У ямрі спектроскопії використовується випромінювання діапазону. Ямр – спектроскопія
1.Суть явища
Насамперед слід зазначити, що хоча в назві цього явища є слово «ядерний», до ядерної фізики ЯМР жодного відношення не має і з радіоактивністю ніяк не пов'язаний. Якщо говорити про суворий опис, то без законів квантової механіки не обійтися. Згідно з цими законами, енергія взаємодії магнітного ядра із зовнішнім магнітним полем може набувати лише кількох дискретних значень. Якщо опромінювати магнітні ядра змінним магнітним полем, частота якого відповідає різниці між цими дискретними енергетичними рівнями, вираженої в частотних одиницях, магнітні ядра починають переходити з одного рівня на інший, при цьому поглинаючи енергію змінного поля. У цьому полягає явище магнітного резонансу. Це пояснення формально правильне, але дуже наочне. Є інше пояснення без квантової механіки. Магнітне ядро можна уявити як електрично заряджену кульку, що обертається навколо своєї осі (хоча, строго кажучи, це не так). Відповідно до законів електродинаміки, обертання заряду призводить до появи магнітного поля, тобто магнітного моменту ядра, спрямованого вздовж осі обертання. Якщо цей магнітний момент помістити в постійне зовнішнє поле, вектор цього моменту починає прецесувати, тобто обертатися навколо напрямку зовнішнього поля. Так само прецесує (обертається) навколо вертикалі вісь юли, якщо її розкрутити не строго вертикально, а під деяким кутом. І тут роль магнітного поля грає сила гравітації.
Частота прецесії визначається як властивостями ядра, так і силою магнітного поля: чим сильніше поле, тим вища частота. Потім, якщо крім постійного зовнішнього магнітного поля на ядро впливатиме змінне магнітне поле, то ядро починає взаємодіяти з цим полем - воно ніби сильніше розгойдує ядро, амплітуда прецесії збільшується, і ядро поглинає енергію змінного поля. Однак це відбуватиметься лише за умови резонансу, тобто збігу частоти прецесії та частоти зовнішнього змінного поля. Це схоже на класичний приклад зі шкільної фізики — солдати, що марширують мостом. Якщо частота кроку збігається з частотою своїх коливань моста, то міст розгойдується все сильніше і сильніше. Експериментально це явище проявляється залежно від поглинання змінного поля від його частоти. У момент резонансу поглинання різко зростає, а найпростіший спектр магнітного резонансу виглядає так:
2. Фур'є-спектроскопія
Перші ЯМР-спектрометри працювали саме так, як описано вище-зразок поміщався в постійне магнітне поле, і на нього безперервно подавалося радіочастотне випромінювання. Потім плавно змінювалася частота змінного поля, або напруженість постійного магнітного поля. Поглинання енергії змінного поля реєструвалося радіочастотним мостом, сигнал якого виводився на самописець чи осцилограф. Але цей спосіб реєстрації сигналу вже давно не застосовується. У сучасних ЯМР-спектрометрах спектр записується за допомогою імпульсів. Магнітні моменти ядер збуджуються коротким потужним імпульсом, після якого реєструється сигнал, що наводиться в РЧ-котуні магнітними моментами, що вільно прецесують. Цей сигнал поступово спадає нанівець у міру повернення магнітних моментів у стан рівноваги (цей процес називається магнітною релаксацією). Спектр ЯМР виходить із цього сигналу за допомогою Фур'є-перетворення. Це стандартна математична процедура, що дозволяє розкладати будь-який сигнал на частотні гармоніки і таким чином одержувати частотний спектр цього сигналу. Цей спосіб запису спектра дозволяє значно знизити рівень шумів та проводити експерименти набагато швидше.
Один збудливий імпульс для запису спектра - це найпростіший ЯМР-експеримент. Проте таких імпульсів, різної тривалості, амплітуди, з різними затримками з-поміж них тощо, в експерименті може бути багато, залежно від цього, які саме маніпуляції досліднику треба з системою ядерних магнітних моментів. Тим не менш, практично всі ці імпульсні послідовності закінчуються одним і тим же записом сигналу вільної прецесії з подальшим Фур'є-перетворенням.
3. Магнітні взаємодії у речовині
Сам собою магнітний резонанс залишився не більше ніж цікавим фізичним явищем, якби магнітні взаємодії ядер друг з одним і з електронною оболонкою молекули. Ці взаємодії впливають на параметри резонансу, і за їх допомогою методом ЯМР можна отримувати різноманітну інформацію про властивості молекул — їх орієнтацію, просторову структуру (конформацію), міжмолекулярні взаємодії, хімічний обмін, обертальну та трансляційну динаміку. Завдяки цьому ЯМР перетворився на дуже потужний інструмент дослідження речовин на молекулярному рівні, який широко застосовується не тільки у фізиці, але головним чином у хімії та молекулярній біології. Як приклад однієї з таких взаємодій можна навести так званий хімічний зсув. Суть його в наступному: електронна оболонка молекули реагує на зовнішнє магнітне поле і намагається його екранувати — часткове екранування магнітного поля відбувається у всіх діамагнітних речовинах. Це означає, що магнітне поле в молекулі відрізнятиметься від зовнішнього магнітного поля на дуже невелику величину, яка називається хімічним зрушенням. Проте властивості електронної оболонки у різних частинах молекули різні, і хімічний зсув теж різний. Відповідно, умови резонансу для ядер у різних частинах молекули теж відрізнятимуться. Це дозволяє розрізняти у спектрі хімічно нееквівалентні ядра. Наприклад, якщо ми візьмемо спектр ядер водню (протонів) чистої води, то в ньому буде лише одна лінія, оскільки обидва протони в молекулі H 2 O абсолютно однакові. Але для метилового спирту СН 3 ВІН у спектрі буде вже дві лінії (якщо знехтувати інші магнітні взаємодії), оскільки тут є два типи протонів — протони метильної групи СН 3 і протон, пов'язаний з атомом кисню. У міру ускладнення молекул число ліній збільшуватиметься, і якщо ми візьмемо таку велику і складну молекулу, як білок, то в цьому випадку спектр виглядатиме приблизно так:
4. Магнітні ядра
ЯМР можна спостерігати на різних ядрах, але треба сказати, що не всі ядра мають магнітний момент. Часто буває так, що деякі ізотопи мають магнітний момент, а інші ізотопи того самого ядра — ні. Усього існує більше сотні ізотопів різних хімічних елементів, що мають магнітні ядра, проте в дослідженнях зазвичай використовується не більше 1520 магнітних ядер, решта -екзотика. Для кожного ядра є своє характерне співвідношення магнітного поля та частоти прецесії, що називається гіромагнітним ставленням. Для всіх ядер ці відносини відомі. За ними можна підібрати частоту, де при цьому магнітному полі спостерігатиметься сигнал від необхідних досліднику ядер.
