Радиочастотное поле

Рис. Ill.l. Расщепление спиновых энергетических уровней электрона а зависимости от индукции внешнего магнитного поля и индуцируемый радиочастотным полем переход

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Много общего с ЭПР имеет явление резонансного поглощения электромагнитной энергии, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер, — ядерный магнитный резонанс. Явление это наблюдается на ядрах далеко не всех атомов. Ядра с четными числами протонов и нейтронов имеют спин / = О и, следовательно, не магнитны. Обычно ЯМР исследуют на ядрах Н , Р и спин которых / = /г. Магнитное квантовое число спина гП] в этом случае принимает два значения пц = Ч- /а и пц = —1/а. Этому отвечают в статическом магнитном поле две ориентации магнитного момента ядра— в направлении поля (т/ = = 1/2) и в противоположном (т/ — — /2), различающиеся по энергии на величину АЕ. При наложении слабого радиочастотного поля, перпендикулярного статическому, происходит резонансное поглощение, приводящее к переориентации спинов при частоте, определяемой условием резонанса V = АЕ/к. Обычно в поле порядка 10 ООО Э ([10 /4я]А/м) ЯМР наблюдается на частоте ч =42,57 мГц. Частота резонанса для ЯМР во столько же раз меньше частоты ЭПР (при одном и том же Н), во сколько раз масса ядра больше массы электрона. (Соответственно ядерный магнитный момент меньше электронного магнитного момента.) [c.149]

Наиболее широко используется ЯМР на ядрах Н (протонный магнитный резонанс) для исследования органических соединений. Если зафиксировать радиочастотное поле (V =42,57 мГц), то напряженность статического поля Н , требуемая для наблюдения резонанса, зависит от электронного окружения ядра. Напряженность поля у ядра благодаря влиянию электронов отличается от напряженности [c.149]

Метод ЯМР основывается на следующем эффекте. Если система, обладающая ядерным спином, находится в тепловом равновесии с окружающей средой и располагается в сильном постоянном магнитном поле, то при наложении слабого радиочастотного поля с резонансной частотой (частотой Лармора) ядро индуцирует сигнал величиной [139] [c.108]

За последние годы получил применение ядерный магнитный резонанс (ЯМР), который относится к радиоспектроскопическим методам. Явление ЯМР возникает под действием слабого радиочастотного поля, наложенного на сильное магнитное поле. ЯМР — это резонансный эффект изменения намагниченности вещества, который обнаруживают по возникновению электродвижущей силы индукции в катушке, окружающей образец исследуемого вещества. Спектр ЯРМ дает информацию о структуре соединения, о химической природе, пространственном расположении и числе атомов водорода в функциональной группе молекул, о ходе реакции, так как можно [c.230]

Наряду с методами оптической спектроскопии для исследования органических соединений широко используется метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Ядерный магнитный резонанс — избирательное взаимодействие магнитной компоненты радиочастотного электромагнитного поля с системой ядерных магнитных моментов вещества. Это явление наблюдается в постоянном магнитном поле напряженностью Но, на которое накладывается радиочастотное поле напряженностью Я , перпендикулярное Но- Для диамагнитных веществ, у которых спин атомных ядер равен 1/2 ( И, С, Р и др.), в постоянном [c.283]

Почему для индуцирования переходов между зеемановскими энергетическими уровнями осциллирующий вектор радиочастотного поля должен быть перпендикулярен направлению постоянного магнитного поля [c.85]

I кВт, тогда как в стационарном спектрометре доли ватт) импульса электромагнитного поля порядка 10- ...1 Т. Контур датчика ЯМР, подводящий радиочастотное поле В., должен надежно работать в этих жестких условиях и быть чувствительным к слабым сигналам ССИ в промежутках между импульсами, поэтому его связь с генератором и приемником должна удовлетворять более [c.47]

Из-за разных знаков Це и fi (магнитный момент протона, см. гл. I) состояние с более низкой энергией взаимодействия с полем у электрона в отличие от протона соответствует ms = — V2, обозначение волновой функции состояния р>. Состояние с более высоким значением энергии соответствует ms =-f /2 и описывается волновой функцией а>. Эти уровни показаны на рис. П1.1. Переходы между ними могут индуцироваться, как и в ЯМР, переменным радиочастотным полем, направленным перпендикулярно постоянному внешнему магнитному полю, но в частотном диапазоне на три порядка выше, чем в ЯМР, т. ё. в сантиметровом (миллиметровом) диапазоне длин волн. [c.56]

Интенсивность сигнала ЭПР определяется, как и в ЯМР спектрах, вероятностью переходов между спиновыми состояниями (1) и (2), индуцируемых радиочастотным полем, поляризованным перпендикулярно внешнему магнитному полю В, которая равна [c.65]

