Эффекты электронно-ядерный резонанс

РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ — область физики, изучающая электромагнитные спектры веществ в диапазоне радиоволн и микроволн с частотой от нескольких до 3 IQi Гц. Наибольшее значение в химии получили методы магнитной Р. ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Оба метода основаны на эффекте Зеемана — расщеплении спектральных линий микрочастиц или их систем на составляющие в магнитном поле. Например, если поместить вещество, в состав которого входит водород, в магнитное поле с напряженностью Я = 10 ООО а, ядра водорода, протоны, приобретают способность поглощать электромагнитные колебания длиной волны около 7 м, т. е. длиной ультракоротких радиоволн (частота 42,6 МГц). Причем эта длина различна для разных водородосодержащих веществ (т. наз. химический сдвиг частоты), что дает возможность делать выводы о строении молекул. Электроны в этом же магнитном поле поглощают микроволны длиной [c.209]

Радиочастотное магнитное поле в металле может проникать лишь на небольшую глубину (около 5-10 см), поэтому метод ядерного резонанса позволяет изучить слои лишь у поверхности. Кроме того, спин-решеточная релаксация в металлах определяется магнитным взаимодействием ядер с электронами проводимости, которое приводит не только к расширению линии, но и к ее сдвигу. По этим связанным между собой эффектам можно судить о состояниях электронов у границы распределения Ферми. [c.534]

Под влиянием указанного изменения меняется амплитуда начального сигнала ЭСР и регистрируется зависимость величины этого так называемого различия амплитуд от ЯМР ВЧ-поля. Этот эффект обычно называется электрон-ядерным двойным резонансом. [c.363]

В случае истинного эффекта Оверхаузера для системы, состоящей из ядерного спина / и электронного спина S, наблюдается увеличение иитенсивности сигнала ядерного резонанса, если одновременно насыщают электронный резонанс ВЧ-полем с частотой VS- Этот эксперимент может быть выполнен при ис- [c.318]

Эти эффекты встречаются для всех видов излучения, включая поглощение и дисперсию звука. Поскольку гл. 16 посвящена методам ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса, можно отметить, что в этих случаях явления поглощения и дисперсии аналогичны тем, которые обсуждались выше. С точки зрения классической физики эти явления объясняются уменьшением амплитуды колебаний гармонических осцилляторов. Когда атомные или молекулярные осцилляторы начинают двигаться под действием световой волны, они поглощают, и поглощение имеет максимум при резонансной частоте. Поскольку осциллирующие электроны излучают свет, взаимодействие рассеянного света с падающим излучением приводит к дисперсии. [c.484]

Развитие магнитного вида контроля идет по пути изыскания способов отстройки от мешающих факторов, изучения особенностей магнитных полей изделий сложной формы, содержащих дефекты разработки новых высокочувствительных преобразователей использования потенциальных возможностей эффекта Баркгаузена, а также других магнитных эффектов, таких, как ядерный, электронный, магнитный резонансы, для целей контроля материалов и изделий. [c.12]

Резюмируя, можно отметить, что следует ожидать обменных эффектов между ядерными спинами при изучении ядерного магнитного резонанса в случае тяжелых элементов в твердом состоянии. Из полученных констант обменного взаимодействия можно сделать выводы о природе волновых функций электронов в твердом теле. [c.34]

Двойной резонанс может сопровождаться так называемым ядерным эффектом Оверхаузера (ЯЭО). Это сложное явление (аналогичное хорошо известному электронно-ядерному взаимодействию) приводит к изменению распределения заселенностей ядерных энергетических уровней без изменения энергий переходов. Причиной возникновения ЯЭО является не спин-спиновое взаимодействие, которое лишь усложняет его и потому должно быть сведено к минимуму, а непосредственная диполь-дипольная релаксация, которая для пары одинаковых взаимодействующих ядер зависит от и от обратной величины шестой степени межъядерного расстояния (см. ур. 1.19). Оптимальные условия наблюдения эф- [c.60]

Электронный парамагнитный резонанс является спектроскопическим методом, который может быть применен к парамагнитным частицам, т. е. к атомам, ионам, молекулам или фрагментам молекул, имеющим неспаренные электроны. Магнитные моменты их примерно в 2000 раз больше ядерных магнитных моментов, что обусловливает поглощение энергии в микроволновой области (обычно в области длин волн от 4 до 1 см). Поглощение энергии приводит к изменению ориентации магнитного момента при переходе из одного разрешенного состояния в другое. Резонансная частота поглощения зависит от величины магнитного поля, и, следовательно, варьируя поле, можно найти при некоторой микроволновой частоте положение резонанса. Методом ЭПР получены лишь весьма незначительные прямые сведения о структуре. Однако некоторые тонкие эффекты, полученные этим методом, помогают подтвердить или же опровергнуть сведения о структуре, полученные другими методами. [c.294]