Найважливіші для ЯМР ядра це протони. Їх найбільше у природі, і вони мають дуже високу чутливість. Для хімії та біології дуже важливі ядра вуглецю, азоту та кисню, але з ними вченим не дуже пощастило: найбільш поширені ізотопи вуглецю та кисню, 12 С і 16 О, магнітного моменту не мають, у природного ізотопу азоту 14N момент є, але він по ряду причин для експериментів дуже незручний. Існують ізотопи 13 С, 15 N і 17 О, які підходять для ЯМР-експериментів, але їх природний вміст дуже низький, а чутливість дуже маленька в порівнянні з протонами. Тому часто для ЯМР-досліджень готують спеціальні ізотопно-збагачені зразки, у яких природний ізотоп того чи іншого ядра заміщений на той, який потрібний для експериментів. У більшості випадків ця процедура дуже непроста та недешева, але іноді це єдина можливість отримати необхідну інформацію.
5. Електронний парамагнітний та квадрупольний резонанс
Говорячи про ЯМР, не можна не згадати про два інші споріднені фізичні явища — електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) і ядерний квадрупольний резонанс (ЯКР). ЕПР за своєю суттю подібний до ЯМР, різниця полягає в тому, що резонанс спостерігається на магнітних моментах не атомних ядер, а електронної оболонки атома. ЕПР може спостерігатися тільки в тих молекулах чи хімічних групах, електронна оболонка яких містить так званий неспарений електрон, тоді оболонка має ненульовий магнітний момент. Такі речовини називаються парамагнетиками. ЕПР, як і ЯМР, також застосовується для досліджень різних структурно-динамічних властивостей речовин на молекулярному рівні, але його сфера використання істотно вже. Це пов'язано з тим, більшість молекул, особливо у живої природі, немає неспарених електронів. У деяких випадках можна використовувати так званий парамагнітний зонд, тобто хімічну групу з неспареним електроном, яка зв'язується з молекулою, що досліджується. Але такий підхід має очевидні недоліки, які обмежують можливості цього. Крім того, в ЕПР немає такого високого спектрального дозволу (тобто можливості відрізнити в спектрі одну лінію від іншої), як ЯМР.
Пояснити «на пальцях» природу ЯКР найважче. Деякі ядра мають так званий електричний квадрупольний момент. Цей момент характеризує відхилення розподілу електричного заряду ядра від сферичної симетрії. Взаємодія цього з градієнтом електричного поля, створюваного кристалічної структурою речовини, призводить до розщеплення енергетичних рівнів ядра. У цьому випадку можна спостерігати резонанс на частоті, що відповідає переходам між цими рівнями. На відміну від ЯМР та ЕПР, для ЯКР не потрібно зовнішнього магнітного поля, оскільки розщеплення рівнів відбувається без нього. ЯКР також використовується для дослідження речовин, але сфера його застосування ще вже, ніж у ЕПР.
6. Переваги та недоліки ЯМР
ЯМР - найпотужніший та інформативний метод дослідження молекул. Строго кажучи, це не один метод, це велика кількість різноманітних типів експериментів, тобто імпульсних послідовностей. Хоча всі вони ґрунтуються на явищі ЯМР, але кожен із цих експериментів призначений для отримання якоїсь конкретної специфічної інформації. Число цих експериментів вимірюється багатьма десятками, а то й сотнями. Теоретично ЯМР може якщо не все, то майже все, що можуть всі інші експериментальні методи дослідження структури та динаміки молекул, хоча практично це можна здійснити, звичайно, далеко не завжди. Одна з основних переваг ЯМР у тому, що, з одного боку, його природні зонди, тобто магнітні ядра, розподілені по всій молекулі, а з іншого боку, він дозволяє відрізнити ці ядра один від одного і отримувати просторово-селективні дані про властивості молекули. Майже решта методів дають інформацію або усереднену по всій молекулі, або тільки про якусь одну її частину.
Основних недоліків у ЯМР два. По-перше, це низька чутливість порівняно з більшістю інших експериментальних методів (оптична спектроскопія, флюоресценція, ЕПР тощо). Це призводить до того, що для усереднення шумів сигнал потрібно накопичувати тривалий час. У деяких випадках ЯМР-експеримент може проводитися навіть протягом декількох тижнів. По-друге, це його дорожнеча. ЯМР-спектрометри — одні з найдорожчих наукових приладів, їхня вартість вимірюється щонайменше сотнями тисяч доларів, а найдорожчі спектрометри коштують кілька мільйонів. Не всі лабораторії, особливо у Росії, можуть дозволити собі мати таке наукове устаткування.
7. Магніти для ЯМР-спектрометрів
Одна з найважливіших і найдорожчих частин спектрометра - магніт, що створює постійне магнітне поле. Чим сильніше поле, тим вище чутливість і спектральний дозвіл, тому вчені та інженери постійно намагаються отримати якомога вищі поля. Магнітне поле створюється електричним струмом у соленоїді — що сильніший струм, то більше вписувалося поле. Однак нескінченно збільшувати силу струму не можна, при дуже великому струмі дріт соленоїда просто почне плавитися. Тому вже дуже давно для високопідлогових ЯМР-спектрометрів використовуються надпровідні магніти, тобто магніти, в яких провід соленоїда знаходиться у надпровідному стані. У цьому випадку електричний опір дроту дорівнює нулю, і виділення енергії не відбувається за будь-якої величини струму. Надпровідний стан можна отримати лише за дуже низьких температур, лише кількох градусів Кельвіна, — це температура рідкого гелію. (Високотемпературна надпровідність — досі лише чисто фундаментальних досліджень.) Саме з підтримкою такої низької температури і пов'язані всі технічні складності конструювання та виробництва магнітів, які зумовлюють їхню дорожнечу. Надпровідний магніт побудований за принципом термоса-матрешки. Соленоїд знаходиться у центрі, у вакуумній камері. Його оточує оболонка, де знаходиться рідкий гелій. Ця оболонка через вакуумний прошарок оточена оболонкою з рідкого азоту. Температура рідкого азоту - мінус 196 градусів за Цельсієм, азот потрібен для того, щоб гелій випаровувався якнайповільніше. Нарешті, азотна оболонка ізолюється від кімнатної температури зовнішнім вакуумним прошарком. Така система здатна зберігати потрібну температуру надпровідного магніту дуже довго, хоча для цього потрібно регулярно підливати в магніт рідкі азот та гелій. Перевага таких магнітів, крім можливості отримувати високі магнітні поля, також і в тому, що вони не споживають енергії: після запуску магніту струм бігає по надпровідних проводах практично без будь-яких втрат протягом багатьох років.
