Явление ядерного магнитного резонанса

Явление парамагнитного резонанса было открыто в Казани Е. К. Завойским (1944). Явление ядерного магнитного резонанса обнаружили американские физики Перселл и Блох (1946). [c.148]

Ядерный магнитный резонанс. Ядра атомов обладают механическим моментом количества движения. Благодаря наличию заряда в ядре это вращение вызывает появление магнитного момента отношение магнитного момента к механическому называется гиромагнитным отношением. Ядра, имеющие магнитный момент, ведут себя в магнитном поле аналогично маленьким магнитам, и, следовательно, при этом должно происходить расщепление энергетических уровней. Магнитные моменты ядер невелики, они гораздо меньше магнитных моментов электронов. У водорода (протона) и фтора магнитные моменты ядер больше, чем у других элементов, и поэтому исследования ЯМР часто проводят, изучая поведение ядер водорода или фтора в различных соединениях. Явление ядерного магнитного резонанса позволило сделать очень важные выводы относительно структуры молекул, взаимного влияния атомов в молекуле, действия растворителя на растворенное вещество и т. д. Этот метод относится к самым тонким средствам исследования структуры молекул. [c.65]

Ядерный магнитный резонанс. Явление ядерного магнитного резонанса, открытое Блохом и Перселлом (1946), заключается в избирательном поглощении радиоволн магнитными ядрами, помещенными в магнитное поле. Теория и экспериментальное наблюдение [c.57]

В этих переходах заключается основной смысл явления ядерного магнитного резонанса, для наблюдения которого необходимо [c.87]

Принцип явления ядерно-магнитного резонанса (Я. М. Р.) заключается в том, что происходит взаимодействие между прецессией атома, обладающего магнитным моментом, и радиочастотным нолем. Для обнаружения этого явления необходимо поместить атом в постоянное магнитное ноле Но. Резонанс наступает в том случае, когда совпадает частота прецессии атома с частотой радиочастотного ноля, которая однозначно определяется но формуле [c.117]

ЯВЛЕНИЕ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА [c.210]

Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), открытое в 1945 г. Ф. Блохом и Э. Перселлом, ныне лауреатами Нобелевской премии, легло в основу создания нового вида спектроскопии, который в очень короткий срок превратился в один нз самых информативных методов исследования молекулярной структуры и динамики молекул, межмолекулярных взаимодействий, механизмов химических реакций и количественного анализа веществ в различных агрегатных состояниях. Начиная с 1953 г., когда были выпущены первые спектрометры ЯМР, техника ЯМР непрерывно совершенствуется, лавинообразно нарастает поток исследований, возникают новые и расширяются традиционные области применения в химии, физике, биологии и медицине. В соответствии с этим быстро расширяется круг специалистов, активно стремящихся овладеть этим методом. [c.5]

Таким образом, для наблюдения ядерного магнитного резонанса необходимо поместить образец в сильное однородное магнитное по ле Яо и подействовать на него излучением с частотой V, удовлетворяющей уравнению (1). При этих условиях будут происходить переходы с одного ядерного магнитного уровня на другой. Вероятность переходов на верхний и на нижний уровни одинаковы. Однако число магнитных ядер, находящихся на каждом из уровней, различно заселенность нижнего уровня выше, поскольку система всегда стремится перейти в состояние с более низкой энергией. При обычных температурах разность заселенности верхнего и нижнего уровней не превышает 10 от общего числа магнитных ядер. Именно эта незначительная разница обусловливает явление ядерного магнитного резонанса, т, е. поглощение радиочастотного излучения в соответствии с уравнением (1). Разность в заселенности уровней, обеспечивающая непрерывность поглощения, поддерживается за счет так называемой спин-решеточной релаксации. [c.97]

Начиная рассмотрение явления ядерного магнитного резонанса, мы хотим. напомнить о том, что это явление свойственно далеко не всем атомным ядрам. Только ядра со спиновым квантовым числом I, отличным от нуля, могут вызвать сигнал ядерного магнитного резонанса, или, как ми говорим, .могут быть активны в ЯМР . [c.537]

Со времени открытия явления ядерного магнитного резонанса в 1946 году метод и аппаратура для измерений ЯМР развивались невероятными темпами, и пока завершения этому развитию не предвидится. Впечатляющим примером является развитие методов двумерного (2В) и многомерного ЯМР. Однако изложение теории этих удивительно эффективных методов выходит за рамки вводного курса, посвященного описанию более распространенного одномерного метода и использованию и интерпретации нескольких простых 2Б-спектров (см. разд. Двумерные эксперименты , с. 249). [c.202]

Итак, частота, при которой происходит поглощение, называется резонансной, а само явление — ядерным магнитным резонансом. При постепенном изменении частоты специально наложенного на образец электромагнитного поля при некотором значении V начинается поглощение, интенсивность которого зависит от концентрации протонов в образце. При дальнейшем повышении частоты энергия квантов возрастает выше необходимого значения, и поглощение прекращается. Таким образом, спектр ЯМР должен иметь форму узкого пика. [c.597]