Магнитные свойства веществ определяются наличием в атомах электронов и нуклонов. Однако магнитные эффекты, обусловленные электронами, в 10 раз значительней эффектов, возникающих за счет ядра, т. е. последние практически не сказываются на магнитных свойствах, интересных с химической точки зрения. Исключение составляют взаимодействия, регистрируемые с помощью методов ядерного магнитного и квадрупольного резонансов, и сверхтонкое взаимодействие ядерного спина со спином электрона, которое обнаруживается с помощью электронного парамагнитного резонанса. В настоящей главе будут обсуждаться магнитные явления, обусловленные только электронами. [c.471]

Некоторые парамагнитные ионы металлов, особенно многие ионы лантанидов, индуцируют изменение химического сдвига ядерного резонанса соседних ядер. Псевдоконтактные сдвиги возникают вследствие наличия дальних взаимодействий, эффективность которых зависит как от природы иона металла, так и от стереохимических особенностей расположения отдельных ядер относительно иона металла. Прежде чем приступить к дальнейшему рассмотрению этого эффекта, следует отметить, что имеется и другой механизм изменения химического сдвига резонанса под влиянием парамагнитного иона — так называемый контактный сдвиг. Последний возникает в результате прямой делокализации электронов через химические связи от иона металла на ядра, резонанс которых наблюдается, и он не зависит от расстояния, в общем случае не дает сведений о структуре, однако его необходимо учитывать при анализе псевдоконтактного сдвига. [c.390]

Интенсивное применение наиболее длинноволновой части электромагнитного спектра — микроволн и радиоволн в физикохимических исследованиях и аналитической химии — началось сразу после открытия явлений электронного и ядерного магнитного резонанса. Эти явления отражают взаимодействие молекулы с магнитным полем. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) характеризует взаимодействие с магнитным полем магнитного момента электрона. Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) отражает взаимодействие с полем магнитного момента ядра. Оба явления основаны на эффекте Зеемана, заключающемся в расщеплении спектральных линий или уровней энергии в магнитном поле на отдельные компоненты. [c.138]

Используемые в настоящее время методы изучения процессов окисления полимера включают измерение количества кислорода, поглощенного окисляющимся полимером, изучение изменений состава и свойств самого полимера или полимерного материала в ходе его окисления, изучение количества и состава летучих продуктов окисления, моделирование исследуемых процессов с помощью ЭВМ. Кроме этих методов при изучении окисления и других видов старения полимеров применяют методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [398], позволяющие идентифицировать отдельные типы свободных радикалов и следить за изменением их концентрации ядерного магнитного резонанса (ЯМР) [398, 399] и тонкослойной хроматографии [400], используемые для идентификации низкомолекулярных добавок, а также масс-спектроме-трии [401, 402] и газовой хроматографии [403—405], позволяющие анализировать летучие продукты деструкции. Существуют приборы, регистрирующие изменение массы (термогравиметрия) и тепловые эффекты (дифференциальный термический анализ) [c.218]

Ядерный резонанс в парамагнитных системах позволяет получить важную информацию о молекулярных процессах в существенно новом аспекте. Прежде всего неспаренные электроны создают химические сдвиги, величина которых во много раз больше обычных сдвигов в диамагнитных молекулах, и, кроме того, химические сдвиги парамагнитных веществ обладают характерной температурной зависимостью. Далее для парамагнитных веществ возможны также разнообразные по природе уширения линий и релаксационные эффекты. Наконец, явление ядерного резонанса в парамагнитных системах лежит в основе экспериментов двойного резонанса, при котором радиочастотные поля воздействуют одновременно и на электронный и на ядерный спины при соответствующих резонансных частотах. [c.289]

Характерные эффекты, создаваемые электронным спином в спектрах ядерного резонанса, обусловлены очень сильными локальными магнитными полями, возникающими в результате сверхтонких взаимодействий. Рассмотрим радикал в растворе, имеющий изотропную константу а сверхтонкого взаимодействия. Энергия спиновых уровней в сильном внешнем поле дается выражением [c.289]

Один из самых удивительных эффектов, возникающих при проведении таких опытов, называют эффектом Оверхаузера. Он происходит при насыщении электронного резонанса подходящего парамагнитного вещества. Наблюдение ведется за линией ядерного резонанса. Интенсивность сигнала ЯМР может увеличиваться в несколько сот раз, а в некоторых случаях может измениться [c.300]

Два метода двойного резонанса — двойной электрон-ядерный резонанс (ДЭЯР) и двойной электрон-электронный резонанс (ДЭЭР) — имеют относительно ограниченное применение в исследованиях ЭПР. В методе ДЭЯР переход ЭПР наблюдают в системе, в которой насыщен переход ядерного спина, а в методе ДЭЭР измерения проводят при насыщении другого перехода электронного спина. Как и в методе двойного резонанса ЯМР, в результате эффекта Оверхаузера наблюдается увеличение интенсивности. Во многих случаях [49 — 51] можно достичь преимуществ, аналогичных тем, что рассматривались для аналогичных экспериментов ЯМР. [c.249]

Эффект Оверхаузера и двойной электронно-ядерный резонанс (ЭЯДР) [c.68]

Спектрометр, аналогичный описанному в [69, 72], был использован в [77] для изучения эффектов неустановившихся электронноядерных взаимодействий [73]. Такой метод был применен для получения электронного спинового эхо, огибающая которого давала частоту амплитудной модуляции. Периоды модуляции соответствуют ЯМР-частотам ядер, взаимодействующих с электронами. Этот метод дает информацию, подобную получаемой в методе двойного электронно-ядерного резонанса ДЭЯР ( N0011). Однако в данном случае экспериментально наблюдаемая модуляция эхо обусловлена вкладами от всех соседних ядер независимо от их резонансных частот, и вследствие этого такая информация труднее поддается анализу, нежели сигнал ДЭЯР, возникающий от синглетного ядерного перехода. При некоторых обстоятельствах обсуждаемый метод может оказаться более чувствительным, чем ДЭЯР. Подробнее эти вопросы изложены в оригинальных статьях см. также [78]. [c.403]

Кроме обычной ЯКР-спектроскопии существует ряд других экспериментальных методов исследования, которые позволяют получить сведения о ядерном квадрупольном взаимодействии. К их числу следует отнести ЯМР-спектроскопию, которая дает возможность измерять константу ядерного квадрупольного взаимодействия e Qq в твердых телах (см. разд. II, Б, 2). В благоприятных случаях величину удается определить и для жидких образцов по времени ядерной магнитной релаксации [27, 28]. Гартман и Ган [29] использовали для определения величины ядер с очень низким естественным содержанием двойной ядерный резонанс при этом в исследуемом образце одновременно присутствуют ядра того же элемента с высоким естественным содержанием, от которых получают сильный сигнал (например, в случае ядер К в КСЮз). Иногда удается определить величину и даже знак e Qq по сверхтонкой структуре спектров ЭПР [30]. Метод двойного электронно-ядерного резонанса (Еп(1ог) [30] дает возможность лучше разрешить и точнее измерить сверхтонкое расщепление, а следовательно, и получить более точное значение e Qq. Для свободных молекул величину e Qq можнс определить по вращательным спектрам газообразных веществ [31]. В случае легких атомов и молекул с малым молекулярным весом для определения величины e Qq применяется метод молекулярных или атомных пучков [32]. Следует отметить, что сам эффект ядерного квадрупольного взаимодействия был открыт Шюлером и Шмидтом [33 при исследовании очень малых сдвигов в сверхтонкой структуре оптических спектров. Существует еще несколько методов экспериментального исследования ядерного квадрупольного взаимодействия, которые относятся к области ядерной физики. Широко известным примером такого рода является -(-резонансная, или мес- [c.220]

Изучение последней затруднено в экспериментальном отношении, поскольку требует применения метода двойного электронно-ядерного резонанса. Тем не менее анализ ширины линии Fe в соединениях А В показывает, что суперсверхтонкое взаимодействие возрастает с увеличением ковалентности этих соединений. Этот эффект обратен обычному сверхтонкому взаимодействию и также обязан увеличению делокализации спиновой плотности по ковалентным связям. [c.57]

Использование результатов исследований резонансными магнитными методами различных соединений металлов, в том числе и МОС, позволяет создавать на базе эффектов электронного парамагнитного резонанса и ядерного магнитного резонанса приборы для генерации и усиления соответственно сверхвысоких частот (мазеры) п радиочастот (разори). Эффект генерации и усиления наблюдается при создании искусственным путем инверсии пасе-лепностей расщепленных в магнитном поле уровней основного состояния. [c.71]