В разд. 8.3 было рассмотрено аналогичное поведение электронного магнитного момента во внешнем магнитном поле при наложении радиочастотного поля, проявляющееся при образовании спектров ЭПР. [c.215]

Насыщение. Как следует из уравнения Больцмана, система ядерных спинов в сильном однородном магнитном поле На при отсутствии радиочастотного поля содержит небольшой избыток ядер на нижнем энергетическом уровне. Под воздействием поля Н1 происходит переход ядер с нижнего энергетического уровня на верхний и в обратном порядке. Такие переходы называются стимулированными. При равной заселенности уровней = Л - а) не будет зафиксировано ни поглощение, ни излучение энергии, хотя переходы между уровнями в такой системе будут продолжаться. Такое состояние системы ядерных спинов называют насыщением. Это состояние может возникнуть при воздействии поля достаточно большой величины. После прекращения воздействия поля Я1 спиновая система возвращается в исходное состояние, которое отвечает распределению Больцмана, и ядерный магнитный резонанс можно наблюдать снова. Поэтому важно понимать, от каких факторов зависит насыщение системы ядерных спинов и какие процессы помогают системе выйти из состояния насыщения. [c.21]

В оптической спектроскопии коэффициенты поглощения не зависят от интенсивности источника излучения. Это объясняется тем, что возбужденная система очень быстро (примерно за 10 с) возвращается в основное состояние, а освобожденная при этом энергия рассеивается в виде тепла. Напротив, в ЯМР-спектроскопии при большой напряженности вращающегося магнитного поля Н- (т. е. при большой амплитуде этого поля) может наблюдаться ослабление или даже полное исчезновение сигнала поглощения. Это явление (насыщение) является следствием изоляции ядер от окружающей их решетки ядра в отличие от электронов не могут отдать избыточную энергию путем соударений. Этот факт объясняет, почему в экспериментах по ядерному магнитному резонансу приходится использовать радиочастотное поле малой интенсивности. [c.21]

В случае малой амплитуды радиочастотного поля Ну членом у Н ТуТ (фактор насыщения) в знаменателе уравнений (31) и (32) можно пренебречь. Тогда уравнения кривых поглощения и дисперсии имеют вид [c.34]

Требования к частям б) и в) импульсного и стационарного приборов различны. Например, передатчик в импульсном методе должен генерировать импульсы мощностью несколько киловатт, чтобы создать в образце поле Ну с амплитудой 10 — 10 А/м. В то же время в стационарном ЯМР-спектрометре передатчик имеет мощность меньше 1 Вт, так как в стационарном эксперименте требуется поле Ну с амплитудой около 10 А/м (малые значения амплитуды радиочастотного поля Я, необходимы, чтобы избежать насыщения). Приемник для импульсного прибора должен выдерживать большие перегрузки по амплитуде и очень быстро (за 10 мкс и менее) восстанавливать свою чувствительность после них. В стационарных спектрометрах этой проблемы не существует. [c.38]

Таким образом, поглощение энергии радиочастотного поля образцом регистрируется в виде сигнала поглощения. Графическую зависимость интенсивности ЯМР-поглощения от напряженности магнитного поля (или частоты генератора) называют спектром МР-поглощения, или спектром ЯМР. [c.50]

Таким образом, ЯМР радиочастотного поля передается спин-системе, а затем от системы спинов — решетке. Скорость передачи энергии окружению характеризуется временем спин-решеточной релаксации Т. Величина Т равна времени, в течение которого избыток разности между действительной заселенностью какого-либо уровня и его равновесным значением уменьшается в е раз. Ядро может передавать энергию соседним ядрам того же рода в результате обмена спином. Этот процесс называется спин-спино-вой релаксацией. Эта релаксация не изменяет населенности спиновых состояний. Соответствующее время релаксации обычно обозначают через T a. [c.224]

Наиболее важной проблемой, с точки зрения аналитического применения метода, является природа процессов релаксации в жидкостях. При рассмотрении возможности передачи энергии путем спонтанной эмиссии, теплового излучения, электрических взаимодействий показано, что найденные экспериментально времена релаксации Т, и Та, например, протонов воды могут быть объяснены лишь при учете магнитных взаимодействий между частицами через локальные магнитные поля. Локальные поля будут флуктуировать, поскольку молекулы в растворах совершают трансляционные, вращательные и колебательные движения. Компонента создаваемого таким образом переменного поля с частотой, равной частоте резонанса, вызывает переходы между энергетическими уровнями изучаемого ядра совершенно так же, как и внешнее радиочастотное поле. Скорость процесса, приводящего к выравниванию энергии в спиновой системе и между спиновой системой и решеткой , будет зависеть от распределения частот и интенсивностей соответствующих молекулярных движений. При эюм следует учитывать следующие виды взаимодействий магнитное диполь-дипольное, переменное электронное экранирование внешнего магнитного поля, эле.ктрпческое квад-рупольное взаимодействие (эффективное для ядер с / > /2), спин-вращательное, спин-спиновое скалярное между ядрами с разными значениями I. [c.739]