8. Томографія
У звичайних ЯМР-спектрометрах магнітне поле намагаються зробити якомога одноріднішим, це потрібно для поліпшення спектрального дозволу. Але якщо магнітне поле всередині зразка, навпаки, зробити дуже неоднорідним, це відкриває нові можливості для використання ЯМР. Неоднорідність поля створюється так званими градієнтними котушками, які працюють у парі з основним магнітом. У цьому випадку величина магнітного поля в різних частинах зразка буде різною, а це означає, що сигнал ЯМР можна спостерігати не від усього зразка, як у звичайному спектрометрі, а тільки від його вузького шару, для якого дотримуються резонансні умови, тобто потрібне співвідношення магнітного поля та частоти. Змінюючи величину магнітного поля (або, що по суті те саме, частоту спостереження сигналу), можна змінювати шар, який даватиме сигнал. Таким чином, можна «просканувати» зразок по всьому об'єму і «побачити» його внутрішню тривимірну структуру, не руйнуючи зразок будь-яким механічним способом. Наразі розроблено велику кількість методик, що дозволяють вимірювати різні параметри ЯМР (спектральні характеристики, часи магнітної релаксації, швидкість самодифузії та деякі інші) з просторовим дозволом усередині зразка. Найцікавіше та важливе, з практичної точки зору, застосування ЯМР-томографії знайшлося в медицині. І тут досліджуваним «зразком» є людське тіло. ЯМР-томографія є одним з найефективніших і найбезпечніших (але також і дорогих) діагностичних засобів у різних галузях медицини, від онкології до акушерства. Цікаво зауважити, що у назві цього методу медики не вживають слова «ядерний», тому що деякі пацієнти пов'язують його з ядерними реакціями та атомною бомбою.
9. Історія відкриття
Роком відкриття ЯМР вважається 1945-й, коли американці Фелікс Блох із Стенфорда і незалежно від нього Едвард Парселл та Роберт Паунд із Гарварду вперше спостерігали сигнал ЯМР на протонах. На той час було багато відомо про природі ядерного магнетизму, сам ефект ЯМР був теоретично передбачений, і було зроблено кілька спроб його експериментального спостереження. Важливо, що роком раніше у Радянському Союзі, в Казані, Євгеном Завойським було відкрито явище ЕПР. Наразі вже добре відомо, що Завойський також спостерігав і сигнал ЯМР, це було перед війною, у 1941 році. Однак у його розпорядженні був магніт низької якості з поганою однорідністю поля, результати були погано відтворювані і тому залишилися неопублікованими. Задля справедливості треба зауважити, що Завойський був не єдиним, хто спостерігав ЯМР до його «офіційного» відкриття. Зокрема, американський фізик Ісідор Рабі (лауреат Нобелівської премії 1944 року за дослідження магнітних властивостей ядер в атомних і молекулярних пучках) наприкінці 30-х також спостерігав ЯМР, але вважав це апаратурним артефактом. Так чи інакше, але за нашою країною залишається пріоритет у експериментальному виявленні магнітного резонансу. Хоча сам Завойський невдовзі після війни став займатися іншими проблемами, його відкриття у розвиток науки у Казані зіграло величезну роль. Казань досі залишається одним із провідних світових наукових центрів з ЕПР-спектроскопії.
10. Нобелівські премії у галузі магнітного резонансу
У першій половині XX століття було присуджено кілька Нобелівських премій вченим, без яких відкриття ЯМР не могло б відбутися. Серед них можна назвати Петера Зеємана, Отто Штерна, Ісідора Рабі, Вольфганга Паулі. Але безпосередньо пов'язаних із ЯМР Нобелівських премій було чотири. У 1952 році премію отримали Фелікс Блох та Едвард Парселл за відкриття ЯМР. Це єдина «ЯМР-на» Нобелівська премія з фізики. 1991 року премію з хімії отримав швейцарець Річард Ернст, який працював у знаменитій Швейцарській вищій технічній школі в Цюріху. Він був удостоєний її за розвиток методів багатовимірної ЯМР-спектроскопії, які дали змогу кардинально збільшити інформативність ЯМР-експериментів. У 2002 році лауреатом премії, також з хімії, став Курт Вютріх, який працював з Ернстом у сусідніх будівлях у тій же Технічній школі. Він отримав премію за розробку методів визначення тривимірної структури білків у розчині. До цього єдиним методом, що дозволяє визначати просторову конформацію великих біомакромолекул, був лише рентгеноструктурний аналіз. Нарешті, 2003 року премію з медицини за винахід ЯМР-томографії отримали американець Поль Лаутербур та англієць Петер Мансфілд. Радянський першовідкривач ЕПР Е.К.Завойський Нобелівської премії, на жаль, не отримав.
Спектроскопія ЯМР відноситься до неруйнівних методів аналізу. Совр. імпульсна ЯМР фур'є-спектроскопія дозволяє вести аналіз з 80 магн. ядрам. ЯМР спектроскопія - одна з осн. фіз.-хім. методів аналізу її дані використовують для однозначної ідентифікації як проміж. продуктів хім. р-цій, і цільових в-в. Крім структурних віднесень та кількостей. аналізу, спектроскопія ЯМР приносить інформацію про конформаційні рівноваги, дифузії атомів і молекул у твердих тілах, внутр. рухах, водневих зв'язках та асоціації в рідинах, кето-енольної таутомерії, метало- та прототропії, упорядкованості та розподілі ланок у полімерних ланцюгах, адсорбції в-в, електронній структурі іонних кристалів, рідких кристалів та ін. Спектроскопія ЯМР - джерело інформації , у т. ч. білкових молекул у розчинах, порівнянної за достовірністю з даними рентгеноструктурного аналізу. У 80-ті роки. почалося бурхливе впровадження методів спектроскопії та томографії ЯМР у медицину для діагностики складних захворювань та при диспансеризації населення.
Число та положення ліній у спектрах ЯМР однозначно характеризують усі фракції сирої нафти, синтетич. каучуків, пластмас, сланців, вугілля, ліків, препаратів, продукції хім. та фармацевтич. пром-сті та ін.
Інтенсивність та ширина лінії ЯМР води або олії дозволяють з високою точністю вимірювати вологість та олійність насіння, збереження зерна. При відбудові від сигналів води можна реєструвати вміст клейковини в кожному зерні, що, як і аналіз олійності, дозволяє вести прискорену селекцію с.-г. культур.
