयोग है। हालाँकि, एक प्रयोग में अलग-अलग अवधि, आयाम, उनके बीच अलग-अलग देरी आदि के कई ऐसे स्पंदन हो सकते हैं, जो इस बात पर निर्भर करता है कि शोधकर्ता को परमाणु चुंबकीय क्षणों की प्रणाली के साथ किस प्रकार के हेरफेर की आवश्यकता है। हालाँकि, इनमें से लगभग सभी पल्स अनुक्रम एक ही चीज़ में समाप्त होते हैं - एक फ्री प्रीसेशन सिग्नल को रिकॉर्ड करना जिसके बाद फूरियर ट्रांसफॉर्म होता है।

3. पदार्थ में चुंबकीय अंतःक्रिया

   चुंबकीय अनुनाद अपने आप में एक दिलचस्प भौतिक घटना से अधिक कुछ नहीं रहेगा यदि यह एक दूसरे के साथ और अणु के इलेक्ट्रॉन खोल के साथ नाभिक की चुंबकीय बातचीत के लिए नहीं था। ये इंटरैक्शन अनुनाद मापदंडों को प्रभावित करते हैं, और उनकी मदद से, एनएमआर विधि अणुओं के गुणों के बारे में विभिन्न प्रकार की जानकारी प्रदान कर सकती है - उनका अभिविन्यास, स्थानिक संरचना (संरचना), अंतर-आणविक इंटरैक्शन, रासायनिक विनिमय, घूर्णी और अनुवाद संबंधी गतिशीलता। इसके लिए धन्यवाद, एनएमआर आणविक स्तर पर पदार्थों का अध्ययन करने के लिए एक बहुत शक्तिशाली उपकरण बन गया है, जिसका व्यापक रूप से न केवल भौतिकी में, बल्कि मुख्य रूप से रसायन विज्ञान और आणविक जीव विज्ञान में उपयोग किया जाता है। ऐसी ही एक अंतःक्रिया का एक उदाहरण तथाकथित रासायनिक बदलाव है। इसका सार इस प्रकार है: एक अणु का इलेक्ट्रॉन खोल बाहरी चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करता है और इसे स्क्रीन करने का प्रयास करता है - चुंबकीय क्षेत्र की आंशिक स्क्रीनिंग सभी प्रतिचुंबकीय पदार्थों में होती है। इसका मतलब यह है कि अणु में चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से बहुत कम मात्रा में भिन्न होगा, जिसे रासायनिक बदलाव कहा जाता है। हालाँकि, अणु के विभिन्न भागों में इलेक्ट्रॉन शेल के गुण भिन्न होते हैं, और रासायनिक बदलाव भी भिन्न होता है। तदनुसार, अणु के विभिन्न भागों में नाभिक के लिए अनुनाद की स्थिति भी भिन्न होगी। इससे स्पेक्ट्रम में रासायनिक रूप से गैर-समतुल्य नाभिकों को अलग करना संभव हो जाता है। उदाहरण के लिए, यदि हम शुद्ध पानी के हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) का स्पेक्ट्रम लें, तो केवल एक ही रेखा होगी, क्योंकि H2O अणु में दोनों प्रोटॉन बिल्कुल समान हैं। लेकिन मिथाइल अल्कोहल सीएच 3 ओएच के लिए स्पेक्ट्रम में पहले से ही दो लाइनें होंगी (यदि हम अन्य चुंबकीय इंटरैक्शन की उपेक्षा करते हैं), क्योंकि प्रोटॉन दो प्रकार के होते हैं - मिथाइल समूह सीएच 3 के प्रोटॉन और ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े प्रोटॉन। जैसे-जैसे अणु अधिक जटिल होते जाएंगे, रेखाओं की संख्या बढ़ती जाएगी, और यदि हम इतने बड़े और जटिल अणु को प्रोटीन के रूप में लें, तो इस मामले में स्पेक्ट्रम कुछ इस तरह दिखेगा:

   

4. चुंबकीय कोर

   एनएमआर को विभिन्न नाभिकों पर देखा जा सकता है, लेकिन यह कहा जाना चाहिए कि सभी नाभिकों में चुंबकीय क्षण नहीं होता है। अक्सर ऐसा होता है कि कुछ आइसोटोप में चुंबकीय क्षण होता है, लेकिन उसी नाभिक के अन्य आइसोटोप में नहीं होता है। कुल मिलाकर, विभिन्न रासायनिक तत्वों के सौ से अधिक आइसोटोप हैं जिनमें चुंबकीय नाभिक होते हैं, लेकिन शोध में आमतौर पर 1520 से अधिक चुंबकीय नाभिक का उपयोग नहीं किया जाता है, बाकी सब कुछ विदेशी है। प्रत्येक नाभिक में चुंबकीय क्षेत्र और पूर्वसर्ग आवृत्ति का अपना विशिष्ट अनुपात होता है, जिसे जाइरोमैग्नेटिक अनुपात कहा जाता है। सभी नाभिकों के लिए ये संबंध ज्ञात हैं। उनका उपयोग करके, आप उस आवृत्ति का चयन कर सकते हैं जिस पर, किसी दिए गए चुंबकीय क्षेत्र के तहत, शोधकर्ता को आवश्यक नाभिक से एक संकेत देखा जाएगा।

   एनएमआर के लिए सबसे महत्वपूर्ण नाभिक प्रोटॉन हैं। वे प्रकृति में सबसे प्रचुर मात्रा में हैं, और उनमें बहुत अधिक संवेदनशीलता है। कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के नाभिक रसायन विज्ञान और जीवविज्ञान के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, लेकिन वैज्ञानिकों को उनके साथ ज्यादा भाग्य नहीं मिला है: कार्बन और ऑक्सीजन के सबसे आम आइसोटोप, 12 सी और 16 ओ में चुंबकीय क्षण नहीं होता है, प्राकृतिक नाइट्रोजन के आइसोटोप 14 एन में एक क्षण होता है, लेकिन कई कारणों से यह प्रयोगों के लिए बहुत असुविधाजनक है। ऐसे आइसोटोप 13 सी, 15 एन और 17 ओ हैं जो एनएमआर प्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं, लेकिन उनकी प्राकृतिक प्रचुरता बहुत कम है और प्रोटॉन की तुलना में उनकी संवेदनशीलता बहुत कम है। इसलिए, एनएमआर अध्ययन के लिए अक्सर विशेष आइसोटोप-समृद्ध नमूने तैयार किए जाते हैं, जिसमें किसी विशेष नाभिक के प्राकृतिक आइसोटोप को प्रयोगों के लिए आवश्यक आइसोटोप से बदल दिया जाता है। ज्यादातर मामलों में, यह प्रक्रिया बहुत कठिन और महंगी होती है, लेकिन कभी-कभी यह आवश्यक जानकारी प्राप्त करने का एकमात्र अवसर होता है।

5. इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय और चतुर्ध्रुव अनुनाद

   एनएमआर के बारे में बोलते हुए, कोई भी दो अन्य संबंधित भौतिक घटनाओं - इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस (ईपीआर) और न्यूक्लियर क्वाड्रुपोल रेजोनेंस (एनक्यूआर) का उल्लेख करने से नहीं चूक सकता। ईपीआर अनिवार्य रूप से एनएमआर के समान है, अंतर यह है कि प्रतिध्वनि परमाणु नाभिक के नहीं, बल्कि परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल के चुंबकीय क्षणों में देखी जाती है। ईपीआर केवल उन अणुओं या रासायनिक समूहों में देखा जा सकता है जिनके इलेक्ट्रॉन शेल में एक तथाकथित अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, तो शेल में एक गैर-शून्य चुंबकीय क्षण होता है। ऐसे पदार्थों को अनुचुम्बक कहा जाता है। एनएमआर की तरह ईपीआर का उपयोग भी आणविक स्तर पर पदार्थों के विभिन्न संरचनात्मक और गतिशील गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, लेकिन इसके उपयोग का दायरा काफी संकीर्ण है। यह मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण है कि अधिकांश अणुओं में, विशेष रूप से जीवित प्रकृति में, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। कुछ मामलों में, आप एक तथाकथित पैरामैग्नेटिक जांच का उपयोग कर सकते हैं, यानी, एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन वाला एक रासायनिक समूह जो अध्ययन के तहत अणु से बांधता है। लेकिन इस दृष्टिकोण के स्पष्ट नुकसान हैं जो इस पद्धति की क्षमताओं को सीमित करते हैं। इसके अलावा, ईपीआर में एनएमआर की तरह इतना उच्च वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन (यानी, स्पेक्ट्रम में एक पंक्ति को दूसरे से अलग करने की क्षमता) नहीं है।

   एनक्यूआर की प्रकृति को "उंगलियों पर" समझाना सबसे कठिन है। कुछ नाभिकों में वह होता है जिसे विद्युत चतुर्ध्रुव आघूर्ण कहते हैं। यह क्षण गोलाकार समरूपता से नाभिक के विद्युत आवेश के वितरण के विचलन को दर्शाता है। पदार्थ की क्रिस्टलीय संरचना द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र की ढाल के साथ इस क्षण की परस्पर क्रिया से नाभिक के ऊर्जा स्तर का विभाजन होता है। इस मामले में, कोई इन स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप आवृत्ति पर प्रतिध्वनि देख सकता है। एनएमआर और ईपीआर के विपरीत, एनक्यूआर को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि स्तर का विभाजन इसके बिना होता है। एनक्यूआर का उपयोग पदार्थों का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है, लेकिन इसके अनुप्रयोग का दायरा ईपीआर की तुलना में भी संकीर्ण है।

6. एनएमआर के फायदे और नुकसान

   

   अणुओं के अध्ययन के लिए एनएमआर सबसे शक्तिशाली और सूचनाप्रद तरीका है। स्पष्ट रूप से कहें तो यह एक विधि नहीं है, यह बड़ी संख्या में विभिन्न प्रकार के प्रयोग हैं, अर्थात् नाड़ी क्रम। हालाँकि ये सभी एनएमआर की घटना पर आधारित हैं, इनमें से प्रत्येक प्रयोग कुछ विशिष्ट विशिष्ट जानकारी प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इन प्रयोगों की संख्या सैकड़ों नहीं तो कई दसियों में मापी जाती है। सैद्धांतिक रूप से, एनएमआर, यदि सब कुछ नहीं, तो लगभग सब कुछ कर सकता है जो अणुओं की संरचना और गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए अन्य सभी प्रायोगिक तरीके कर सकते हैं, हालांकि व्यवहार में यह संभव है, निश्चित रूप से, हमेशा नहीं। एनएमआर का एक मुख्य लाभ यह है कि, एक ओर, इसकी प्राकृतिक जांच, यानी चुंबकीय नाभिक, पूरे अणु में वितरित होते हैं, और दूसरी ओर, यह इन नाभिकों को एक दूसरे से अलग करने और स्थानिक रूप से चयनात्मक डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है। अणु के गुणों पर. लगभग सभी अन्य विधियाँ या तो पूरे अणु का औसत या उसके केवल एक हिस्से के बारे में जानकारी प्रदान करती हैं।

   एनएमआर के दो मुख्य नुकसान हैं। सबसे पहले, यह अधिकांश अन्य प्रायोगिक तरीकों (ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी, प्रतिदीप्ति, ईपीआर, आदि) की तुलना में कम संवेदनशीलता है। इससे यह तथ्य सामने आता है कि शोर को औसत करने के लिए सिग्नल को लंबे समय तक जमा करना होगा। कुछ मामलों में, एनएमआर प्रयोग कई हफ्तों तक भी किया जा सकता है। दूसरे, यह महंगा है. एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर सबसे महंगे वैज्ञानिक उपकरणों में से हैं, जिनकी कीमत कम से कम सैकड़ों हजारों डॉलर है, और सबसे महंगे स्पेक्ट्रोमीटर की कीमत कई मिलियन है। सभी प्रयोगशालाएँ, विशेषकर रूस में, ऐसे वैज्ञानिक उपकरण रखने में सक्षम नहीं हैं।

7. एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के लिए मैग्नेट

   स्पेक्ट्रोमीटर के सबसे महत्वपूर्ण और महंगे हिस्सों में से एक चुंबक है, जो एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। क्षेत्र जितना मजबूत होगा, संवेदनशीलता और वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन उतना ही अधिक होगा, इसलिए वैज्ञानिक और इंजीनियर लगातार क्षेत्रों को यथासंभव उच्च बनाने की कोशिश कर रहे हैं। चुंबकीय क्षेत्र सोलनॉइड में विद्युत प्रवाह द्वारा निर्मित होता है - धारा जितनी मजबूत होगी, क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा। हालाँकि, करंट को अनिश्चित काल तक बढ़ाना असंभव है; बहुत अधिक करंट पर, सोलनॉइड तार बस पिघलना शुरू हो जाएगा। इसलिए, बहुत लंबे समय से, उच्च-क्षेत्र एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर ने सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग किया है, यानी, मैग्नेट जिसमें सोलनॉइड तार सुपरकंडक्टिंग स्थिति में है। इस मामले में, तार का विद्युत प्रतिरोध शून्य है, और किसी भी वर्तमान मूल्य पर कोई ऊर्जा जारी नहीं होती है। अतिचालक अवस्था केवल बहुत कम तापमान पर ही प्राप्त की जा सकती है, केवल कुछ डिग्री केल्विन, तरल हीलियम का तापमान। (उच्च तापमान अतिचालकता अभी भी विशुद्ध रूप से मौलिक अनुसंधान का क्षेत्र है।) इतने कम तापमान के रखरखाव के साथ ही मैग्नेट के डिजाइन और उत्पादन में सभी तकनीकी कठिनाइयां जुड़ी हुई हैं, जो उन्हें महंगा बनाती हैं। एक अतिचालक चुंबक थर्मस-मैत्रियोश्का के सिद्धांत पर बनाया गया है। सोलनॉइड केंद्र में, निर्वात कक्ष में स्थित होता है। यह तरल हीलियम युक्त एक आवरण से घिरा हुआ है। यह खोल एक निर्वात परत के माध्यम से तरल नाइट्रोजन के एक खोल से घिरा हुआ है। तरल नाइट्रोजन का तापमान शून्य से 196 डिग्री सेल्सियस कम है; यह सुनिश्चित करने के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है कि हीलियम यथासंभव धीरे-धीरे वाष्पित हो। अंत में, नाइट्रोजन शेल को बाहरी वैक्यूम परत द्वारा कमरे के तापमान से अलग किया जाता है। ऐसी प्रणाली सुपरकंडक्टिंग चुंबक के वांछित तापमान को बहुत लंबे समय तक बनाए रखने में सक्षम है, हालांकि इसके लिए चुंबक में नियमित रूप से तरल नाइट्रोजन और हीलियम जोड़ने की आवश्यकता होती है। ऐसे चुम्बकों का लाभ, उच्च चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने की क्षमता के अलावा, यह भी है कि वे ऊर्जा की खपत नहीं करते हैं: चुंबक शुरू करने के बाद, कई वर्षों तक वस्तुतः बिना किसी नुकसान के सुपरकंडक्टिंग तारों के माध्यम से करंट चलता है।

8. टोमोग्राफी

   पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर में, वे चुंबकीय क्षेत्र को यथासंभव एक समान बनाने का प्रयास करते हैं, वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन में सुधार के लिए यह आवश्यक है। लेकिन अगर इसके विपरीत, नमूने के अंदर चुंबकीय क्षेत्र को बहुत अमानवीय बना दिया जाता है, तो यह एनएमआर के उपयोग के लिए मौलिक रूप से नई संभावनाएं खोलता है। क्षेत्र की अमानवीयता तथाकथित ग्रेडिएंट कॉइल्स द्वारा बनाई जाती है, जो मुख्य चुंबक के साथ मिलकर काम करती हैं। इस मामले में, नमूने के विभिन्न हिस्सों में चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण अलग-अलग होगा, जिसका अर्थ है कि एनएमआर सिग्नल को पारंपरिक स्पेक्ट्रोमीटर की तरह पूरे नमूने से नहीं, बल्कि केवल इसकी संकीर्ण परत से देखा जा सकता है, जिसके लिए अनुनाद शर्तें पूरी होती हैं, यानी चुंबकीय क्षेत्र और आवृत्ति के बीच वांछित संबंध। चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण को बदलकर (या, जो अनिवार्य रूप से एक ही चीज़ है, सिग्नल अवलोकन की आवृत्ति), आप उस परत को बदल सकते हैं जो सिग्नल उत्पन्न करेगी। इस तरह, नमूने को उसकी पूरी मात्रा में "स्कैन" करना और किसी भी यांत्रिक तरीके से नमूने को नष्ट किए बिना उसकी आंतरिक त्रि-आयामी संरचना को "देखना" संभव है। आज तक, बड़ी संख्या में तकनीकें विकसित की गई हैं जो नमूने के अंदर स्थानिक संकल्प के साथ विभिन्न एनएमआर मापदंडों (वर्णक्रमीय विशेषताओं, चुंबकीय विश्राम समय, आत्म-प्रसार दर और कुछ अन्य) को मापना संभव बनाती हैं। व्यावहारिक दृष्टिकोण से सबसे दिलचस्प और महत्वपूर्ण, एनएमआर टोमोग्राफी का अनुप्रयोग चिकित्सा में पाया गया। इस मामले में, जिस "नमूने" का अध्ययन किया जा रहा है वह मानव शरीर है। ऑन्कोलॉजी से लेकर प्रसूति तक चिकित्सा के विभिन्न क्षेत्रों में एनएमआर इमेजिंग सबसे प्रभावी और सुरक्षित (लेकिन महंगा भी) निदान उपकरणों में से एक है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि डॉक्टर इस पद्धति के नाम में "परमाणु" शब्द का उपयोग नहीं करते हैं, क्योंकि कुछ मरीज़ इसे परमाणु प्रतिक्रियाओं और परमाणु बम से जोड़ते हैं।

9. खोज का इतिहास

   

   एनएमआर की खोज का वर्ष 1945 माना जाता है, जब स्टैनफोर्ड के अमेरिकी फेलिक्स बलोच और उनसे स्वतंत्र रूप से हार्वर्ड के एडवर्ड परसेल और रॉबर्ट पाउंड ने पहली बार प्रोटॉन पर एनएमआर सिग्नल देखा था। उस समय तक, परमाणु चुंबकत्व की प्रकृति के बारे में बहुत कुछ पहले से ही ज्ञात था, एनएमआर प्रभाव की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई थी, और इसे प्रयोगात्मक रूप से देखने के लिए कई प्रयास किए गए थे। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एक साल पहले सोवियत संघ में, कज़ान में, ईपीआर घटना की खोज एवगेनी ज़ावोइस्की ने की थी। अब यह सर्वविदित है कि ज़ावोइस्की ने भी एनएमआर सिग्नल का अवलोकन किया था, यह युद्ध से पहले, 1941 में हुआ था। हालाँकि, उनके पास खराब क्षेत्र एकरूपता वाला निम्न-गुणवत्ता वाला चुंबक था; परिणाम खराब रूप से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य थे और इसलिए अप्रकाशित रह गए। निष्पक्ष होने के लिए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ज़ावोइस्की एकमात्र व्यक्ति नहीं था जिसने एनएमआर को उसकी "आधिकारिक" खोज से पहले देखा था। विशेष रूप से, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी इसिडोर रबी (परमाणु और आणविक बीम में नाभिक के चुंबकीय गुणों के अध्ययन के लिए 1944 में नोबेल पुरस्कार विजेता) ने भी 30 के दशक के अंत में एनएमआर का अवलोकन किया, लेकिन इसे एक वाद्य कलाकृति माना। किसी न किसी रूप में, हमारा देश चुंबकीय अनुनाद की प्रायोगिक पहचान में प्राथमिकता बरकरार रखता है। हालाँकि युद्ध के तुरंत बाद ज़ावोइस्की ने स्वयं अन्य समस्याओं से निपटना शुरू कर दिया, लेकिन उनकी खोज ने कज़ान में विज्ञान के विकास में बहुत बड़ी भूमिका निभाई। कज़ान अभी भी ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए दुनिया के अग्रणी वैज्ञानिक केंद्रों में से एक बना हुआ है।

10. चुंबकीय अनुनाद में नोबेल पुरस्कार

    20वीं सदी के पूर्वार्ध में, कई नोबेल पुरस्कार उन वैज्ञानिकों को दिए गए जिनके काम के बिना एनएमआर की खोज नहीं हो सकती थी। इनमें पीटर ज़ीमैन, ओटो स्टर्न, इसिडोर रबी, वोल्फगैंग पाउली शामिल हैं। लेकिन चार नोबेल पुरस्कार सीधे तौर पर एनएमआर से संबंधित थे। 1952 में, परमाणु चुंबकीय अनुनाद की खोज के लिए फेलिक्स बलोच और एडवर्ड परसेल को पुरस्कार प्रदान किया गया था। यह भौतिकी में एकमात्र "एनएमआर" नोबेल पुरस्कार है। 1991 में, ज्यूरिख में प्रसिद्ध ईटीएच में काम करने वाले स्विस रिचर्ड अर्न्स्ट को रसायन विज्ञान में पुरस्कार मिला। उन्हें बहुआयामी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों के विकास के लिए यह पुरस्कार दिया गया, जिससे एनएमआर प्रयोगों की सूचना सामग्री को मौलिक रूप से बढ़ाना संभव हो गया। 2002 में, रसायन विज्ञान में भी पुरस्कार के विजेता कर्ट वुथ्रिच थे, जिन्होंने अर्न्स्ट के साथ उसी तकनीकी स्कूल में पड़ोसी इमारतों में काम किया था। उन्हें घोल में प्रोटीन की त्रि-आयामी संरचना निर्धारित करने के तरीके विकसित करने के लिए पुरस्कार मिला। पहले, बड़े बायोमैक्रोमोलेक्यूल्स की स्थानिक संरचना निर्धारित करने की एकमात्र विधि एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण थी। अंत में, 2003 में, अमेरिकी पॉल लॉटरबर और अंग्रेज पीटर मैन्सफील्ड को एनएमआर टोमोग्राफी के आविष्कार के लिए चिकित्सा पुरस्कार मिला। अफसोस, ईपीआर के सोवियत खोजकर्ता ई.के. ज़ावोइस्की को नोबेल पुरस्कार नहीं मिला।