До сих пор рассматривался случай, когда радиочастотное поле Н действует на образец непрерывно. В этих экспериментах достигается стационарное состояние, когда взаимно скомпенсированы два процесса. С одной стороны, 3X0 под действием поля Н количества [c.224]

Если такой спиновой ансамбль облучать радиочастотным полем Ну таким образом, чтобы его магнитный вектор вращался в плоскости ху в направлении прецессии ядерных моментов, т. е. перпендикулярно вектору Яо, и частота Н удовлетворяла соотношению Vb4 = V0 (условие резонанса), то происходит поглощение энергии радиочастотного поля. В соответствии с распределением Больцмана в направлении поля Но будет ориентировано большее число ядер, чем в противоположном направлении. В результате такого распределения состояний в образце создается намагниченность М, направленная вдоль оси Z. [c.255]

Из этого выражения следует, что величина 2 хЯо/ гв7 для протонов составляет —10- , для других ядер она еще меньше. Проанализируем переходы в системе с двумя уровнями энергии для ядер со спином, равным 1/2. С момента подключения к системе ядерных спинов радиочастотного поля Н начинаются переходы ядерных спинов с нижнего уровня на верхний, и через некоторое время такой процесс должен привести к практически полному выравниванию заселенности уровней. Это было бы так, если бы не существовал некий про- [c.57]

Магнитный резонанс наблюдается только при наличии магнитного поля Но и точном соблюдении резонансных условий, т. е. равенства частоты слабого радиочастотного поля и частоты ларморовской [c.728]

Обычный эксперимент в спектроскопии ЯМР предусматривает наложение одного радиочастотного поля В = os (2лг/ + 0) перпендикулярно статическому полю Bv-LB (однократный резонанс, см. гл. I 1). Однако большинство современных спектрометров ЯМР дают возмол ность работать в условиях двойного резонанса, когда дополнительно к полю регистрации В, накладывается второе возмущающее радиочастотное поле В,.,, причем такл<е В,,1В. Если наблюдают спектр ЯМР ядер А на частоте vi для системы взаимодействующих ядер [АХ], то частота возмущающег о поля vs выбирается в резонансной области ядер X, что обозначается следующим образом А — Л , например Н (ядра С наблюдаются, [c.49]

Для получения оптимального сигнала желательны достаточно высокая напряженность поля и радиочастота, малая ширина линии и, конечно, достаточная концентрация парамагнитных частиц. При тепловом равновесии заселенность (3> спинового состояния электрона несколько выше и преобладает поглощение энергии радиочастотного поля с переходом электронов в верхнее а> состояние. Заселенность уровней может меняться в процессе эксперимента, но выравнивание заселенности и исчезновение сигнала поглощения не происходит из-за существования механизмов бе-зызлучательного перехода электронов на нижний уровень, называемых релаксационными процессами. [c.65]

В многоуровневых системах, подобных показанной (рис. 111.15) при воздействии достаточно мощных радиочастотных полей, может происходить спиновая поляризация, т. е. возникать неравновесная заселенность уровней с выравниванием заселенности и насыщением каких-то из них. Эта спиновая поляризация и лежит в основе уже рассмотренных в гл. II методов множественного резонанса в спектроскопии ЯМР, а также явлений ДЭЯР и ЭЛДОР, в которых при изучении спектра ЭПР под действием сильного поля (накачки) насыщаются, соответственно, ядерный или электронный зеемановский переход. Измененный спектр ЭПР регистрируется при этом с помощью второго СВЧ-поля (наблюдения). [c.80]

Избыток ядер иа иижнем энергетическом уровне используется для получения эф( екта ядерного магнитного резонанса. При воздействии на образец радиочастотным полем Н с постепенно меняющейся частотой ядра, находящиеся на наиболее низком энергетическом уровне, при строго определенно.м значении частоты начинают поглощать энергию и переходить на верхний уровень до установления в системе определенного равновесия. Эта частота называется резонансной. На практике, однако, предпочитают сохранять частоту излучения (60, 80, 100, 200 или 360 МГц) и изменять напряженность поля. [c.232]