Застосування дедалі сильніших магн. полів (до 14 Тл у серійних приладах і до 19 Тл в експерим. установках) забезпечує можливість повного визначення структури білкових молекул у розчинах, експрес-аналізу біол. рідин (концентрації ендогенних метаболітів у крові, сечі, лімфі, спинномозковій рідині), контролю якості нових полімерних матеріалів. У цьому застосовують численні варіанти многоквантовых і багатовимірних фурье-спектроскопич. методик.
Явище ЯМР відкрили Ф. Блох та Е. Перселл (1946), за що були удостоєні Нобелівської премії (1952).
Явище ядерного магнітного резонансу можна застосовувати у фізиці і хімії, а й у медицині: організм людини - це сукупність тих самих органічних і неорганічних молекул.
Щоб спостерігати це явище, об'єкт поміщають у постійне магнітне поле та піддають дії радіочастотних та градієнтних магнітних полів. У котушці індуктивності, що оточує досліджуваний об'єкт, виникає змінна електрорушійна сила (ЕРС), амплітудно-частотний спектр якої і перехідні в часі характеристики несуть інформацію про просторову щільність атомних ядер, що резонують, а також про інші параметри, специфічні тільки для ядерного магнітного резонансу. Комп'ютерна обробка цієї інформації формує об'ємне зображення, що характеризує щільність хімічно еквівалентних ядер, часи релаксації ядерного магнітного резонансу, розподіл швидкостей потоку рідини, дифузію молекул та біохімічні процеси обміну речовин у живих тканинах.
Сутність ЯМР-інтроскопії (або магнітно-резонансної томографії) полягає, по суті, у реалізації особливого кількісного аналізу по амплітуді сигналу ядерного магнітного резонансу. У звичайній ЯМР-спектроскопії прагнуть реалізувати, по можливості, найкращий дозвіл спектральних ліній. Для цього магнітні системи регулюються таким чином, щоб у межах зразка створити якнайкращу однорідність поля. У методах ЯМР-інтроскопії, навпаки, магнітне поле створюється наперед неоднорідним. Тоді є підстави очікувати, що частота ядерного магнітного резонансу в кожній точці зразка має своє значення, що відрізняється від значень в інших частинах. Задавши будь-який код для градацій амплітуди ЯМР-сигналів (яскравість або колір на екрані монітора), можна отримати умовне зображення (томограму) зрізів внутрішньої структури об'єкта.
ЯМР-інтроскопія, ЯМР-томографія вперше у світі винайдені 1960 р. В. А. Івановим. Заявку на винахід (спосіб і пристрій) некомпетентний експерт відхилив «з огляду на явну марність запропонованого рішення», тому авторське свідоцтво на це було видано лише через 10 років. Таким чином, офіційно визнано, що автором ЯМР-томографії є не колектив вказаних нижче нобелівських лауреатів, а російський учений. Незважаючи на цей юридичний факт, Нобелівську премію присудили за ЯМР-томографію зовсім не В. А. Іванову. Спектральні апарати
Для точного дослідження спектрів такі прості пристрої, як вузька щілина, що обмежує світловий пучок, і призма, вже недостатні. Необхідні прилади, що дають чіткий спектр, тобто прилади, що добре розділяють хвилі різної довжини і не допускають перекриття окремих ділянок спектру. Такі пристрої називають спектральними апаратами. Найчастіше основною частиною спектрального апарату є призма чи дифракційна решітка.
ЕЛЕКТРОННИЙ ПАРАМАГНІТНИЙ РЕЗОНАНС
Суть методу
Суть явища електронного парамагнітного резонансу полягає у резонансному поглинанні електромагнітного випромінювання неспареними електронами. Електрон має спин та асоційований з ним магнітний момент.
Якщо помістити вільний радикал з результуючим моментом кількості руху J в магнітному полі з напруженістю B 0 то для J, відмінного від нуля, в магнітному полі знімається виродження, і в результаті взаємодії з магнітним полем виникає 2J+1 рівнів, положення яких описується виразом: W = gβB 0 M, (де М = +J, +J-1, …-J) і визначається Зеемановським взаємодією магнітного поля з магнітним моментом J. Розщеплення енергетичних рівнів електрона показано малюнку.
Енергетичні рівні та дозволені переходи для атома з ядерним спином 1 у постійному (А) та змінному (В) полі.
Якщо тепер до парамагнітного центру докласти електромагнітне поле з частотою ν, поляризоване в площині, перпендикулярній вектору магнітного поля B 0 , то воно буде викликати магнітні дипольні переходи, що підпорядковуються правилу відбору ΔМ = 1. При збігу енергії електронного переходу з енергією фотонаэлектро поглинання НВЧизлучения. Таким чином, умова резонансу визначається фундаментальним співвідношенням магнітного резонансу.
Поглинання енергії НВЧ поля спостерігається в тому випадку, якщо між рівнями існує різниця заселеності.
При тепловій рівновазі існує невелика різниця заселеності зееманівських рівнів, що визначається больцманівським розподілом = exp(gβB 0 /kT). У такій системі при збудженні переходів дуже швидко має наступити рівність заселеності енергетичних підрівнів і зникнути поглинання НВЧ поля. Однак, насправді існує багато різних механізмів взаємодії, внаслідок яких електрон безвипромінно перетворюється на початковий стан. Ефект незмінності інтенсивності поглинання зі збільшенням потужності виникає рахунок електронів, не встигають релаксувати, і називається насиченням. Насичення утворюється при високій потужності НВЧ випромінювання і може помітно спотворити результати вимірювання концентрації центрів методом ЕПР.
Значення методу
Метод ЕПР дає унікальну інформацію про парамагнітні центри. Він однозначно розрізняє домішкові іони, що ізоморфно входять у ґрати від мікровключень. При цьому виходить повна інформація про цей іон у кристалі: валентність, координація, локальна симетрія, гібридизація електронів, скільки і в які структурні положення електронів входить, орієнтування осей кристалічного поля в місці розташування цього іона, повна характеристика кристалічного поля та детальні відомості про хімічний зв'язок . І, що дуже важливо, метод дозволяє визначити концентрацію парамагнітних центрів у областях кристала з різною структурою.
Але спектр ЕПР це як характеристика іона в кристалі, а й самого кристала, особливостей розподілу електронної щільності, кристалічного поля, ионности-ковалентности в кристалі і нарешті просто діагностична характеристика мінералу, оскільки кожен іон у кожному мінералі має унікальні параметри. В цьому випадку парамагнітний центр є своєрідним зондом, що дає спектроскопічні та структурні характеристики свого мікрооточення.
Ця властивість використовується у т.з. метод спінових міток і зондів, заснований на введенні стабільного парамагнітного центру в досліджувану систему. Як такий парамагнітний центр, як правило, використовують нітроксильний радикал, що характеризується анізотропними. gі Aтензорами.
Спектроскопія ядерного магнітного резонансу, ЯМР-спектроскопія- Спектроскопічний метод дослідження хімічних об'єктів, що використовує явище ядерного магнітного резонансу. Явище ЯМР відкрили 1946 року американські фізики Ф. Блох та Е.Персел. Найбільш важливими для хімії та практичних застосувань є спектроскопія протонного магнітного резонансу (ПМР-спектроскопія), а також спектроскопія ЯМР на ядрах вуглецю-13 (13 C ЯМР-спектроскопія), фтору-19 (19 F ЯМР-спектроскопія), фосфор 31 P ЯМР-спектроскопія). Якщо елемент має непарний порядковий номер або ізотоп якого-небудь (навіть парного) елемента має непарне масове число, ядро такого елемента має спином, відмінним від нуля. Зі збудженого стану в нормальний, ядра можуть повертатися, передаючи енергію збудження навколишньому середовищу-«решітці», під якою в даному випадку розуміються електрони або атоми іншого сорту, ніж досліджувані. Цей механізм передачі енергії називають спін-решітковою релаксацією, його ефективність може бути охарактеризована постійною T1, яка називається часом спін-решіткової релаксації.
Ці особливості роблять ЯМР-спектроскопію зручним засобом як теоретичної органічної хімії, так аналізу біологічних об'єктів .
Базова ЯМР техніка
Зразок речовини для ЯМР міститься в тонкостінну скляну трубку (ампулу). Коли її поміщають у магнітне поле, ЯМР активні ядра (такі як H або 13 C) поглинають електромагнітну енергію. Резонансна частота, енергія абсорбції та інтенсивність випущеного сигналу пропорційні силі магнітного поля. Так, у полі 21 Тесла протон резонує при частоті 900 МГц.
Хімічний зсув
Залежно від локального електронного оточення різні протони в молекулі резонують на частотах, що злегка відрізняються. Так як і це зміщення частоти, і основна резонансна частота прямо пропорційні величині індукції магнітного поля, це зміщення перетворюється на незалежну від магнітного поля безрозмірну величину, відому як хімічний зсув. Хімічний зсув визначається як відносна зміна щодо деяких еталонних зразків. Частотний зсув екстремально малий у порівнянні з основною частотою ЯМР. Типовий зсув частоти дорівнює 100 Гц, тоді як базова частота ЯМР має порядок 100 МГц. Таким чином, хімічне зрушення часто виражається в частинах на мільйон (ppm). Для того щоб виявити таку невелику відмінність частоти, прикладене магнітне поле має бути постійним усередині об'єму зразка.
Так як хімічний зсув залежить від хімічної будови речовини, він застосовується для отримання структурної інформації про молекули у зразку. Наприклад, спектр для етанолу (CH 3 CH 2 OH) дає 3 відмінних сигналу, тобто 3 хімічних зсуву: один для групи CH 3 другий для СН 2 -групи і останній для OH. Типовий зсув для CH 3 -групи приблизно дорівнює 1 ppm, для CH 2 -групи приєднаної до OH - 4 ppm і OH приблизно 2-3 ppm.
Через молекулярний рух при кімнатній температурі сигнали 3 метилових протонів усереднюються протягом ЯМР процесу, який триває лише кілька мілісекунд. Ці протони вироджуються і формують піки у тому ж хімічному зрушенні. Програмне забезпечення дозволяє проаналізувати розмір піків для того, щоб зрозуміти, як багато протонів дає внесок у ці піки.
Спін-спінова взаємодія
Найбільш корисну інформацію визначення структури в одновимірному ЯМР-спектрі дає так зване спин-спиновое взаємодія між активними ЯМР ядрами. Ця взаємодія виникає в результаті переходів між різними спіновими станами ядер у хімічних молекулах, що призводить до розщеплення сигналів ЯМР. Це розщеплення може бути простим і складним і, як наслідок, його просто інтерпретувати, або воно може заплутати експериментатора.
Це зв'язування забезпечує детальну інформацію про зв'язки атомів у молекулі.
Взаємодія другого порядку (сильна)
Проста спін-спінова взаємодія передбачає, що константа взаємодії мала порівняно з різницею в хімічних зрушеннях між сигналами. Якщо різниця зрушень зменшується (або константа взаємодії збільшується), інтенсивність мультиплетів зразків спотворюється, стає складнішою для аналізу (особливо якщо система містить понад 2 спини). Однак у потужних ЯМР-спектрометрах спотворення зазвичай помірні і це дозволяє легко інтерпретувати пов'язані піки.
Ефекти другого порядку зменшуються зі збільшенням різниці частоти між мультиплетами, тому високочастотний спектр ЯМР показує менше спотворення, ніж низькочастотний спектр.
Додаток ЯМР спектроскопії до дослідження білків
Більшість останніх інновацій у ЯМР спектроскопії зроблено у так званій ЯМР спектроскопії білків, яка стає дуже важливою технікою в сучасній біології та медицині. Загальним завданням є отримання 3-мірної структури білка у високій роздільній здатності, подібно до зображень, що отримуються в рентгенівській кристалографії. З-за присутності більшого числа атомів в білковій молекулі порівняно з простою органічною сполукою, базовий 1 H спектр переповнений сигналами, що перекриваються, тому прямий аналіз спектра стає неможливим. Тому було розроблено багатовимірні техніки, щоб вирішити цю проблему.
Щоб поліпшити результати цих експериментів, застосовують метод мічених атомів, використовуючи 13 або 15 N. Таким чином стає можливим отримати 3D-спектр білкового зразка, що стало проривом у сучасній фармацевтиці. Останнім часом набувають поширення методики (що мають як переваги, так і недоліки) отримання 4D-спектрів та спектрів більшої розмірності, засновані на методах нелінійного семплювання з подальшим відновленням сигналу спаду вільної індукції за допомогою спеціальних математичних методик.
Кількісний аналіз методом ЯМР
При кількісному аналізі розчинів площу піку може бути використана як міра концентрації в методі градуювального графіка або методі добавок. Відомі також методики, у яких градуйований графік відбиває концентраційну залежність хімічного зсуву. Застосування методу ЯМР у неорганічному аналізі полягає в тому, що у присутності парамагнітних речовин відбувається прискорення часу ядерної релаксації. Вимірювання швидкості релаксації може бути виконано декількома методами. При вимірюваннях за цим методом на досліджуваний зразок в магнітному полі через певні проміжки часу накладають короткочасні радіочастотні імпульси в області резонансного поглинання. Для проведення звичайних аналітичних визначень немає необхідності знаходити абсолютні значення швидкостей релаксації. У цих випадках можна обмежитися вимірюванням будь-якої пропорційної їм величини, наприклад, амплітуди резонансного сигналу поглинання. Вимір амплітуди може бути виконано на простій, більш доступній апаратурі. Істотною перевагою методу ЯМР є широкий інтервал значень вимірюваного параметра. За допомогою установки спінової луни можна визначати час релаксації від 0,00001 до 100 с. з похибкою 3...5%. Це дозволяє визначати концентрацію розчину в дуже широкому інтервалі від 1...2 до 0,000001...0000001 моль/л. Найчастіше використовуваним аналітичним прийомом є метод градуювального графіка. Хеберлен У., Мерінг М.ЯМР високої роздільної здатності в твердих тілах. - М: Мир.- 1980.
ЯМР-спектроскопія
Спектроскопія ядерного магнітного резонансу, ЯМР-спектроскопія- Спектроскопічний метод дослідження хімічних об'єктів, що використовує явище ядерного магнітного резонансу. Найбільш важливими для хімії та практичних застосувань є спектроскопія протонного магнітного резонансу (ПМР-спектроскопія), а також спектроскопія ЯМР на ядрах вуглецю-13 (13 C ЯМР-спектроскопія), фтору-19 (інфрачервоної спектроскопії, ЯМР виявляє інформацію Проте, він забезпечує більш повну інформацію, ніж ІС, дозволяючи вивчати динамічні процеси у зразку - визначати константи швидкості хімічних реакцій, величину енергетичних бар'єрів внутрішньомолекулярного обертання.Ці особливості роблять ЯМР-спектроскопію зручним засобом як для теоретичної органічної хімії, так і для аналізу об'єктів.
Базова ЯМР техніка
Зразок речовини для ЯМР міститься в тонкостінну скляну трубку (ампулу). Коли її поміщають у магнітне поле, ЯМР активні ядра (такі як H або 13 C) поглинають електромагнітну енергію. Резонансна частота, енергія абсорбції та інтенсивність випущеного сигналу пропорційні силі магнітного поля. Так, у полі в 21 Тесла, протон резонує при частоті 900 МГц.
Хімічний зсув
Залежно від місцевого електронного оточення, різні протони в молекулі резонують на частотах, що злегка відрізняються. Так як і це зміщення частоти і основна резонансна частота прямо пропорційні силі магнітного поля, це зміщення перетворюється на незалежну від магнітного поля безрозмірну величину відому як хімічний зсув. Хімічний зсув визначається як відносна зміна щодо деяких еталонних зразків. Частотний зсув екстремально малий у порівнянні з основною частотою ЯМР. Типовий зсув частоти дорівнює 100 Гц, тоді як базова частота ЯМР має порядок 100 МГц. Таким чином, хімічний зсув часто виражається в частинах на мільйон (ppm). Для того, щоб виявити таку невелику відмінність частоти, прикладене магнітне поле має бути постійним всередині обсягу зразка.
Так як хімічний зсув залежить від хімічної будови речовини, він застосовується для отримання структурної інформації про молекули у зразку. Наприклад, спектр для етанолу (CH 3 CH 2 OH) дає 3 відмінних сигналу, тобто 3 хімічних зсуву: один для групи CH 3 другий для СН 2 -групи і останній для OH. Типовий зсув для CH 3 -групи приблизно дорівнює 1 ppm, для CH 2 -групи приєднаної до OH-4 ppm і OH приблизно 2-3 ppm.
Через молекулярний рух при кімнатній температурі сигнали 3 метилових протонів усереднюються протягом ЯМР процесу, який триває лише кілька мілісекунд. Ці протони вироджуються і формують піки у тому ж хімічному зрушенні. Програмне забезпечення дозволяє проаналізувати розмір піків для того, щоб зрозуміти, як багато протонів дає внесок у ці піки.
Спін-спінова взаємодія
Найбільш корисну інформацію визначення структури в одновимірному ЯМР-спектрі дає так зване спин-спиновое взаємодія між активними ЯМР ядрами. Ця взаємодія виникає в результаті переходів між різними спіновими станами ядер у хімічних молекулах, що призводить до розщеплення сигналів ЯМР. Це розщеплення може бути простим і складним і, як наслідок, його просто інтерпретувати, або воно може заплутати експериментатора.
Це зв'язування забезпечує детальну інформацію про зв'язки атомів у молекулі.
Взаємодія другого порядку (сильна)
Проста спін-спінова взаємодія передбачає, що константа взаємодії мала порівняно з різницею в хімічних зрушеннях між сигналами. Якщо різниця зрушень зменшується (або константа взаємодії збільшується), інтенсивність мультиплетів зразків спотворюється, стає складнішою для аналізу (особливо якщо система містить понад 2 спини). Однак у потужних ЯМР-спектрометрах спотворення зазвичай помірні і це дозволяє легко інтерпретувати пов'язані піки.
Ефекти другого порядку зменшуються зі збільшенням різниці частоти між мультиплетами, тому високочастотний спектр ЯМР показує менше спотворення ніж низькочастотний спектр.
Додаток ЯМР спектроскопії до дослідження білків
Більшість останніх інновацій у ЯМР спектроскопії зроблено у так званій ЯМР спектроскопії білків, яка стає дуже важливою технікою в сучасній біології та медицині. Загальним завданням є отримання 3-мірної структури білка у високій роздільній здатності, подібно до зображень одержуваних в рентгенівській кристалографії. Через присутність більшого числа атомів у білковій молекулі в порівнянні з простою органічною сполукою, базовий 1D спектр переповнений сигналами, що перекриваються, тому прямий аналіз спектра стає неможливим. Тому було розроблено багатовимірні техніки, щоб вирішити цю проблему.
Щоб поліпшити результати цих експериментів застосовують метод мічених атомів, використовуючи 13 або 15 N. Таким чином стає можливим отримати 3D-спектр білкового зразка, що стало проривом у сучасній фармацевтиці. Останнім часом набувають поширення методики (мають як переваги так і недоліки) отримання 4D-спектрів та спектрів більшої розмірності, засновані на методах нелінійного семплювання з подальшим відновленням сигналу спаду вільної індукції за допомогою спеціальних математичних методик.
Література
- Ґюнтер X.Введення у курс спектроскопії ЯМР. - Пров. з англ. - М., 1984.
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "ЯМР-спектроскопія" в інших словниках:
Спектроскопія ядерного магнітного резонансу на ядрах вуглецю 13, 13C ЯМР спектроскопія один із методів ЯМР спектроскопії, який використовує ядра ізотопу вуглецю 13C. Ядро 13C має в основному стан спін 1/2, його вміст у природі ... Вікіпедія
Зображення мозку людини на медичному ЯМР томографі Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) резонансне поглинання електромагнітної енергії речовиною, що містить ядра з ненульовим спином у зовнішньому магнітному полі, зумовлене переорієнтацією ... Вікіпедія
спектроскопія ЯМР
спектроскопія ЯМР
спектроскопія магнітного резонансу- magnetinio branduolių rezonanso spektroskopija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Spektroskopija, pagrįsta kietųjų, skystųjų ir dujinių medžagų magnetinioni brandu. atitikmenys: англ. NMR… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
спектроскопія ядерного магнітного резонансу- branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. NMR spectroscopy; nuclear magnetic resonance spectroscopy vok. magnetische Kernresonanzspektroskopie, f; NMR Spektroskopie, f rus. спектроскопія ядерного … Fizikos terminų žodynas
Magnetinio branduolių rezonanso spektroskopija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Spektroskopija, pagrįsta kietųjų, skystųjų ir dujinių medžiagų magnetinio brandu. atitikmenys: англ. NMR… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
ядерно-резонансна спектроскопія- branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. NMR spectroscopy; nuclear magnetic resonance spectroscopy vok. magnetische Kernresonanzspektroskopie, f; NMR Spektroskopie, f rus. спектроскопія ядерного … Fizikos terminų žodynas
Сукупність методів ісл. у ва за спектрами поглинання їх атомами, іонами та молекулами ел. магн. хвиль радіодіапазону. До Р. належать методи електронного парамагнію. резонансу (ЕПР), ядерного магн. резонансу (ЯМР), циклотронного резонансу та ін. Природознавство. Енциклопедичний словник
Зображення мозку людини на медичному томографі ЯМР Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) резонансне поглинання або випромінювання електромагнітної енергії речовиною, що містить ядра з ненульовим спином у зовнішньому магнітному полі, на частоті ν… … Вікіпедія
Аллільне розщеплення- залежність константи спін-спінової взаємодії між протонами в алільних системах ( 4 J ) яка значною мірою залежить від торсійного кута. між площинами, утвореними атомами НС2С3 і С1С2С3.
Анулени- циклічні пов'язані системи.
Атропні молекули- молекули сполук, які дають кільцевого струму.
Валентний кут (θ) - Кут між двома зв'язками в одного атома вуглецю.
Віцинальне взаємодія -взаємодія між ядрами, що розділені трьома зв'язками.
Внерезонансна розв'язка(off resonance decoupling) - дозволяє встановити різницю між сигналами СН 3 , СН 2 , СН груп і четвертинним атомом вуглецю. Для спостереження позарезонансної розв'язки використовується частота поруч із хімічним зрушенням, але з відповідна резонансної частоті сигналу. Таке придушення веде до зменшення кількості взаємодій, настільки, що реєструються тільки прямі J(C,H) взаємодії.
Гемінальне взаємодія -взаємодія між ядрами, які розділені двома зв'язками.
Гетероядерна кореляційна спектроскопія (Heteronuclear correlation spectroscopy)- у цих експериментах однієї осі розміщені хімічні зрушення 1 Н спектрів, тоді як у інший осі розміщуються 13 З хімічні зрушення. HETCOR - гетероядерний варіантCOSY, в якому використовуються непрямі гетероядерні спін-спінові взаємодії між 1 Н і 13 С.
HMQC - HETeronuclearMultyQuantumCorrelation- реєстрація 1 Н з розв'язкою від 13°С.
HSQC - HETeronuclear MultyQuantum Correlation- варіант HMQC
COLOC - CORrelation Long (дуже затяжний)
HMBC (HETeronuclear MultiplBond Correlation)- варіант експерименту HMQC для виявлення далеких гетероядерних спін-спінових взаємодій. HMBC дає більш високе співвідношення сигнал/шум, ніж HMQC експеримент.
Гіромагнітне відношення (γ ) - Одна з характеристик магнітних властивостей ядра.
Гомоалільна взаємодія- взаємодія через 5 зв'язків в аллільній системі.
Далі взаємодія -взаємодія між ядрами, які розділені більш ніж на 3 зв'язки (зазвичай через 4-5 зв'язків).
Датчик- прилад, який забезпечує передачу імпульсів до зразка та реєстрацію сигналів резонансу. Датчики бувають широкосмугові та селективно-налаштовані. Вони встановлюються в активну область магніту.
Двогранний (торсійний) кут- кут, який утворений двома площинами між зв'язками, що розглядаються.
ДвовимірніJ-спектри.Для двовимірної J-спектроскопії характерна наявність однієї частотної координати, пов'язаної з КССВ та другої координати, пов'язаної з хімічними зрушеннями. Найбільшого поширення набуло контурне уявлення двовимірних J-спектрів у двох взаємно-перпендикулярних координатах.
Двовимірна ЯМР-спектроскопіяексперименти з використанням імпульсних послідовностей, що дозволяє отримати спектр ЯМР у такому поданні, при якому інформація рознесена по двох частотних координат і збагачена відомостями про взаємозалежність параметрів ЯМР. В результаті виходить квадратний спектр з двома ортогональними осями і з сигналом, що має у частотному поданні максимум у точці з координатами (, ), тобто на діагоналі.
Дельта-шкала (δ -шкала) - шкала, в якій хімічне зрушення протонів ТМС приймається за нульове значення.
Діамагнітний зсув- Зміщення резонансного сигналу в область слабкого поля (великих значень δ ).
Діатропні молекули- анулени з 4 n+2 π-електронами, які відповідно до правила Хюккеля мають ароматичний характер.
Дублет - сигнал двох взаємодіючих ядер, представлений у спектрі ЯМР 1 Н двома лініями однієї інтенсивності.
Ізохронні ядра- ядра, що мають одну й ту саму величину хімічного зсуву. Часто вони хімічно еквівалентні, тобто мають однакове хімічне оточення.
Інтегральна інтенсивність сигналу(Площа під кривою) - вимірюється інтегратором і показується у вигляді сходів, висота яких пропорційна площі і показує відносне числопротонів.