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी एक गैर-विनाशकारी विश्लेषण पद्धति है। आधुनिक स्पंदित एनएमआर फूरियर स्पेक्ट्रोस्कोपी 80 मैग पर विश्लेषण की अनुमति देती है। कोर. एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी इनमें से एक प्रमुख है। भौतिक-रसायन. विश्लेषण के तरीकों में, इसके डेटा का उपयोग अंतराल के रूप में स्पष्ट पहचान के लिए किया जाता है। रासायनिक उत्पाद r-tions, और लक्ष्य इन-इन। संरचनात्मक असाइनमेंट और मात्रा के अलावा. विश्लेषण, एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी गठनात्मक संतुलन, ठोस पदार्थों में परमाणुओं और अणुओं के प्रसार, आंतरिक के बारे में जानकारी लाती है। गति, हाइड्रोजन बांड और तरल पदार्थों में जुड़ाव, कीटो-एनोल टॉटोमेरिज्म, मेटालो- और प्रोटोट्रॉपी, बहुलक श्रृंखलाओं में इकाइयों का क्रम और वितरण, पदार्थों का सोखना, आयनिक क्रिस्टल की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, तरल क्रिस्टल, आदि। एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी जानकारी का एक स्रोत है बायोपॉलिमर की संरचना पर, समाधान में प्रोटीन अणुओं सहित, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के डेटा की विश्वसनीयता में तुलनीय। 80 के दशक में जटिल रोगों के निदान और जनसंख्या की चिकित्सा जांच के लिए चिकित्सा में एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी और टोमोग्राफी विधियों का तेजी से परिचय शुरू हुआ।
एनएमआर स्पेक्ट्रा में रेखाओं की संख्या और स्थिति स्पष्ट रूप से कच्चे तेल, सिंथेटिक के सभी अंशों की विशेषता बताती है। रबर, प्लास्टिक, शेल, कोयला, दवाइयाँ, औषधियाँ, रासायनिक उत्पाद। और फार्मास्युटिकल प्रोम-एसटीआई, आदि
पानी या तेल की एनएमआर लाइन की तीव्रता और चौड़ाई से बीजों की नमी और तेल की मात्रा और अनाज की सुरक्षा को सटीक रूप से मापना संभव हो जाता है। पानी के संकेतों से अलग होने पर, प्रत्येक अनाज में ग्लूटेन सामग्री को रिकॉर्ड करना संभव है, जो तेल सामग्री विश्लेषण की तरह, त्वरित कृषि चयन की अनुमति देता है। फसलें
तेजी से मजबूत चुम्बकों का उपयोग। फ़ील्ड (सीरियल उपकरणों में 14 टी तक और प्रयोगात्मक प्रतिष्ठानों में 19 टी तक) समाधान में प्रोटीन अणुओं की संरचना को पूरी तरह से निर्धारित करने की क्षमता प्रदान करता है, बायोल का व्यक्त विश्लेषण। तरल पदार्थ (रक्त, मूत्र, लसीका, मस्तिष्कमेरु द्रव में अंतर्जात चयापचयों की सांद्रता), नई बहुलक सामग्री का गुणवत्ता नियंत्रण। इस मामले में, मल्टीक्वांटम और मल्टीडायमेंशनल फूरियर स्पेक्ट्रोस्कोपी के कई वेरिएंट का उपयोग किया जाता है। तकनीकें.
एनएमआर परिघटना की खोज एफ. बलोच और ई. परसेल (1946) ने की थी, जिसके लिए उन्हें नोबेल पुरस्कार (1952) से सम्मानित किया गया था।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद की घटना का उपयोग न केवल भौतिकी और रसायन विज्ञान में, बल्कि चिकित्सा में भी किया जा सकता है: मानव शरीर समान कार्बनिक और अकार्बनिक अणुओं का एक संग्रह है।
इस घटना का निरीक्षण करने के लिए, एक वस्तु को एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और रेडियो आवृत्ति और क्रमिक चुंबकीय क्षेत्रों के संपर्क में लाया जाता है। अध्ययन के तहत वस्तु के चारों ओर प्रारंभ करनेवाला कुंडल में, एक वैकल्पिक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) उत्पन्न होता है, जिसके आयाम-आवृत्ति स्पेक्ट्रम और समय-क्षणिक विशेषताओं में गूंजने वाले परमाणु नाभिक के स्थानिक घनत्व के साथ-साथ केवल विशिष्ट अन्य मापदंडों के बारे में जानकारी होती है। नाभिकीय चुबकीय अनुनाद। इस जानकारी का कंप्यूटर प्रसंस्करण एक त्रि-आयामी छवि उत्पन्न करता है जो रासायनिक रूप से समतुल्य नाभिक के घनत्व, परमाणु चुंबकीय अनुनाद विश्राम समय, द्रव प्रवाह दर के वितरण, अणुओं के प्रसार और जीवित ऊतकों में जैव रासायनिक चयापचय प्रक्रियाओं की विशेषता बताता है।
एनएमआर इंट्रोस्कोपी (या चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) का सार, वास्तव में, परमाणु चुंबकीय अनुनाद संकेत के आयाम के एक विशेष प्रकार के मात्रात्मक विश्लेषण का कार्यान्वयन है। पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में, व्यक्ति वर्णक्रमीय रेखाओं का सर्वोत्तम संभव रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने का प्रयास करता है। इसे प्राप्त करने के लिए, चुंबकीय प्रणालियों को इस तरह से समायोजित किया जाता है ताकि नमूने के भीतर सर्वोत्तम संभव क्षेत्र एकरूपता बनाई जा सके। इसके विपरीत, एनएमआर इंट्रोस्कोपी विधियों में, निर्मित चुंबकीय क्षेत्र स्पष्ट रूप से गैर-समान होता है। फिर यह उम्मीद करने का कारण है कि नमूने के प्रत्येक बिंदु पर परमाणु चुंबकीय अनुनाद की आवृत्ति का अपना मूल्य है, जो अन्य भागों के मूल्यों से भिन्न है। एनएमआर सिग्नल (मॉनिटर स्क्रीन पर चमक या रंग) के आयाम के उन्नयन के लिए कोई भी कोड सेट करके, आप ऑब्जेक्ट की आंतरिक संरचना के अनुभागों की एक पारंपरिक छवि (टोमोग्राम) प्राप्त कर सकते हैं।
एनएमआर इंट्रोस्कोपी और एनएमआर टोमोग्राफी का आविष्कार दुनिया में सबसे पहले 1960 में वी. ए. इवानोव ने किया था। एक अक्षम विशेषज्ञ ने एक आविष्कार (विधि और उपकरण) के लिए आवेदन को "... प्रस्तावित समाधान की स्पष्ट बेकारता के कारण" अस्वीकार कर दिया, इसलिए इसके लिए कॉपीराइट प्रमाणपत्र केवल 10 साल से अधिक समय बाद जारी किया गया था। इस प्रकार, यह आधिकारिक तौर पर मान्यता प्राप्त है कि एनएमआर टोमोग्राफी के लेखक नीचे सूचीबद्ध नोबेल पुरस्कार विजेताओं की टीम नहीं हैं, बल्कि एक रूसी वैज्ञानिक हैं। इस कानूनी तथ्य के बावजूद, एनएमआर टोमोग्राफी के लिए नोबेल पुरस्कार वी. ए. इवानोव को नहीं दिया गया।

स्पेक्ट्रा के सटीक अध्ययन के लिए, प्रकाश किरण और प्रिज्म को सीमित करने वाली एक संकीर्ण भट्ठा जैसे सरल उपकरण अब पर्याप्त नहीं हैं। ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो एक स्पष्ट स्पेक्ट्रम प्रदान करते हैं, यानी, ऐसे उपकरण जो अलग-अलग लंबाई की तरंगों को अच्छी तरह से अलग कर सकते हैं और स्पेक्ट्रम के अलग-अलग हिस्सों को ओवरलैप नहीं होने देते हैं। ऐसे उपकरणों को स्पेक्ट्रल उपकरण कहा जाता है। अक्सर, वर्णक्रमीय तंत्र का मुख्य भाग एक प्रिज्म या विवर्तन झंझरी होता है।

इलेक्ट्रॉनिक पैरामैग्नेटिक अनुनाद

विधि का सार

इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद की घटना का सार अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का गुंजयमान अवशोषण है। एक इलेक्ट्रॉन में एक स्पिन और एक संबद्ध चुंबकीय क्षण होता है।

यदि हम परिणामी कोणीय गति J के साथ एक मुक्त रेडिकल को B 0 शक्ति वाले चुंबकीय क्षेत्र में रखते हैं, तो J गैरशून्य के लिए, चुंबकीय क्षेत्र में विकृति दूर हो जाती है, और चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, 2J+1 स्तर उत्पन्न होते हैं, जिनकी स्थिति अभिव्यक्ति द्वारा वर्णित है: W =gβB 0 M, (जहां M = +J, +J-1, …-J) और चुंबकीय क्षण के साथ चुंबकीय क्षेत्र की ज़ीमन इंटरैक्शन द्वारा निर्धारित किया जाता है जे. इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों का विभाजन चित्र में दिखाया गया है।

एक स्थिर (ए) और वैकल्पिक (बी) क्षेत्र में परमाणु स्पिन 1 के साथ एक परमाणु के लिए ऊर्जा स्तर और अनुमत संक्रमण।

यदि अब हम आवृत्ति ν के साथ एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर बी 0 के लंबवत विमान में ध्रुवीकृत, अनुचुंबकीय केंद्र पर लागू करते हैं, तो यह चुंबकीय द्विध्रुवीय संक्रमण का कारण बनेगा जो चयन नियम ΔM = 1 का पालन करता है। जब की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण फोटोइलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंग की ऊर्जा के साथ मेल खाता है, एक गुंजयमान प्रतिक्रिया माइक्रोवेव विकिरण का अवशोषण होगी। इस प्रकार, अनुनाद स्थिति मौलिक चुंबकीय अनुनाद संबंध द्वारा निर्धारित होती है

यदि स्तरों के बीच जनसंख्या अंतर है तो माइक्रोवेव क्षेत्र ऊर्जा का अवशोषण देखा जाता है।

थर्मल संतुलन पर, ज़ीमन स्तरों की आबादी में एक छोटा सा अंतर होता है, जो बोल्ट्ज़मैन वितरण = exp(gβB 0 /kT) द्वारा निर्धारित होता है। ऐसी प्रणाली में, जब संक्रमण उत्तेजित होते हैं, तो ऊर्जा उपस्तरों की आबादी की समानता बहुत जल्दी होनी चाहिए और माइक्रोवेव क्षेत्र का अवशोषण गायब हो जाना चाहिए। हालाँकि, वास्तव में कई अलग-अलग इंटरैक्शन तंत्र हैं, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन गैर-विकिरणीय रूप से अपनी मूल स्थिति में चला जाता है। बढ़ती शक्ति के साथ निरंतर अवशोषण तीव्रता का प्रभाव इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है जिनके पास आराम करने का समय नहीं होता है, और इसे संतृप्ति कहा जाता है। संतृप्ति उच्च माइक्रोवेव विकिरण शक्ति पर प्रकट होती है और ईपीआर विधि द्वारा केंद्रों की एकाग्रता को मापने के परिणामों को महत्वपूर्ण रूप से विकृत कर सकती है।