Электронно-ядерного резонанса и эффекта Оверхаузера (см стр 330J —Прим. перев. [c.326]

Новый метод исследования поля лигандов использует явление поглощения (или, наоборот, эмиссии) атомными ядрами Т -квантов. Наиболее существенное отличие этого метода от электронной спектроскопии состоит в проявлении очень резкого резонансного максимума, соответствующего энергетическим переходам при излучении. Уже относительное изменение энергии на 10 2 7-кванта достаточно для того, чтобы подавить резонанс. Однако это означает, что энергия отдачи ядра при поглощении у-кванта изменяет условия резонанса и подавляет его. Е 1958 г. Мёссбауэр при исследовании ядер Чг нашел условия ядерного резонанса с отдачей на весь кристалл. Энергия отдачи в условиях проявления эффекта Мёссбауэра вследствие прочной связи всех атомов в кристалле достаточно мала для того, чтобы обеспечить возможность резонансного поглощения 7-лу-чей. Тем самым становится возможной -спектроскопия с высокой разрешающей способностью. Даже эффект Допплера, обусловленный перемещением источника уизлучения со скоростью [c.128]

Оптические методы анализа основаны на измерении характе]5истик оптических свойств вещества (испускание, поглощение, рассеивание, отражение, преломление, дифракция, интерференция, поляризация света), проявляющихся при его взаимодействии с элекгромагнитшш излучением. По характеру взаимодействия электромагнитного излуч(шия с веществом оптические методы анализа обычно подразделяют на эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный, молекулярный абсорбционный спектральный (спектрофотометрия, фотоэлектроколориметрия), люминесцентный, нефелометрический, турбодиметрический, рефрактометрический, интерферометрическиг поляриметрический анализ, а также спектральный анализ на основе спектров комбинационного рассеяния (раман-эффект) и некоторые другие методы, также использующие взаимодействие электромагнитного поля с веществом — ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерная гамма-резонансная спектроскопия (эффект Мессбауэра) и т. д. [c.516]

Радиоволновой неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного излучения радиоволнового диапазона с объектами контроля. На практике наибольшее распространение получили сверхвысокочастотные (СВЧ) методы, использующие диапазон длин волн от I до 100 мм. Взаимодействие радиоволн может носить характер взаимодействия только падающей волны (процессы поглощения, дифракции, отражения, преломления, относящиеся к классу радиооп-тических процессов) или взаимодействия падающей и отраженной волн (интерференционные процессы, относящиеся к области радиоголографии). Кроме того, в радиодефектоскопии могут использоваться специфические резонансные эффекты взаимодействия радиоволнового излучения (электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс и др.). Использование радиоволн перспективно по двум причинам достигается расширение области применения неразрушающего контроля, так как для контроля диэлектрических, полупроводниковых, ферритовых и композитных материалов радиоволновые методы наиболее эффективны во вторых-п -является возможность использования радиоволн СВч диапазона. [c.420]

Другим двойным резонансным эффектом, детально изученным Фехером [137], является метод электронно-ядерного двойного резонанса (ЭЯДР). Если ядра в веществе связаны с электронами через сверхтонкое взаимодействие, то наблюдается расщепление ядерных уровней. В методе ЭЯДР линия электронного резонанса вещества насыщена. Подавая радиочастотную мощность определенной частоты на образец с тем, чтобы вызвать ядерные переходы между уровнями, образовавщимися за счет сверхтонкого взаимодействия, можно снять насыщение электронного резонанса и при определенной частоте появится сигнал ЭПР. Таким путем можно очень точно измерить энергию сверхтонкого взаимодействия электрона и ядра в веществе. Например, / -центрам в галогенидах щелочных металлов отвечает одна линия ЭПР, уширенная за счет сверхтонкого взаимодействия с большим числом соседних ядер, как, например, СР и в КС1. Фехер [138] определил это взаимодействие с помощью метода ЭЯДР, который позволил ему точно оценить природу волновых функций электрона для / -центра. Таким образом, метод ЭЯДР позволяет разрешить сверхтонкую структуру линий ЭПР, причем достигается разрешение порядка 10", поскольку лимитирующей является ширина линии ЯМР, а не ЭПР. [c.69]

РЕЗОНАНСНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА (от Франц, resonan e — отзвук, резонанс) — методы анализа, основанные на избирательном поглогце-нии энергии переменного электромагнитного ноля исследуемым веществом, находящимся в постоянном магн, поле. Наиболее широко используют методы, основанные на эффекте Зеемана,— ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), Суть метода ЯМР, открытого в 1946, заключается в том, что ядра многих хи.м, элементов обладают собственным магн, моментом и при помещении вещества, содержащего такие ядра, в пост, магн, поле энергетические уровни ядер расщепляются на 2/ + 1 зеема-новских подуровня, равноотстоящих друг от друга на [c.294]

Двойной э.иектронно-ядерный резонанс (ДЭЯР) или эффект быстрого прохождения. Фехер [25] предложил способ усиления поляризации для системы спинов с разрешенной сверхтонкой структурой при любом механизме релаксации. На схеме энергетических уровней (фиг. 10.1) указана населенность четырех энергетических уровней для / = /2, 5 = /2, выраженная через электронный больцмановский фактор е = Н12кТ. Ядерный больцмановский фактор на три порядка меньше и им можно пренебречь. В результате начальное состояние системы (правая [c.342]

Книга посвящена физико-химическим методам, применяемым в настоящее время для исследования строения неорганических соединений. Рассматриваются методы ядерного магнитного, ядерного квадрупольного и электронного парамагнитного резонансов, исследования электронных спектров, колебательных и вращательных спектров (в инфракрасной и микроволновой областях и в комбинационном рассеянии), у Резонансных спектров (эффект Мёссбауэра), масс-спектров, статической магнитной восприимчивости. Изложение методов характеризуется двумя особенностями — солидным теоретическим обоснованием и химической направленностью, что делает эту книгу чрезвычайно полезной для химиков. Очень ценны также приведенные в ней многочисленные упражнения и необходимый справочный материал. [c.4]

Квадрупольные эффекты пропорциональны градиенту электрического поля. В чисто ионном состоянии, при сферической симметрии электронной плотности на ядре, квадрупольные эффекты от собственной электронной оболочки равны нулю. Градиент электрического поля на ядре в этом случае отражает градиент поля кристаллической решетки. В случае же ковалентной связи градиент поля и квадрупольное расш епление сигнала ядерного резонанса обусловлены симметрией электронной плотности валентных электронов, участвующих в ковалентной связи с лигандами, и симметрия квадрунольных эффектов может не совпадать с симметрией кристалла. [c.7]

В облученных полимерах образуются свободные радикалы, и можно наб.людать одновременно электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс. При насыщении электронных переходов интенсивность сигнала ЯМР увеличивается (эффект Оверхаузера). Это явление используется для получения поляризованных протонных мишеней и для изучения свойств облученных полимеров . [c.289]

Если молекула парамагнитна, то сигналы ЯМР часто очень широки и дают минимум информации. Действительно, э( екты электронного парамагнетизма настолько велики по сравнению с эффектами ядерных моментов, что в парамагнитных образцах ядерный резонанс иногда нельзя обнаружить, что значительно сокращает число ионов металлов, пригодных для исследований этим методом. Описываемый эффект возникает в результате того, что парамагнитный ион металла вызывает очень интенсивное флуктуирующее магнитное поле, приводящее к сильно заниженным временам спин-решеточной релаксации. Тем не менее при определенных условиях наличие парамагнитных ионов приводит к большим сдвигам в спектрах ЯМР, возникающим вследствие изотропных сверхтонких контактных [47] и псевдоконтактных взаимодействий ядра с электроном [48]. Это может быть с успехом использовано для определения координационных мест в полидентатных лигандах [49], для разделения сигналов от диастереомеров, при изучении равновесий между плоским диамагнитным и тетраэдрическим парамагнитным комплексами [54] и в конформационном анализе . [c.339]

Другое применение парамагнитных веществ в ЯМР-спектроскопии связано с эффектом динамической поляризации ядер. Это явление, широко исследованное Абрагамом [62], проявляется в том, что при добавлении к веществу парамагнитного соединения и при дополните.чьном облучении на частоте, близкой к частоте электронного резонанса (при использовании сильных магнитных полей), интенсивность сигнала ядерного резонанса увеличивается на 2—3 порядка. Такой метод был использован для наблюдения сигнала резонанса С при естественном содержании изотопа. В бензоле сигнал С состоял из дублета с расщеплением 159 гц, соответствующим спин-спиновой связи ядер С кольца с протонами [63]. [c.300]