Імпульсна спектроскопіяспосіб збудження магнітних ядер - за допомогою коротких та потужних (сотні кіловат) високочастотних імпульсів. Імпульс з несучою частотою і тривалістю t p створює смугу збудження в діапазоні частот +1/t p . Якщо довжина імпульсу обчислюється кількома мікросекундами, а приблизно відповідає центру області частот резонансу для даного виду ядер, то смуга перекриє весь діапазон частот, забезпечуючи одночасне збудження всіх ядер. В результаті записується експоненційно загасаюча синусоїда (СІС). Вона містить інформацію як про частоту, тобто фактично про хімічний зсув, так і про форму лінії. Найбільш звична для нас форма - спектр у частотному поданні - виходить із СІС за допомогою математичної процедури, яка називається перетворенням Фур'є.
Імпульсний ЯМР- спосіб збудження магнітних ядер за допомогою коротких та потужних (сотні кіловат) високочастотних імпульсів. Під час імпульсу усі ядра одночасно збуджуються, а потім, після того, як імпульс припиняється, ядра повертаються (релаксують) у вихідний основний стан. Втрата енергії релаксуючими ядрами призводить до виникнення сигналу, який є сумою сигналів від усіх ядер описується великою кількістю загасаючих синусоїдальних кривиху часовій шкалі, кожна з яких відповідає певній резонансній частоті.
Константа спін-спінової взаємодії (КСВВ)- Кількісна характеристика взаємодії різних ядер.
Кореляційна спектроскопія (COSY)експеримент із двома 90 про імпульсами. У цьому виді двовимірної спектроскопії корелюються хімічні зрушення спинових магнітних ядер. Двовимірна спектроскопія COSY за певних умов допомагає виявити наявність дуже малих констант, зазвичай невидних в одновимірних спектрах.
СOSY- Експерименти, в яких варіюється тривалість імпульсу. Це дозволяє зменшити розмір діагональних піків, що утруднюють ідентифікацію прилеглих крос-піків (COSY45, COSY60).
DQF-COSY - двоквантований фільтр -пригнічує синглети на діагоналі та перешкоди, що відповідають їм.
COSYLR (long rang)- Експеримент COSY, який дозволяє визначити далекі взаємодії.
ТOCSY - TotalCorrelationSpectroscopy- режим зйомки, який дозволяє в насиченому сигналами спектрі отримати крос-піки між усіма спинами системи шляхом передачі намагніченості зв'язків у досліджуваному структурному фрагменті. Найчастіше використовується для вивчення біомолекул.
Ларморова частота- Частота прецесії в ЯМР.
Магнітно-еквівалентниминазивають такі ядра, які мають ту саму резонансну частоту і загальне для всіх характеристичне значення константи спін-спінової взаємодії з ядрами будь-якої сусідньої групи.
Багатоквантові когерентності- стан суперпозиції, коли два або більше взаємодіючих спина ½ переорієнтуються одночасно.
Багатовимірний ЯМР- Реєстрація спектрів ЯМР з більш ніж однією частотною шкалою.
Мультиплет - сигнал однієї групи, що виявляється у вигляді кількох ліній.
Непряма спинова взаємодія - взаємодія між ядрами, що передається в межах молекули за системою зв'язків і не усереднюється за швидкого молекулярного руху.
Парамагнітні частки - частинки, що містять неспарений електрон, який має дуже великий магнітний момент.
Парамагнітний зсув- Зміщення резонансного сигналу в область сильного поля (великих значень δ ).
Паратропні молекулианулени з числом π-електронів рівним 4 n.
Пряма константа спін-спінової взаємодії -константа, що характеризує взаємодія між ядрами, які розділені одним зв'язком.
Пряма спин-спінова взаємодія- взаємодія між ядрами, що передається через простір.
Резонансний сигналспектральна лінія, що відповідає поглинанню енергії під час переходу між власними станами, викликана високочастотним генератором.
Релаксаційні процеси - втрата енергії на верхньому рівні та повернення на нижній енергетичний рівень завдяки безвипромінювальним процесам.
З віпірування- Поступова зміна магнітного поля, в результаті якого досягаються умови резонансу.
Спектри першого порядку- спектри, в яких різниця в хімічних зрушеннях окремих груп магнітно-еквівалентних ядер oзначно більше константи спін-спінової взаємодії J .
Спін-решіткова релаксація - процес релаксації (втрати енергії), механізм якої пов'язаний із взаємодією з локальними електромагнітними полями довкілля.
Спін-спинова релаксація - процес релаксації здійснюється внаслідок передачі енергії від одного збудженого ядра до іншого.
Спін-спінова взаємодія електронів- Взаємодія, що виникає в результаті магнітної взаємодії різних ядер, яка може передаватися через електрони хімічних зв'язків безпосередньо незв'язаних ядер.
Спинова система- це група ядер, що взаємодіють між собою, але не взаємодіють із ядрами, що не входять до спинової системи.
Хімічний зсувзсув сигналу досліджуваного ядра стосовно сигналу ядер стандартної речовини.
Хімічно еквівалентні ядра- ядра, які мають одну й ту саму резонансну частоту та однакове хімічне оточення.
Шимми - у спектроскопії ЯМР так називають електромагнітні котушки, що створюють магнітні поля невеликої напруженості, якими виправляють неоднорідність сильного магнітного поля.
Широкополосна розв'язка(1 Н broadband decoupling) - використання сильного опромінення, яке покриває всю область протонних хімічних зрушень, щоб повністю видалити всі 13 С 1 Н взаємодії.
Екранування - зміна положення резонансного сигналу під впливом індукованих магнітних полів інших ядер.
Ефект Ван-дер-Ваальса- ефект, який виникає при сильній просторовій взаємодії між протоном і сусідньою групою і викликає зниження сферичної симетрії електронного розподілу та збільшення парамагнітного вкладу в ефект екранування, який, у свою чергу, призводить до зміщення сигналу слабкіше поле.
Ефект Зеємана- Розщеплення енергетичних рівнів у магнітному полі.
Ефект даху- збільшення інтенсивності центральних ліній та зменшення інтенсивності віддалених ліній у мультиплеті.
Ефект магнітної анізотропії(так званий конус анізотропії) – результат впливу вторинних індукованих магнітних полів.
Ядерний квадрупольний резонанс (ЯКР) -спостерігається для ядер зі спіновим квантовим числом I > 1/2 внаслідок несферичного розподілу ядерного заряду. Такі ядра можуть взаємодіяти з градієнтами зовнішніх електричних полів, особливо з градієнтами полів електронних оболонок молекули, в якій знаходиться ядро і мають спінові стани, що характеризують різними енергіями навіть без доданого зовнішнього магнітного поля.
Ядерний магнетонЗначення ядерного магнетону розраховується за такою формулою:
Ядерний магнітний резонанс(ЯМР) - це фізичне явище, що використовується для вивчення властивостей молекул при опроміненні ядер атомів радіохвилями в магнітному полі.
Ядерний фактор - відношення заряду ядра до його маси.