Метод упрощения спектров ЯМР с помощью двойного резонанса был предложен Ф. Блохом в 1954 году. В эксперименте с двойным резонансом исследуемый образец подвергается, кроме сильного постоянного поля действию двух радиочастотных полей Нг и Н2- Допустим, молекула исследуемого соединения содержит две группы неэквивалентных ядер А И X (например, метильная и метиленовая группы в нитроэтане или протоны метильной группы и ядро атома фтора в СНз—Р). Если в момент резонанса ядер группы А (совместное действие полей Но и Ну) воздействовать дополнительным радиочастотным полем Яа на ядра только группы X, то первые (группа А) также ощущают это воздействие, проявляющееся в спектре ЯМР в изменении вида сигнала ядер группы А по сравнению с сигналом этой группы прн отсутствии поля Яа-Обычно различают гегпероядерный (группы А и X содержат различные ядра, например молекула СНд—Р) и гомоядерный двойной резонанс (ядра групп Л и X одного изотопа, например протоны метильной и метиленовой групп СНз—СНа—МОа). [c.95]

Если измерять сигналы олефиновых протонов и одновременно насыщать образец радиочастотным полем на частоте протонов СНз-группы (O = 1,99 м.д. от ТМС), то спектр ПМР должен упроститься и дать картину поглощения системы АМХ, т. е. фрагмента СНа=СНб—СН=0. Если Jах = О, то протон Яд должен дать дублет, а протон И б — дублет дублетов (рис. 436, /). Из рисунка следует, что в более слабом поле находится сигнал протона Я , в более сильном — сигнал протона Нб- Дополнительным подтверждением такого вывода служит спектр 436, 3, который был получен для олефиновых протонов при одновременном насыщении образца на частоте протона формильной группы. Теперь картина поглощения отвечает системе АМХз, т. е. спектру фрагмента СНд—СНд = СНй-. [c.97]

Значение гиромагнитного отношения для ядра зна чительно меньше, чем для протона (см. табл. 1 приложения). Резонансная частота поглощения в поле 1,12 10 А/м равна 24,288 МГц. Кроме того, величина у входит в уравнение для фактора насыщения, и потому сигналы ЯМР ядер меньше насыщаются, чем сигналы протоноЕ , так как время релаксации для ядер Р в жидком состоянии примерно такое же, что и для ядер Н, т. е. 0,01 —10 с. При равной концентрации ядер Ф и 44 чувствительность ядер фосфора составляет 6,63 % чувствительности протонов. Следо1зательно, для измерения спектров ЯМР Р растворы должны быть более концентрированные. При этом нужно учесть, что большой диапазон химических сдвигов ядер Ф (500 м. д. и более) дает возможность использовать большую скорость развертки для определения химических сдвигов. В свою очередь, это дает возможность работать при большей мощности радиочастотного поля Н , чем при использовании протонов, что способствует повышению чувствительности метода. [c.146]

Если частота квадрупольного резонанса заранее не известна, необходимо, чтобы частоту генератора можно было изменять в очень широком пределе. Наряду с этим прибор должен обладать высокой чувствительностью, поскольку линии ЯКР имеют обычно большую ширину и малую интенсивность. Поэтому в спектрометрах ЯКР необходимо мощное радиочастотное поле. Эти условия удовлетворяются при использовании генераторов сверхреге-неративного типа, которые обладают большой мощностью, высокой чувствительностью и позволяют легко изменять частоту. При изучении узких линий, а также при работе в области низких час-ют применяются узкополосные генераторы. [c.331]

Рассмотрим применение ДР для системы двух спинов АХ. При облучении этой системы слабым радиочастотным полем Я мы наблюдаем спектр, состоящий из двух дублетов. Если систему спинов облучать сильным полем Яг на частоте резонанса ядра X, то дублет колланснрует в синглет. Под влиянием сильного поля Яг ядро X совершает быстрые переходы между двумя спиновыми состояниями, в результате чего происходит эффективная развязка от взаимодействия этого ядра с ядром А. [c.83]

Если в статическом магнитном поле Н достигнуто равновесное состояние и допустимо пользование законами распределения классической статистики, то заселенности отдельных энергетических уровней определяются больцмановским множителем е-йРНт /А -Заселенности нижних энергетических уровней больше, чем верхних, поэтому, если включить переменное магнитное поле резонансной частоты, число актов поглощения превысит число актов вынужденного излучения, в результате вещество будет поглощать энергию радиочастотного поля. Таки.м образом, в парамагнетике идут два противоположных процесса радиочастотное поле выравнивает заселенности различных магнитных уровней, а внутренние взаимодействия стремятся восстановить больцмановское распределение, переводя поглощенную энергию радиочастотного поля в тепло. [c.717]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология