ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глава первая Физические основы ядерного магнитного резонанса из "Ядерный магнитный резонанс" Применение ЯМР в химии полимеров быстро растет. Усовершенствование ЯМР-снектрол1етров, в частности разработка приборов высокого разрешения, работающих при повышенных температурах, открывает все новые возможности. По-видимому, было бы рискованно пытаться сейчас критически обобщить весь имеющийся материал и дать законченную картину состояния работ в этой области. Авторы поставили перед собой более скромную задачу систематизировать опубликованные работы и осветить основные направления в изучении высокополимеров методом ЯМР. Мы надеемся, что и в таком виде книга будет полезна. [c.7] Книга разделена на две части. [c.7] Кроме того, в nepBoii части описаны принципы устройства ЯМР-спектрометров, методы регистрации и обработки спектров. [c.8] Вторая часть книги представляет собой обзор работ по ЯМР высокополимеров, опубликованных до 1963 г. включительно, и наиболее важных и интересных работ, вышедших в 1964—1965 гг. [c.8] Распределение материала между III — VI главами в известной степени условно. Например, при рассмотрении структурных вопросов обсуждается и молекулярное движение. Известный произвол имеется, конечно, и в отборе материала наиболее подробно рассмотрены работы, выполненные авторами или интересующие их. [c.8] В конце книги имеется библиографический указатель книг и обзоров по ЯМР и оригинальных работ по ЯМР отдельных полимеров. [c.8] Введение к книге, главы I и II написал А. Н. Любимов, главы III — VI — И. Я. Слоним. [c.8] Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность сотрудниками НИИнластмасс и ЦЛА — Я. Г. Урману, А. Г. Коновалову, А. Ф. Варенику и В. И. Белицкой, помогавшим в оформлении книги, и М. Б. Нейману, Н. М. Померанцеву, Д. Я. Цванкину, Э. И. Федину и Т. Н. Хазановичу, просмотревшим рукопись. [c.8] Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к группе явлений, составляющих область физики, называемую радиоспектроскопией. Особенность этих явлений состоит в том, что в них наблюдаются вынужденные переходы микрочастиц между энергетическими уровнями, возникающими при определенных условиях. Эти переходы сопровождаются электромагнитным излучением или поглощением, лежащим в радиочастотном диапазоне. В случае ЯМР речь идет о поведении атомных ядер во внешних магнитных полях. [c.9] Фактически измеренный магнитный момент протона лишь по порядку величины совпал с ядерным магнетоном. Более того, гиромагнитные отношения некоторых ядер оказались даже отрицательными, что противоречит упомянутой теории. [c.10] По современным представлениям, природа ядерных моментов является более сложной. Ввиду того что в интересующем нас явлении ЯМР происхождение ядерных моментов не играет роли, мы ограничимся здесь только рассмотрением их наблюдаемых свойств. [c.10] Число /, называемое спиновым числом или просто спином ядра, в зависимости от типа ядра может быть целым, полуцелым или нулем. Спин элементарных частиц, образующих ядро (протонов и нейтронов), оказался равным Опытные данные позволяют также считать, что спин атомного ядра представляет собой в известном смысле комбинацию спинов элементарных частиц, образующих ядро. Так, если массовое число ядра (т. е. общее число протонов и нейтронов в ядре) нечетно, то спин полуцельш. Если массовое число четно, а нечетен порядковый помер ядра (т. е. число входящих в ядро протонов), то спин целый. Наконец, если четны массовое число и порядковый номер ядра, то спин равен нулю. [c.10] Возможные значения энергии атомного ядра во внешнем магнитном поле получили название уровней энергии или энергетических уровней. Уровни энергии эквидистантны, и разность энергий двух соседних уровне равна уНК. [c.11] В 1939 г. Раби показал, что можно вызвать вынужденные переходы атомных ядер между соседними энергетическими уровнями, если на ядра дополнительно воздействовать слабым переменным магнитным полем определенной частоты и поляризации. Переходы возникают, если частота (о этого возбуждающего поля совпадает с частотой кванта, соответствующего расстоянию между соседними энергетическими уровнями, т. е. если ю = = уН. Это явление вынужденных переходов атомных ядер между энергетическими уровнями под действием переменного поля резонансной частоты (со = уН) и называют ядерным магнитным резонансом. [c.11] Переход ядра с одного уровня на соседний сопровождается поглощением или отдачей энергии ядром, вследствие чего возникает обмен энергией между резонирующими атомными ядрами и внешним переменным полем. Частота резонанса определяется только гиромагнитным отношением ядра и величиной внешнего постоянного поля. Например, в поле напряженностью 15 ООО э резонансная частота протонов, для которых у = 2,67-10 , составит около 63 Мгц. [c.11] Опыты Раби были первыми по наблюдению ядерного магнитного резонанса. Несмотря на их огромную ценность для экспериментальной физики, практическое значение этих опытов оставалось ограниченным ввиду специфического состояния вещества, содержащего исследуемые ядра (атомные пучки). [c.11] В 1945 г. одновременно двумя группами ученых под руководством Парсела и Блоха были успешно осуществлены первые опыты по наблюдению ЯМР в макроскопическом веществе, находившемся в конденсированном состоянии. Интересно отметить, что возможность наблюдения ЯМР в макроскопическом веществе была предсказана задолго (Гортер, 1936 г.) до первых успешных экспериментов. По-видимому, лишь несовершенство экспериментальной техники и неудачный выбор опытного материала отдалили это открытие почти на десятилетие. [c.11] Процесс обмена энергией между спин-системой и молекулярной системой, находящейся в тепловом движении, носит название спин-решеточной релаксации, механизм которой будет выяснен ниже. Кроме того, будет показано, что в условиях наблюдения ЯМР наличие спин-решеточной релаксации ведет к направленной передаче энергии от возбуждающего резонанс переменного внешнего поля к снин-системе и от спин-системы к частицам вещества, находящимся в тепловом движении. Это поглощение энергии возбуждающего поля может быть измерено специальными приборами, и с помощью тех же приборов может быть исследована зависимость энергии, поглощаемой в единицу времени, от так называемой расстройки ноля , т. е. от разности ю — уН при разных значениях постоянного поля Н. Эту зависимость называют резонансной линией. [c.12] Исследование точных форм резонансных линий вскоре привело к двум открытиям, которые сделали явление ЯМР мощнейшим инструментом для анализа строения вещества. Было установлено, что в твердых телах вследствие малой подвижности частиц на атомные ядра могут действовать постоянные внутренние магнитные ноля, зависящие от расположения соседних магнитных моментов в кристаллической решетке. Эти внутренние поля, накладываясь на внешнее постоянное поле, изменяют различным образом резонансные частоты атомных ядер исследуемого вещества. [c.12] В твердых телах резонансные линии оказываются обычно весьма широкими и форма их определяется структурой кристаллической решетки. При этом удается установить количественные связи между параметрами решетки и параметрами (моментами) резонансной линии. [c.13] Вернуться к основной статье