विधि मान

ईपीआर विधि अनुचुंबकीय केंद्रों के बारे में अनूठी जानकारी प्रदान करती है। यह जाली में आइसोमोर्फिक रूप से शामिल अशुद्धता आयनों को सूक्ष्म समावेशन से स्पष्ट रूप से अलग करता है। इस मामले में, क्रिस्टल में दिए गए आयन के बारे में पूरी जानकारी प्राप्त की जाती है: वैलेंस, समन्वय, स्थानीय समरूपता, इलेक्ट्रॉनों का संकरण, इसमें इलेक्ट्रॉनों की कितनी और किस संरचनात्मक स्थिति शामिल है, क्रिस्टल क्षेत्र के अक्षों का अभिविन्यास इस आयन का स्थान, क्रिस्टल क्षेत्र की पूरी विशेषता और रासायनिक बंधन के बारे में विस्तृत जानकारी। और, जो बहुत महत्वपूर्ण है, वह विधि आपको विभिन्न संरचनाओं वाले क्रिस्टल के क्षेत्रों में पैरामैग्नेटिक केंद्रों की एकाग्रता निर्धारित करने की अनुमति देती है।

लेकिन ईपीआर स्पेक्ट्रम न केवल एक क्रिस्टल में एक आयन की विशेषता है, बल्कि क्रिस्टल की भी विशेषता है, एक क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉन घनत्व, क्रिस्टल क्षेत्र, आयनिकता-सहसंयोजकता के वितरण की विशेषताएं, और अंत में, बस एक नैदानिक ​​​​विशेषता है खनिज, चूँकि प्रत्येक खनिज में प्रत्येक आयन के अपने विशिष्ट पैरामीटर होते हैं। इस मामले में, पैरामैग्नेटिक सेंटर एक प्रकार की जांच है, जो इसके सूक्ष्म वातावरण की स्पेक्ट्रोस्कोपिक और संरचनात्मक विशेषताएं प्रदान करती है।

इस संपत्ति का उपयोग तथाकथित में किया जाता है। अध्ययन के तहत प्रणाली में एक स्थिर पैरामैग्नेटिक केंद्र की शुरूआत के आधार पर स्पिन लेबल और जांच की विधि। ऐसे पैरामैग्नेटिक सेंटर के रूप में, एक नियम के रूप में, एक नाइट्रोक्सिल रेडिकल का उपयोग किया जाता है, जो अनिसोट्रोपिक द्वारा विशेषता है जीऔर एटेंसर।

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी, एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी- परमाणु चुंबकीय अनुनाद की घटना का उपयोग करके रासायनिक वस्तुओं का अध्ययन करने के लिए एक स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधि। रसायन विज्ञान और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं प्रोटॉन चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी), साथ ही कार्बन -13 एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी (13 सी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी), फ्लोरीन -19 (इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी, एनएमआर रसायनों की आणविक संरचना के बारे में जानकारी प्रकट करता है। , यह आईएस की तुलना में अधिक संपूर्ण जानकारी प्रदान करता है, जिससे किसी को नमूने में गतिशील प्रक्रियाओं का अध्ययन करने की अनुमति मिलती है - रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर स्थिरांक निर्धारित करने के लिए, इंट्रामोल्यूलर रोटेशन के लिए ऊर्जा बाधाओं का मूल्य। ये विशेषताएं एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी को सैद्धांतिक कार्बनिक रसायन विज्ञान दोनों में एक सुविधाजनक उपकरण बनाती हैं और जैविक वस्तुओं के विश्लेषण के लिए।

बुनियादी एनएमआर तकनीक

एनएमआर के लिए किसी पदार्थ का एक नमूना एक पतली दीवार वाली कांच की ट्यूब (एम्प्यूल) में रखा जाता है। जब इसे चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो एनएमआर सक्रिय नाभिक (जैसे 1 एच या 13 सी) विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को अवशोषित करते हैं। उत्सर्जित सिग्नल की गुंजयमान आवृत्ति, अवशोषण ऊर्जा और तीव्रता चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होती है। तो 21 टेस्ला के क्षेत्र में, एक प्रोटॉन 900 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर प्रतिध्वनित होता है।

रासायनिक पारी

स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के आधार पर, एक अणु में विभिन्न प्रोटॉन थोड़ी भिन्न आवृत्तियों पर प्रतिध्वनित होते हैं। चूँकि यह आवृत्ति बदलाव और मौलिक गुंजयमान आवृत्ति दोनों चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के सीधे आनुपातिक हैं, इसलिए यह विस्थापन चुंबकीय क्षेत्र से स्वतंत्र एक आयामहीन मात्रा में परिवर्तित हो जाता है जिसे रासायनिक बदलाव के रूप में जाना जाता है। रासायनिक बदलाव को कुछ संदर्भ नमूनों के सापेक्ष सापेक्ष परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है। मुख्य एनएमआर आवृत्ति की तुलना में आवृत्ति बदलाव बेहद छोटा है। सामान्य आवृत्ति बदलाव 100 हर्ट्ज है, जबकि आधार एनएमआर आवृत्ति 100 मेगाहर्ट्ज के क्रम पर है। इस प्रकार, रासायनिक बदलाव अक्सर प्रति मिलियन भागों (पीपीएम) में व्यक्त किया जाता है। इतने छोटे आवृत्ति अंतर का पता लगाने के लिए, लागू चुंबकीय क्षेत्र नमूना मात्रा के अंदर स्थिर होना चाहिए।

चूँकि रासायनिक बदलाव किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है, इसका उपयोग नमूने में अणुओं के बारे में संरचनात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, इथेनॉल (सीएच 3 सीएच 2 ओएच) के लिए स्पेक्ट्रम 3 विशिष्ट संकेत देता है, यानी 3 रासायनिक बदलाव: एक सीएच 3 समूह के लिए, दूसरा सीएच 2 समूह के लिए और आखिरी ओएच के लिए। सीएच 3 समूह के लिए सामान्य बदलाव लगभग 1 पीपीएम है, ओएच-4 पीपीएम से जुड़े सीएच 2 समूह के लिए और ओएच लगभग 2-3 पीपीएम है।

कमरे के तापमान पर आणविक गति के कारण, एनएमआर प्रक्रिया के दौरान 3 मिथाइल प्रोटॉन के सिग्नल औसत हो जाते हैं, जो केवल कुछ मिलीसेकंड तक रहता है। ये प्रोटॉन एक ही रासायनिक बदलाव पर पतित होते हैं और शिखर बनाते हैं। सॉफ्टवेयर आपको यह समझने के लिए चोटियों के आकार का विश्लेषण करने की अनुमति देता है कि इन चोटियों में कितने प्रोटॉन योगदान करते हैं।

स्पिन-स्पिन इंटरेक्शन

एक-आयामी एनएमआर स्पेक्ट्रम में संरचना का निर्धारण करने के लिए सबसे उपयोगी जानकारी सक्रिय एनएमआर नाभिक के बीच तथाकथित स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन द्वारा प्रदान की जाती है। यह अंतःक्रिया रासायनिक अणुओं में नाभिक की विभिन्न स्पिन अवस्थाओं के बीच संक्रमण के परिणामस्वरूप होती है, जिसके परिणामस्वरूप एनएमआर संकेतों का विभाजन होता है। यह विभाजन सरल या जटिल हो सकता है और परिणामस्वरूप, या तो व्याख्या करना आसान हो सकता है या प्रयोगकर्ता के लिए भ्रमित करने वाला हो सकता है।

यह बंधन अणु में परमाणुओं के बंधन के बारे में विस्तृत जानकारी प्रदान करता है।

दूसरे क्रम की बातचीत (मजबूत)

सरल स्पिन-स्पिन युग्मन मानता है कि संकेतों के बीच रासायनिक बदलावों में अंतर की तुलना में युग्मन स्थिरांक छोटा है। यदि शिफ्ट अंतर कम हो जाता है (या इंटरैक्शन स्थिरांक बढ़ जाता है), तो नमूना मल्टीप्लेट्स की तीव्रता विकृत हो जाती है और विश्लेषण करना अधिक कठिन हो जाता है (विशेषकर यदि सिस्टम में 2 से अधिक स्पिन होते हैं)। हालाँकि, उच्च-शक्ति एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर में विरूपण आमतौर पर मध्यम होता है और इससे संबंधित चोटियों की आसानी से व्याख्या की जा सकती है।

मल्टीप्लेट्स के बीच आवृत्ति अंतर बढ़ने पर दूसरे क्रम के प्रभाव कम हो जाते हैं, इसलिए उच्च-आवृत्ति एनएमआर स्पेक्ट्रम कम-आवृत्ति स्पेक्ट्रम की तुलना में कम विरूपण दिखाता है।

प्रोटीन के अध्ययन के लिए एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का अनुप्रयोग

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में हाल के अधिकांश नवाचार प्रोटीन की तथाकथित एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में किए गए हैं, जो आधुनिक जीव विज्ञान और चिकित्सा में एक बहुत महत्वपूर्ण तकनीक बनती जा रही है। समग्र लक्ष्य एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी में प्राप्त छवियों के समान, उच्च रिज़ॉल्यूशन में प्रोटीन की 3-आयामी संरचना प्राप्त करना है। एक साधारण कार्बनिक यौगिक की तुलना में प्रोटीन अणु में अधिक परमाणुओं की उपस्थिति के कारण, मूल 1D स्पेक्ट्रम अतिव्यापी संकेतों से भरा होता है, जिससे स्पेक्ट्रम का प्रत्यक्ष विश्लेषण असंभव हो जाता है। इसलिए, इस समस्या को हल करने के लिए बहुआयामी तकनीकों का विकास किया गया है।

इन प्रयोगों के परिणामों को बेहतर बनाने के लिए, 13 सी या 15 एन का उपयोग करके टैग परमाणु विधि का उपयोग किया जाता है। इस तरह, प्रोटीन नमूने का 3डी स्पेक्ट्रम प्राप्त करना संभव हो जाता है, जो आधुनिक फार्मास्यूटिकल्स में एक सफलता बन गया है। हाल ही में, विशेष गणितीय तकनीकों का उपयोग करके मुक्त प्रेरण क्षय सिग्नल की बहाली के साथ गैर-रेखीय नमूनाकरण विधियों के आधार पर 4 डी स्पेक्ट्रा और उच्च आयामों के स्पेक्ट्रा प्राप्त करने की तकनीकें (जिनके फायदे और नुकसान दोनों हैं) व्यापक हो गई हैं।

साहित्य

• गुंथर एक्स.एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी पाठ्यक्रम का परिचय। - प्रति. अंग्रेज़ी से - एम., 1984.

विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

देखें अन्य शब्दकोशों में "एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी" क्या है:

कार्बन नाभिक 13, 13सी पर परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी कार्बन आइसोटोप 13सी के नाभिक का उपयोग करके एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के तरीकों में से एक है। 13C नाभिक की जमीनी अवस्था में इसकी स्पिन 1/2 है, प्रकृति में इसकी सामग्री... ...विकिपीडिया

एक मेडिकल एनएमआर टोमोग्राफ पर एक मानव मस्तिष्क की छवि परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में गैर-शून्य स्पिन के साथ नाभिक युक्त पदार्थ द्वारा विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का गुंजयमान अवशोषण, पुनर्संयोजन के कारण होता है ... विकिपीडिया

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

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अनुसंधान विधियों का एक सेट. वीए में उनके परमाणुओं, आयनों और अणुओं के अवशोषण स्पेक्ट्रा के अनुसार। मैग. रेडियो तरंगें। विकिरण में इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय विधियाँ शामिल हैं। अनुनाद (ईपीआर), परमाणु चुंबकीय। अनुनाद (एनएमआर), साइक्लोट्रॉन अनुनाद, आदि... प्राकृतिक विज्ञान। विश्वकोश शब्दकोश

एक मेडिकल एनएमआर टोमोग्राफ पर मानव मस्तिष्क की छवि परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में गैर-शून्य स्पिन के साथ नाभिक युक्त पदार्थ द्वारा विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का गुंजयमान अवशोषण या उत्सर्जन, एक आवृत्ति पर ... विकिपीडिया

1. घटना का सार

सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यद्यपि इस घटना के नाम में "परमाणु" शब्द शामिल है, एनएमआर का परमाणु भौतिकी से कोई लेना-देना नहीं है और इसका रेडियोधर्मिता से कोई लेना-देना नहीं है। यदि हम सख्त विवरण के बारे में बात करते हैं, तो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के बिना कोई रास्ता नहीं है। इन कानूनों के अनुसार, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ चुंबकीय कोर की बातचीत की ऊर्जा केवल कुछ अलग मान ले सकती है। यदि चुंबकीय नाभिक को एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र से विकिरणित किया जाता है, जिसकी आवृत्ति आवृत्ति इकाइयों में व्यक्त इन असतत ऊर्जा स्तरों के बीच अंतर से मेल खाती है, तो चुंबकीय नाभिक वैकल्पिक ऊर्जा को अवशोषित करते हुए एक स्तर से दूसरे स्तर पर जाना शुरू कर देते हैं। मैदान। यह चुंबकीय अनुनाद की घटना है. यह स्पष्टीकरण औपचारिक रूप से सही है, लेकिन बहुत स्पष्ट नहीं है। क्वांटम यांत्रिकी के बिना, एक और व्याख्या है। चुंबकीय कोर की कल्पना एक विद्युत आवेशित गेंद के रूप में की जा सकती है जो अपनी धुरी पर घूमती है (हालाँकि, सख्ती से कहें तो, ऐसा नहीं है)। इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के अनुसार, चार्ज के घूमने से एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति होती है, यानी, नाभिक का चुंबकीय क्षण, जो रोटेशन की धुरी के साथ निर्देशित होता है। यदि इस चुंबकीय क्षण को एक स्थिर बाहरी क्षेत्र में रखा जाता है, तो इस क्षण का वेक्टर बाहरी क्षेत्र की दिशा के चारों ओर घूमना शुरू कर देता है। उसी तरह, शीर्ष की धुरी ऊर्ध्वाधर के चारों ओर घूमती है (घूमती है) यदि इसे सख्ती से लंबवत रूप से नहीं, बल्कि एक निश्चित कोण पर घुमाया जाता है। इस मामले में, चुंबकीय क्षेत्र की भूमिका गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा निभाई जाती है।

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पूर्वसर्ग आवृत्ति नाभिक के गुणों और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत दोनों द्वारा निर्धारित की जाती है: क्षेत्र जितना मजबूत होगा, आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी। फिर, यदि, एक निरंतर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के अलावा, कोर एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित होता है, तो कोर इस क्षेत्र के साथ बातचीत करना शुरू कर देता है - ऐसा लगता है कि कोर अधिक मजबूती से स्विंग कर रहा है, पूर्ववर्ती आयाम बढ़ जाता है, और कोर परिवर्तनशील क्षेत्र की ऊर्जा को अवशोषित करता है। हालाँकि, यह केवल अनुनाद की स्थिति के तहत होगा, यानी, पूर्वसर्ग आवृत्ति और बाहरी वैकल्पिक क्षेत्र की आवृत्ति का संयोग। यह स्कूल भौतिकी के क्लासिक उदाहरण के समान है - सैनिक एक पुल के पार मार्च कर रहे हैं। यदि कदम की आवृत्ति पुल की प्राकृतिक आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो पुल अधिक से अधिक झूलता है। प्रयोगात्मक रूप से, यह घटना एक वैकल्पिक क्षेत्र के अवशोषण की उसकी आवृत्ति पर निर्भरता में प्रकट होती है। अनुनाद के क्षण में, अवशोषण तेजी से बढ़ता है, और सबसे सरल चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रम इस तरह दिखता है:

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2. फूरियर स्पेक्ट्रोस्कोपी

पहले एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर बिल्कुल ऊपर वर्णित अनुसार काम करते थे - नमूना एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया था, और रेडियो फ्रीक्वेंसी विकिरण लगातार उस पर लागू किया गया था। फिर या तो प्रत्यावर्ती क्षेत्र की आवृत्ति या स्थिर चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता सुचारू रूप से भिन्न होती है। वैकल्पिक क्षेत्र ऊर्जा का अवशोषण एक रेडियो फ़्रीक्वेंसी ब्रिज द्वारा रिकॉर्ड किया गया था, जिससे सिग्नल एक रिकॉर्डर या ऑसिलोस्कोप को आउटपुट किया गया था। लेकिन सिग्नल रिकॉर्डिंग की इस पद्धति का उपयोग लंबे समय से नहीं किया गया है। आधुनिक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर में, स्पेक्ट्रम को दालों का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जाता है। नाभिक के चुंबकीय क्षण एक छोटे शक्तिशाली नाड़ी द्वारा उत्तेजित होते हैं, जिसके बाद स्वतंत्र रूप से पूर्ववर्ती चुंबकीय क्षणों द्वारा आरएफ कॉइल में प्रेरित संकेत रिकॉर्ड किया जाता है। जैसे-जैसे चुंबकीय क्षण संतुलन में लौटते हैं, यह संकेत धीरे-धीरे कम होकर शून्य हो जाता है (इस प्रक्रिया को चुंबकीय विश्राम कहा जाता है)। फूरियर ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके इस सिग्नल से एनएमआर स्पेक्ट्रम प्राप्त किया जाता है। यह एक मानक गणितीय प्रक्रिया है जो आपको किसी भी सिग्नल को फ़्रीक्वेंसी हार्मोनिक्स में विघटित करने की अनुमति देती है और इस प्रकार इस सिग्नल का फ़्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम प्राप्त करती है। स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करने की यह विधि आपको शोर के स्तर को काफी कम करने और प्रयोगों को बहुत तेजी से संचालित करने की अनुमति देती है।

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किसी स्पेक्ट्रम को रिकॉर्ड करने के लिए एक उत्तेजना पल्स सबसे सरल एनएमआर प्रयोग है। हालाँकि, एक प्रयोग में अलग-अलग अवधि, आयाम, उनके बीच अलग-अलग देरी आदि के कई ऐसे स्पंदन हो सकते हैं, जो इस बात पर निर्भर करता है कि शोधकर्ता को परमाणु चुंबकीय क्षणों की प्रणाली के साथ किस प्रकार के हेरफेर की आवश्यकता है। हालाँकि, इनमें से लगभग सभी पल्स अनुक्रम एक ही चीज़ में समाप्त होते हैं - एक फ्री प्रीसेशन सिग्नल की रिकॉर्डिंग जिसके बाद फूरियर ट्रांसफॉर्म होता है।

3. पदार्थ में चुंबकीय अंतःक्रिया

चुंबकीय अनुनाद अपने आप में एक दिलचस्प भौतिक घटना से अधिक कुछ नहीं रहेगा यदि यह एक दूसरे के साथ और अणु के इलेक्ट्रॉन खोल के साथ नाभिक की चुंबकीय बातचीत के लिए नहीं था। ये इंटरैक्शन अनुनाद मापदंडों को प्रभावित करते हैं, और उनकी मदद से, एनएमआर विधि अणुओं के गुणों के बारे में विभिन्न प्रकार की जानकारी प्रदान कर सकती है - उनका अभिविन्यास, स्थानिक संरचना (संरचना), अंतर-आणविक इंटरैक्शन, रासायनिक विनिमय, घूर्णी और अनुवाद संबंधी गतिशीलता। इसके लिए धन्यवाद, एनएमआर आणविक स्तर पर पदार्थों का अध्ययन करने के लिए एक बहुत शक्तिशाली उपकरण बन गया है, जिसका व्यापक रूप से न केवल भौतिकी में, बल्कि मुख्य रूप से रसायन विज्ञान और आणविक जीव विज्ञान में उपयोग किया जाता है। ऐसी ही एक अंतःक्रिया का एक उदाहरण तथाकथित रासायनिक बदलाव है। इसका सार इस प्रकार है: एक अणु का इलेक्ट्रॉन खोल बाहरी चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करता है और इसे स्क्रीन करने का प्रयास करता है - चुंबकीय क्षेत्र की आंशिक स्क्रीनिंग सभी प्रतिचुंबकीय पदार्थों में होती है। इसका मतलब यह है कि अणु में चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से बहुत कम मात्रा में भिन्न होगा, जिसे रासायनिक बदलाव कहा जाता है। हालाँकि, अणु के विभिन्न भागों में इलेक्ट्रॉन शेल के गुण भिन्न होते हैं, और रासायनिक बदलाव भी भिन्न होता है। तदनुसार, अणु के विभिन्न भागों में नाभिक के लिए अनुनाद की स्थिति भी भिन्न होगी। इससे स्पेक्ट्रम में रासायनिक रूप से गैर-समतुल्य नाभिकों को अलग करना संभव हो जाता है। उदाहरण के लिए, यदि हम शुद्ध पानी के हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) का स्पेक्ट्रम लें, तो केवल एक ही रेखा होगी, क्योंकि H2O अणु में दोनों प्रोटॉन बिल्कुल समान हैं। लेकिन मिथाइल अल्कोहल सीएच 3 ओएच के लिए स्पेक्ट्रम में पहले से ही दो लाइनें होंगी (यदि हम अन्य चुंबकीय इंटरैक्शन की उपेक्षा करते हैं), क्योंकि प्रोटॉन दो प्रकार के होते हैं - मिथाइल समूह सीएच 3 के प्रोटॉन और ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े प्रोटॉन। जैसे-जैसे अणु अधिक जटिल होते जाएंगे, रेखाओं की संख्या बढ़ती जाएगी, और यदि हम इतने बड़े और जटिल अणु को प्रोटीन के रूप में लें, तो इस मामले में स्पेक्ट्रम कुछ इस तरह दिखेगा:

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4. चुंबकीय कोर

एनएमआर को विभिन्न नाभिकों पर देखा जा सकता है, लेकिन यह कहा जाना चाहिए कि सभी नाभिकों में चुंबकीय क्षण नहीं होता है। अक्सर ऐसा होता है कि कुछ आइसोटोप में चुंबकीय क्षण होता है, लेकिन उसी नाभिक के अन्य आइसोटोप में नहीं होता है। कुल मिलाकर, विभिन्न रासायनिक तत्वों के सौ से अधिक आइसोटोप हैं जिनमें चुंबकीय नाभिक होते हैं, लेकिन शोध में आमतौर पर 1520 से अधिक चुंबकीय नाभिक का उपयोग नहीं किया जाता है, बाकी सब कुछ विदेशी है। प्रत्येक नाभिक में चुंबकीय क्षेत्र और पूर्वसर्ग आवृत्ति का अपना विशिष्ट अनुपात होता है, जिसे जाइरोमैग्नेटिक अनुपात कहा जाता है। सभी नाभिकों के लिए ये संबंध ज्ञात हैं। उनका उपयोग करके, आप उस आवृत्ति का चयन कर सकते हैं जिस पर, किसी दिए गए चुंबकीय क्षेत्र के तहत, शोधकर्ता को आवश्यक नाभिक से एक संकेत देखा जाएगा।

एनएमआर के लिए सबसे महत्वपूर्ण नाभिक प्रोटॉन हैं। वे प्रकृति में सबसे प्रचुर मात्रा में हैं, और उनमें बहुत अधिक संवेदनशीलता है। कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के नाभिक रसायन विज्ञान और जीवविज्ञान के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, लेकिन वैज्ञानिकों को उनके साथ ज्यादा भाग्य नहीं मिला है: कार्बन और ऑक्सीजन के सबसे आम आइसोटोप, 12 सी और 16 ओ में चुंबकीय क्षण नहीं होता है, प्राकृतिक नाइट्रोजन के आइसोटोप 14N में एक क्षण है, लेकिन यह कई कारणों से प्रयोगों के लिए बहुत असुविधाजनक है। ऐसे आइसोटोप 13 सी, 15 एन और 17 ओ हैं जो एनएमआर प्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं, लेकिन उनकी प्राकृतिक प्रचुरता बहुत कम है और प्रोटॉन की तुलना में उनकी संवेदनशीलता बहुत कम है। इसलिए, एनएमआर अध्ययन के लिए अक्सर विशेष आइसोटोप-समृद्ध नमूने तैयार किए जाते हैं, जिसमें किसी विशेष नाभिक के प्राकृतिक आइसोटोप को प्रयोगों के लिए आवश्यक आइसोटोप से बदल दिया जाता है। ज्यादातर मामलों में, यह प्रक्रिया बहुत कठिन और महंगी होती है, लेकिन कभी-कभी यह आवश्यक जानकारी प्राप्त करने का एकमात्र अवसर होता है।

5. इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय और चतुर्ध्रुव अनुनाद

एनएमआर के बारे में बोलते हुए, कोई भी दो अन्य संबंधित भौतिक घटनाओं - इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस (ईपीआर) और न्यूक्लियर क्वाड्रुपोल रेजोनेंस (एनक्यूआर) का उल्लेख करने से नहीं चूक सकता। ईपीआर अनिवार्य रूप से एनएमआर के समान है, अंतर यह है कि प्रतिध्वनि परमाणु नाभिक के नहीं, बल्कि परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल के चुंबकीय क्षणों में देखी जाती है। ईपीआर केवल उन अणुओं या रासायनिक समूहों में देखा जा सकता है जिनके इलेक्ट्रॉन शेल में एक तथाकथित अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, तो शेल में एक गैर-शून्य चुंबकीय क्षण होता है। ऐसे पदार्थों को अनुचुम्बक कहा जाता है। एनएमआर की तरह ईपीआर का उपयोग भी आणविक स्तर पर पदार्थों के विभिन्न संरचनात्मक और गतिशील गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, लेकिन इसके उपयोग का दायरा काफी संकीर्ण है। यह मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण है कि अधिकांश अणुओं में, विशेष रूप से जीवित प्रकृति में, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। कुछ मामलों में, आप एक तथाकथित पैरामैग्नेटिक जांच का उपयोग कर सकते हैं, यानी, एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन वाला एक रासायनिक समूह जो अध्ययन के तहत अणु से बांधता है। लेकिन इस दृष्टिकोण के स्पष्ट नुकसान हैं जो इस पद्धति की क्षमताओं को सीमित करते हैं। इसके अलावा, ईपीआर में एनएमआर की तरह इतना उच्च वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन (यानी, स्पेक्ट्रम में एक पंक्ति को दूसरे से अलग करने की क्षमता) नहीं है।

एनक्यूआर की प्रकृति को "उंगलियों पर" समझाना सबसे कठिन है। कुछ नाभिकों में वह होता है जिसे विद्युत चतुर्ध्रुव आघूर्ण कहते हैं। यह क्षण गोलाकार समरूपता से नाभिक के विद्युत आवेश के वितरण के विचलन को दर्शाता है। पदार्थ की क्रिस्टलीय संरचना द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र की ढाल के साथ इस क्षण की परस्पर क्रिया से नाभिक के ऊर्जा स्तर का विभाजन होता है। इस मामले में, कोई इन स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप आवृत्ति पर प्रतिध्वनि देख सकता है। एनएमआर और ईपीआर के विपरीत, एनक्यूआर को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि स्तर का विभाजन इसके बिना होता है। एनक्यूआर का उपयोग पदार्थों का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है, लेकिन इसके अनुप्रयोग का दायरा ईपीआर की तुलना में भी संकीर्ण है।

6. एनएमआर के फायदे और नुकसान

अणुओं के अध्ययन के लिए एनएमआर सबसे शक्तिशाली और सूचनाप्रद तरीका है। स्पष्ट रूप से कहें तो यह एक विधि नहीं है, यह बड़ी संख्या में विभिन्न प्रकार के प्रयोग हैं, अर्थात् नाड़ी क्रम। हालाँकि ये सभी एनएमआर की घटना पर आधारित हैं, इनमें से प्रत्येक प्रयोग कुछ विशिष्ट विशिष्ट जानकारी प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इन प्रयोगों की संख्या सैकड़ों नहीं तो कई दसियों में मापी जाती है। सैद्धांतिक रूप से, एनएमआर, यदि सब कुछ नहीं, तो लगभग सब कुछ कर सकता है जो अणुओं की संरचना और गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए अन्य सभी प्रायोगिक तरीके कर सकते हैं, हालांकि व्यवहार में यह संभव है, निश्चित रूप से, हमेशा नहीं। एनएमआर का एक मुख्य लाभ यह है कि, एक ओर, इसकी प्राकृतिक जांच, यानी चुंबकीय नाभिक, पूरे अणु में वितरित होते हैं, और दूसरी ओर, यह इन नाभिकों को एक दूसरे से अलग करने और स्थानिक रूप से चयनात्मक डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है। अणु के गुणों पर. लगभग सभी अन्य विधियाँ या तो पूरे अणु का औसत या उसके केवल एक हिस्से के बारे में जानकारी प्रदान करती हैं।

एनएमआर के दो मुख्य नुकसान हैं। सबसे पहले, यह अधिकांश अन्य प्रायोगिक तरीकों (ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी, प्रतिदीप्ति, ईपीआर, आदि) की तुलना में कम संवेदनशीलता है। इससे यह तथ्य सामने आता है कि शोर को औसत करने के लिए सिग्नल को लंबे समय तक जमा करना होगा। कुछ मामलों में, एनएमआर प्रयोग कई हफ्तों तक भी किया जा सकता है। दूसरे, यह महंगा है. एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर सबसे महंगे वैज्ञानिक उपकरणों में से हैं, जिनकी कीमत कम से कम सैकड़ों हजारों डॉलर है, सबसे महंगे स्पेक्ट्रोमीटर की कीमत कई मिलियन है। सभी प्रयोगशालाएँ, विशेषकर रूस में, ऐसे वैज्ञानिक उपकरण रखने में सक्षम नहीं हैं।

7. एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के लिए चुंबक

स्पेक्ट्रोमीटर के सबसे महत्वपूर्ण और महंगे हिस्सों में से एक चुंबक है, जो एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। क्षेत्र जितना मजबूत होगा, संवेदनशीलता और वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन उतना ही अधिक होगा, इसलिए वैज्ञानिक और इंजीनियर लगातार क्षेत्रों को यथासंभव उच्च बनाने की कोशिश कर रहे हैं। चुंबकीय क्षेत्र सोलनॉइड में विद्युत प्रवाह द्वारा निर्मित होता है - धारा जितनी मजबूत होगी, क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा। हालाँकि, करंट को अनिश्चित काल तक बढ़ाना असंभव है; बहुत अधिक करंट पर, सोलनॉइड तार बस पिघलना शुरू हो जाएगा। इसलिए, बहुत लंबे समय से, उच्च-क्षेत्र एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर ने सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग किया है, यानी, मैग्नेट जिसमें सोलनॉइड तार सुपरकंडक्टिंग स्थिति में है। इस मामले में, तार का विद्युत प्रतिरोध शून्य है, और किसी भी वर्तमान मूल्य पर कोई ऊर्जा जारी नहीं होती है। अतिचालक अवस्था केवल बहुत कम तापमान पर ही प्राप्त की जा सकती है, केवल कुछ डिग्री केल्विन, तरल हीलियम का तापमान। (उच्च तापमान अतिचालकता अभी भी विशुद्ध रूप से मौलिक अनुसंधान का क्षेत्र है।) यह ठीक इतने कम तापमान के रखरखाव के साथ है कि मैग्नेट के डिजाइन और उत्पादन में सभी तकनीकी कठिनाइयां जुड़ी हुई हैं, जो उन्हें महंगा बनाती हैं। एक अतिचालक चुंबक थर्मस-मैत्रियोश्का के सिद्धांत पर बनाया गया है। सोलनॉइड केंद्र में, निर्वात कक्ष में स्थित होता है। यह तरल हीलियम युक्त एक आवरण से घिरा हुआ है। यह खोल एक निर्वात परत के माध्यम से तरल नाइट्रोजन के एक खोल से घिरा हुआ है। तरल नाइट्रोजन का तापमान शून्य से 196 डिग्री सेल्सियस कम है; यह सुनिश्चित करने के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है कि हीलियम यथासंभव धीरे-धीरे वाष्पित हो। अंत में, नाइट्रोजन शेल को बाहरी वैक्यूम परत द्वारा कमरे के तापमान से अलग किया जाता है। ऐसी प्रणाली सुपरकंडक्टिंग चुंबक के वांछित तापमान को बहुत लंबे समय तक बनाए रखने में सक्षम है, हालांकि इसके लिए चुंबक में नियमित रूप से तरल नाइट्रोजन और हीलियम जोड़ने की आवश्यकता होती है। ऐसे चुम्बकों का लाभ, उच्च चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने की क्षमता के अलावा, यह भी है कि वे ऊर्जा की खपत नहीं करते हैं: चुंबक शुरू करने के बाद, कई वर्षों तक वस्तुतः बिना किसी नुकसान के सुपरकंडक्टिंग तारों के माध्यम से करंट चलता है।

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8. टोमोग्राफी

पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर में, वे चुंबकीय क्षेत्र को यथासंभव एक समान बनाने का प्रयास करते हैं, वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन में सुधार के लिए यह आवश्यक है। लेकिन अगर इसके विपरीत, नमूने के अंदर चुंबकीय क्षेत्र को बहुत अमानवीय बना दिया जाता है, तो यह एनएमआर के उपयोग के लिए मौलिक रूप से नई संभावनाएं खोलता है। क्षेत्र की अमानवीयता तथाकथित ग्रेडिएंट कॉइल्स द्वारा बनाई जाती है, जो मुख्य चुंबक के साथ मिलकर काम करती हैं। इस मामले में, नमूने के विभिन्न हिस्सों में चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण अलग-अलग होगा, जिसका अर्थ है कि एनएमआर सिग्नल को पारंपरिक स्पेक्ट्रोमीटर की तरह पूरे नमूने से नहीं, बल्कि केवल इसकी संकीर्ण परत से देखा जा सकता है, जिसके लिए अनुनाद शर्तें पूरी होती हैं, यानी चुंबकीय क्षेत्र और आवृत्ति के बीच वांछित संबंध। चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण को बदलकर (या, जो अनिवार्य रूप से एक ही चीज़ है, सिग्नल अवलोकन की आवृत्ति), आप उस परत को बदल सकते हैं जो सिग्नल उत्पन्न करेगी। इस तरह, नमूने को उसकी पूरी मात्रा में "स्कैन" करना और किसी भी यांत्रिक तरीके से नमूने को नष्ट किए बिना उसकी आंतरिक त्रि-आयामी संरचना को "देखना" संभव है। आज तक, बड़ी संख्या में तकनीकें विकसित की गई हैं जो नमूने के अंदर स्थानिक संकल्प के साथ विभिन्न एनएमआर मापदंडों (वर्णक्रमीय विशेषताओं, चुंबकीय विश्राम समय, आत्म-प्रसार दर और कुछ अन्य) को मापना संभव बनाती हैं। व्यावहारिक दृष्टिकोण से सबसे दिलचस्प और महत्वपूर्ण, एनएमआर टोमोग्राफी का अनुप्रयोग चिकित्सा में पाया गया। इस मामले में, जिस "नमूने" का अध्ययन किया जा रहा है वह मानव शरीर है। ऑन्कोलॉजी से लेकर प्रसूति तक चिकित्सा के विभिन्न क्षेत्रों में एनएमआर इमेजिंग सबसे प्रभावी और सुरक्षित (लेकिन महंगा भी) निदान उपकरणों में से एक है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि डॉक्टर इस पद्धति के नाम में "परमाणु" शब्द का उपयोग नहीं करते हैं, क्योंकि कुछ मरीज़ इसे परमाणु प्रतिक्रियाओं और परमाणु बम से जोड़ते हैं।

9. खोज का इतिहास

एनएमआर की खोज का वर्ष 1945 माना जाता है, जब स्टैनफोर्ड के अमेरिकी फेलिक्स बलोच और उनसे स्वतंत्र रूप से हार्वर्ड के एडवर्ड परसेल और रॉबर्ट पाउंड ने पहली बार प्रोटॉन पर एनएमआर सिग्नल देखा था। उस समय तक, परमाणु चुंबकत्व की प्रकृति के बारे में बहुत कुछ पहले से ही ज्ञात था, एनएमआर प्रभाव की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई थी, और इसे प्रयोगात्मक रूप से देखने के लिए कई प्रयास किए गए थे। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एक साल पहले सोवियत संघ में, कज़ान में, ईपीआर घटना की खोज एवगेनी ज़ावोइस्की ने की थी। अब यह सर्वविदित है कि ज़ावोइस्की ने भी एनएमआर सिग्नल का अवलोकन किया था, यह युद्ध से पहले, 1941 में हुआ था। हालाँकि, उनके पास खराब क्षेत्र एकरूपता वाला निम्न-गुणवत्ता वाला चुंबक था; परिणाम खराब रूप से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य थे और इसलिए अप्रकाशित रह गए। निष्पक्ष होने के लिए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ज़ावोइस्की एकमात्र व्यक्ति नहीं था जिसने एनएमआर को उसकी "आधिकारिक" खोज से पहले देखा था। विशेष रूप से, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी इसिडोर रबी (परमाणु और आणविक बीम में नाभिक के चुंबकीय गुणों के अध्ययन के लिए 1944 में नोबेल पुरस्कार विजेता) ने भी 30 के दशक के अंत में एनएमआर का अवलोकन किया, लेकिन इसे एक वाद्य कलाकृति माना। किसी न किसी रूप में, हमारा देश चुंबकीय अनुनाद की प्रायोगिक पहचान में प्राथमिकता बरकरार रखता है। हालाँकि युद्ध के तुरंत बाद ज़ावोइस्की ने स्वयं अन्य समस्याओं से निपटना शुरू कर दिया, लेकिन उनकी खोज ने कज़ान में विज्ञान के विकास में बहुत बड़ी भूमिका निभाई। कज़ान अभी भी ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए दुनिया के अग्रणी वैज्ञानिक केंद्रों में से एक बना हुआ है।

10. चुंबकीय अनुनाद में नोबेल पुरस्कार

20वीं सदी के पूर्वार्ध में, कई नोबेल पुरस्कार उन वैज्ञानिकों को दिए गए जिनके काम के बिना एनएमआर की खोज नहीं हो सकती थी। इनमें पीटर ज़ीमैन, ओटो स्टर्न, इसिडोर रबी, वोल्फगैंग पाउली शामिल हैं। लेकिन चार नोबेल पुरस्कार सीधे तौर पर एनएमआर से संबंधित थे। 1952 में, परमाणु चुंबकीय अनुनाद की खोज के लिए फेलिक्स बलोच और एडवर्ड परसेल को पुरस्कार प्रदान किया गया था। यह भौतिकी में एकमात्र "एनएमआर" नोबेल पुरस्कार है। 1991 में, ज्यूरिख में प्रसिद्ध ईटीएच में काम करने वाले स्विस रिचर्ड अर्न्स्ट को रसायन विज्ञान में पुरस्कार मिला। उन्हें बहुआयामी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों के विकास के लिए यह पुरस्कार दिया गया, जिससे एनएमआर प्रयोगों की सूचना सामग्री को मौलिक रूप से बढ़ाना संभव हो गया। 2002 में, रसायन विज्ञान में भी पुरस्कार के विजेता कर्ट वुथ्रिच थे, जिन्होंने अर्न्स्ट के साथ उसी तकनीकी स्कूल में पड़ोसी इमारतों में काम किया था। उन्हें घोल में प्रोटीन की त्रि-आयामी संरचना निर्धारित करने के तरीके विकसित करने के लिए पुरस्कार मिला। पहले, बड़े बायोमैक्रोमोलेक्यूल्स की स्थानिक संरचना निर्धारित करने की एकमात्र विधि एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण थी। अंत में, 2003 में, अमेरिकी पॉल लॉटरबर और अंग्रेज पीटर मैन्सफील्ड को एनएमआर टोमोग्राफी के आविष्कार के लिए चिकित्सा पुरस्कार मिला। अफसोस, ईपीआर के सोवियत खोजकर्ता ई.के. ज़ावोइस्की को नोबेल पुरस्कार नहीं मिला।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी कार्बनिक यौगिकों की संरचना का निर्धारण करने के लिए सबसे आम और बहुत संवेदनशील तरीकों में से एक है, जो न केवल गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना के बारे में जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देता है, बल्कि एक दूसरे के सापेक्ष परमाणुओं के स्थान के बारे में भी जानकारी प्राप्त करता है। विभिन्न एनएमआर तकनीकों में पदार्थों की रासायनिक संरचना, अणुओं की पुष्टि की स्थिति, पारस्परिक प्रभाव के प्रभाव और इंट्रामोल्युलर परिवर्तनों को निर्धारित करने की कई संभावनाएं हैं।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद विधि में कई विशिष्ट विशेषताएं हैं: ऑप्टिकल आणविक स्पेक्ट्रा के विपरीत, किसी पदार्थ द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का अवशोषण एक मजबूत समान बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में होता है। इसके अलावा, एनएमआर अध्ययन करने के लिए, प्रयोग को एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के सामान्य सिद्धांतों को प्रतिबिंबित करने वाली कई शर्तों को पूरा करना होगा:

1) एनएमआर स्पेक्ट्रा की रिकॉर्डिंग केवल अपने स्वयं के चुंबकीय क्षण या तथाकथित चुंबकीय नाभिक वाले परमाणु नाभिक के लिए संभव है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या ऐसी होती है कि आइसोटोप नाभिक की द्रव्यमान संख्या विषम होती है। विषम द्रव्यमान संख्या वाले सभी नाभिकों में स्पिन I होता है, जिसका मान 1/2 होता है। तो नाभिक 1 एच, 13 सी, एल 5 एन, 19 एफ, 31 आर के लिए स्पिन मान 1/2 के बराबर है, नाभिक 7 ली, 23 एनए, 39 के और 4 एल आर के लिए स्पिन 3/2 के बराबर है . यदि परमाणु आवेश सम है तो सम द्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों में या तो बिल्कुल भी स्पिन नहीं होता है, या यदि आवेश विषम है तो पूर्णांक स्पिन मान होते हैं। केवल वे नाभिक जिनका स्पिन I 0 है, एनएमआर स्पेक्ट्रम का उत्पादन कर सकते हैं।

स्पिन की उपस्थिति नाभिक के चारों ओर परमाणु आवेश के संचलन से जुड़ी होती है, इसलिए, एक चुंबकीय क्षण उत्पन्न होता है μ . कोणीय गति J के साथ एक घूर्णन आवेश (उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन) एक चुंबकीय क्षण बनाता है μ=γ*J . घूर्णन के दौरान उत्पन्न होने वाले कोणीय परमाणु गति J और चुंबकीय क्षण μ को वैक्टर के रूप में दर्शाया जा सकता है। उनके स्थिर अनुपात को जाइरोमैग्नेटिक अनुपात γ कहा जाता है। यह वह स्थिरांक है जो कोर की गुंजयमान आवृत्ति निर्धारित करता है (चित्र 1.1)।

चित्र 1.1 - कोणीय क्षण J के साथ घूमने वाला आवेश एक चुंबकीय क्षण μ=γ*J बनाता है।

2) एनएमआर विधि स्पेक्ट्रम निर्माण की असामान्य स्थितियों के तहत ऊर्जा के अवशोषण या उत्सर्जन की जांच करती है: अन्य वर्णक्रमीय विधियों के विपरीत। एनएमआर स्पेक्ट्रम एक मजबूत समान चुंबकीय क्षेत्र में स्थित पदार्थ से रिकॉर्ड किया जाता है। बाहरी क्षेत्र में ऐसे नाभिकों में बाहरी चुंबकीय क्षेत्र शक्ति वेक्टर एच 0 के सापेक्ष वेक्टर μ के कई संभावित (मात्राबद्ध) अभिविन्यास कोणों के आधार पर अलग-अलग संभावित ऊर्जा मूल्य होते हैं। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, नाभिक के चुंबकीय क्षणों या घुमावों का कोई विशिष्ट अभिविन्यास नहीं होता है। यदि स्पिन 1/2 के साथ चुंबकीय नाभिक को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो कुछ परमाणु स्पिन चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के समानांतर, अन्य भाग एंटीपैरल में स्थित होंगे। ये दो अभिविन्यास अब ऊर्जावान रूप से समतुल्य नहीं हैं और कहा जाता है कि स्पिन को दो ऊर्जा स्तरों पर वितरित किया जाता है।

+1/2 क्षेत्र के अनुदिश चुंबकीय क्षण के साथ घूमने को प्रतीक | द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है α >, बाहरी क्षेत्र के प्रतिसमानांतर अभिविन्यास के साथ -1/2 - प्रतीक | β > (चित्र 1.2) .

चित्र 1.2 - बाहरी क्षेत्र एच 0 लागू होने पर ऊर्जा स्तर का निर्माण।

1.2.1 1 एच नाभिक पर एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी। पीएमआर स्पेक्ट्रा के पैरामीटर।

1H एनएमआर स्पेक्ट्रा के डेटा को समझने और सिग्नल निर्दिष्ट करने के लिए, स्पेक्ट्रा की मुख्य विशेषताओं का उपयोग किया जाता है: रासायनिक बदलाव, स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक, एकीकृत सिग्नल तीव्रता, सिग्नल चौड़ाई [57]।

ए) रासायनिक बदलाव (सी.सी.)। एच.एस. स्केल रासायनिक बदलाव इस सिग्नल और संदर्भ पदार्थ के सिग्नल के बीच की दूरी है, जो बाहरी क्षेत्र की ताकत के प्रति मिलियन भागों में व्यक्त की जाती है।

टेट्रामिथाइलसिलेन [टीएमएस, सी (सीएच 3) 4], जिसमें 12 संरचनात्मक रूप से समतुल्य, अत्यधिक परिरक्षित प्रोटॉन होते हैं, अक्सर प्रोटॉन के रासायनिक बदलाव को मापने के लिए एक मानक के रूप में उपयोग किया जाता है।

बी) स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक। उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर स्पेक्ट्रा में, सिग्नल विभाजन देखा जाता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रा में यह विभाजन या बारीक संरचना चुंबकीय नाभिक के बीच स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप होती है। यह घटना, रासायनिक बदलाव के साथ, जटिल कार्बनिक अणुओं की संरचना और उनमें इलेक्ट्रॉन बादल के वितरण के बारे में जानकारी के सबसे महत्वपूर्ण स्रोत के रूप में कार्य करती है। यह H0 पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि अणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर निर्भर करता है। एक चुंबकीय नाभिक का दूसरे चुंबकीय नाभिक के साथ संपर्क करने का संकेत स्पिन अवस्थाओं की संख्या के आधार पर कई रेखाओं में विभाजित होता है, अर्थात। नाभिक I के घूर्णन पर निर्भर करता है।

इन रेखाओं के बीच की दूरी नाभिक के बीच स्पिन-स्पिन युग्मन ऊर्जा को दर्शाती है और इसे स्पिन-स्पिन युग्मन स्थिरांक n J कहा जाता है, जहां एन-बंधों की संख्या जो परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों को अलग करती है।

प्रत्यक्ष स्थिरांक J HH, जेमिनल स्थिरांक 2 J HH हैं , विसिनल स्थिरांक 3 जे एचएच और कुछ लंबी दूरी के स्थिरांक 4 जे एचएच , 5 जे एचएच .

- जेमिनल स्थिरांक 2 जे एचएच सकारात्मक और नकारात्मक दोनों हो सकते हैं और -30 हर्ट्ज से +40 हर्ट्ज तक की सीमा पर कब्जा कर सकते हैं।

विसिनल स्थिरांक 3 जे एचएच 0 20 हर्ट्ज की सीमा पर कब्जा करते हैं; वे लगभग हमेशा सकारात्मक रहते हैं। यह स्थापित किया गया है कि संतृप्त प्रणालियों में विसिनल इंटरैक्शन बहुत दृढ़ता से कार्बन-हाइड्रोजन बांड के बीच के कोण पर निर्भर करता है, अर्थात डायहेड्रल कोण पर - (छवि 1.3)।

चित्र 1.3 - कार्बन-हाइड्रोजन बंधों के बीच डायहेड्रल कोण φ।

लंबी दूरी की स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन (4 जे एचएच , 5 जे एचएच ) - चार या अधिक बंधों द्वारा अलग किए गए दो नाभिकों की परस्पर क्रिया; ऐसी अंतःक्रिया के स्थिरांक आमतौर पर 0 से +3 हर्ट्ज तक होते हैं।

तालिका 1.1 - स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक

बी) एकीकृत सिग्नल तीव्रता। संकेतों का क्षेत्र किसी दिए गए क्षेत्र की ताकत पर प्रतिध्वनित होने वाले चुंबकीय नाभिकों की संख्या के समानुपाती होता है, जिससे संकेतों के क्षेत्रों का अनुपात प्रत्येक संरचनात्मक विविधता के प्रोटॉन की सापेक्ष संख्या देता है और इसे एकीकृत सिग्नल तीव्रता कहा जाता है। आधुनिक स्पेक्ट्रोमीटर विशेष इंटीग्रेटर्स का उपयोग करते हैं, जिनकी रीडिंग एक वक्र के रूप में दर्ज की जाती है, जिसके चरणों की ऊंचाई संबंधित संकेतों के क्षेत्र के समानुपाती होती है।

डी) लाइनों की चौड़ाई. रेखाओं की चौड़ाई को चिह्नित करने के लिए, स्पेक्ट्रम की शून्य रेखा से आधी ऊंचाई की दूरी पर चौड़ाई मापने की प्रथा है। प्रयोगात्मक रूप से देखी गई रेखा की चौड़ाई में प्राकृतिक रेखा की चौड़ाई शामिल होती है, जो संरचना और गतिशीलता और वाद्य कारणों से चौड़ीकरण पर निर्भर करती है।

पीएमआर में सामान्य लाइन की चौड़ाई 0.1-0.3 हर्ट्ज है, लेकिन यह आसन्न संक्रमणों के ओवरलैप के कारण बढ़ सकती है, जो बिल्कुल मेल नहीं खाते हैं, लेकिन अलग लाइनों के रूप में हल नहीं होते हैं। 1/2 से अधिक स्पिन और रासायनिक विनिमय के साथ नाभिक की उपस्थिति में चौड़ीकरण संभव है।

1.2.2 कार्बनिक अणुओं की संरचना निर्धारित करने के लिए 1 एच एनएमआर डेटा का अनुप्रयोग।

अनुभवजन्य मूल्यों की तालिकाओं के अलावा, संरचनात्मक विश्लेषण की कई समस्याओं को हल करते समय, ख.एस. Ch.S पर पड़ोसी प्रतिस्थापकों के प्रभाव को मापने के लिए यह उपयोगी हो सकता है। प्रभावी स्क्रीनिंग योगदान की संवेदनशीलता के नियम के अनुसार। इस मामले में, ऐसे प्रतिस्थापन जो किसी दिए गए प्रोटॉन से 2-3 से अधिक बॉन्ड दूर नहीं होते हैं, उन्हें आमतौर पर ध्यान में रखा जाता है, और गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

δ=δ 0 +ε i *δ i (3)

जहां δ 0 मानक समूह के प्रोटॉन का रासायनिक बदलाव है;

δi प्रतिस्थापक द्वारा स्क्रीनिंग का योगदान है।

1.3 एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी 13 सी. स्पेक्ट्रा प्राप्त करना और रिकॉर्डिंग के तरीके।

13 सी एनएमआर के अवलोकन की पहली रिपोर्ट 1957 में सामने आई, लेकिन 13 सी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का विश्लेषणात्मक अनुसंधान की व्यावहारिक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि में परिवर्तन बहुत बाद में शुरू हुआ।

चुंबकीय अनुनाद 13 सी और 1 एच में बहुत कुछ समानता है, लेकिन महत्वपूर्ण अंतर भी हैं। सबसे आम कार्बन आइसोटोप 12 C में I=0 है। 13C आइसोटोप में I=1/2 है, लेकिन इसकी प्राकृतिक सामग्री 1.1% है। यह इस तथ्य के साथ है कि 13 सी नाभिक का जाइरोमैग्नेटिक अनुपात प्रोटॉन के जाइरोमैग्नेटिक अनुपात का 1/4 है। जो 13 सी एनएमआर के अवलोकन पर प्रयोगों में विधि की संवेदनशीलता को 1 एच नाभिक की तुलना में 6000 गुना कम कर देता है।

ए) प्रोटॉन के साथ स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन को दबाए बिना। प्रोटॉन के साथ स्पिन-स्पिन अनुनाद के पूर्ण दमन के अभाव में प्राप्त 13 सी एनएमआर स्पेक्ट्रा को उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रा कहा जाता था। इन स्पेक्ट्रा में 13 C - 1 H स्थिरांक के बारे में पूरी जानकारी होती है। अपेक्षाकृत सरल अणुओं में, दोनों प्रकार के स्थिरांक - प्रत्यक्ष और लंबी दूरी - काफी सरलता से पाए जाते हैं। तो 1 जे (सी-एच) 125 - 250 हर्ट्ज है, हालांकि, स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन 20 हर्ट्ज से कम स्थिरांक वाले अधिक दूर के प्रोटॉन के साथ भी हो सकता है।

बी) प्रोटॉन के साथ स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन का पूर्ण दमन। 13 सी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के क्षेत्र में पहली बड़ी प्रगति प्रोटॉन के साथ स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन के पूर्ण दमन के उपयोग से जुड़ी है। यदि अणु में कोई अन्य चुंबकीय नाभिक नहीं हैं, जैसे कि 19 एफ और 31 पी, तो प्रोटॉन के साथ स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन के पूर्ण दमन के उपयोग से सिंगलेट लाइनों के निर्माण के साथ मल्टीप्लेट्स का विलय होता है।

ग) प्रोटॉन के साथ स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन का अधूरा दमन। हालाँकि, प्रोटॉन से पूर्ण वियुग्मन के मोड का उपयोग करने की अपनी कमियाँ हैं। चूंकि सभी कार्बन सिग्नल अब सिंगललेट्स के रूप में हैं, स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक 13 सी-1 एच के बारे में सभी जानकारी खो गई है। एक विधि प्रस्तावित है जो प्रत्यक्ष स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक 13 के बारे में जानकारी को आंशिक रूप से पुनर्स्थापित करना संभव बनाती है। सी- 1 एच और साथ ही ब्रॉडबैंड डिकॉउलिंग के लाभों का अधिक हिस्सा बरकरार रखता है। इस मामले में, स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन 13 सी - 1 एच के प्रत्यक्ष स्थिरांक के कारण स्पेक्ट्रा में विभाजन दिखाई देगा। यह प्रक्रिया अनप्रोटोनेटेड कार्बन परमाणुओं से संकेतों का पता लगाना संभव बनाती है, क्योंकि बाद वाले में प्रोटॉन सीधे तौर पर जुड़े नहीं होते हैं। 13 सी और एकल के रूप में प्रोटॉन से अपूर्ण डिकूपिंग के साथ स्पेक्ट्रा में दिखाई देते हैं।

डी) सीएच इंटरेक्शन स्थिरांक, जेएमओडीसीएच स्पेक्ट्रम का मॉड्यूलेशन। 13सी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में एक पारंपरिक समस्या प्रत्येक कार्बन परमाणु से जुड़े प्रोटॉन की संख्या, यानी कार्बन परमाणु के प्रोटोनेशन की डिग्री निर्धारित करना है। प्रोटॉन द्वारा आंशिक दमन लंबी दूरी के स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक के कारण बहुलता से कार्बन सिग्नल को हल करना और प्रत्यक्ष 13 सी-1 एच युग्मन स्थिरांक के कारण सिग्नल विभाजन प्राप्त करना संभव बनाता है। हालांकि, दृढ़ता से युग्मित स्पिन सिस्टम एबी के मामले में और OFFR मोड में मल्टीप्लेट्स का ओवरलैप सिग्नल के स्पष्ट रिज़ॉल्यूशन को कठिन बना देता है।