Для того чтобы представить себе настоящие и будущие возможности использования ЯМР в биологии и медицине, любой интересующийся этими проблемами врач или биолог должен быть знаком хотя бы с основами явления ядерного магнитного резонанса. Однако большинство соответствующих пособий написано в расчете на физиков и физико-химиков, и вследствие обилия математических формул и специального языка малопригодно для врачей и биологов. В настоящее время появился уже целый ряд обзорных работ по применению ЯМР-томографии для исследования определенных участков тела и определенных заболеваний, но они имеют, в основном, медицинскую направленность и лишь вкратце касаются основных положений ЯМР, а вопросы спектроскопии в них не рассматриваются вообще. С другой стороны, хотя для читателей с естественно-физическим образованием относительно легко понять физические основы метода ЯМР, им часто не хватает знания биологических и медицинских аспектов проблемы. [c.5]

Как было показано в разделе II, А, 2, движение ядер оказывает сильное влияние на явление ядерного магнитного резонанса. Локальные поля, действующие на ядра, после того как [c.39]

Так, при / = 7г магнитное квантовое число может принимать значения + 72 и —7г, при 1=1 — значения 1, О и —1 и т. д. В общем случае возможны 2/+1 ориентации, или состояния, ядра. В отсутствие магнитного поля всем этим состояниям соответствует одно значение энергии. Если же ядро помещено в однородное магнитное поле Яо, то этим состояниям отвечает различная потенциальная энергия. Для ядра со спином возможные значения от=+7г и пг =—описывают состояния, когда магнитный момент ядра направлен, соответственно, по направлению и против направления приложенного магнитного поля Яо, причем последней ориентации отвечает большая потенциальная энергия. Обнаружить переходы магнитных ядер (или, как часто говорят, спинов ) между такими состояниями можно с помощью явления ядерного магнитного резонанса. [c.14]

Явление ядерного магнитного резонанса [c.15]

На явлении ядерного магнитного резонанса [235, 1275, 1636, 1650, 1651] основан чрезвычайно точный метод измерения магнитных полей, используемых в масс-спектроскопии применения этого метода описаны многими авторами [156, 159, 160, 282, 429, 494, 507,523, 1234, 1632, 1834, 2015]. Измерение сводится к определению резонансной частоты, и точность составляет обычно л-10" %. Так, Леонтьев добился точности 6-10 %, а Томас — 2,5-10 %. Однако в процессе развертки массы нельзя определять с такой точностью, так как измеряемое поле не является эффективным для ионного пучка в масс-спектрометре, как указывалось ранее. [c.60]

Явление ядерного магнитного резонанса обсуждается в одной из глав второго тома данной серии предполагается, что читатели знакомы с основными принципами этого метода. [c.493]

Использование явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в спектроскопии основано на магнитных свойствах ядер, которые обладают собственным моментом количества [c.40]

Внешнее магнитное поле стремится ориентировать магнитный момент параллельно или антипараллельно направлению этого поля Однако из-за наличия у ядра механического момента в результате взаимодействия с магнитным полем ось вращения ядра описывает коническую поверхность вокруг направления внешнего поля, как показано на рис. 3-1. Движение такого типа называется прецессией. Примером гироскопического движения этого типа может служить поведение обыкновенного волчка, который начинает прецессировать. если его первоначально запустили с направлением оси вращения, отличным от направления гравитационного поля земли. Как будет видно из дальнейшего изложения, частота прецессии является одним из основных параметров, описывающих явление ядерного магнитного резонанса. [c.70]

Термин решетка относится к молекулярной структуре (образец и растворитель, жидкий, газообразный или твердый), построенной из прецессирующих ядер. Все эти молекулы двигаются поступательно, колеблются и имеют магнитные свойства. Поэтому в решетке возникает слабое флуктуирующее магнитное поле. Соответствующая компонента этого локального поля может вызвать переход того или иного прецессирующего ядра с высшего уровня на низший. Энергия этого перехода передается элементам решетки в виде дополнительной поступательной, вращательной или колебательной энергий (спин-решеточная релаксация, иногда называемая продольной релаксацией), а ядро возвращается с верхнего уровня на нижний. Благодаря этому процессу ограничивается время жизни возбужденного состояния, т. е. поддерживается избыток ядер на нижнем уровне. Другими словами, именно спин-решеточная релаксация позволяет наблюдать явление ядерного магнитного резонанса. [c.72]

Необходимость быстрого анализа и непосредственного считывания его результата ускоряет внедрение приборов, основанных на явлении ядерно-магнитного резонанса. [c.541]

Структурные данные можно получить также методами, которые используют энергии в радиочастотной области. К ним относится ядерный магнитный резонанс (ЯМР), ядерный квадруполь-ный резонанс (ЯКР) и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Ядра, которым присущ магнитный момент, могут существовать в различных квантовых состояниях при наложении внешнего магнитного поля. Явление ядерного магнитного резонанса состоит в переходах между энергетическими уровнями, соответствующими различным ориентациям ядерных магнитных моментов по отношению к внешнему полю. Разность между энергиями квантованных состояний очень мала и лежит в области частот от 10 до 60 Мгц (т. е. в области длин волн от 30 до 5 м). Так как поле, которое определяет разность в энергиях, зависит от распределения электронов вокруг ядра, то изменения в этом распределении вследствие изменения связи или молекулярного окружения вызывают сдвиги положений резонансных пиков, называемые химическими сдвигами. Они и дают информацию о структуре молекулы. [c.293]

Объяснение природы этих явлений ядерного магнитного резонанса усложнено существованием двух теорий, описывающих поведение воды в тканях. Одна из них известна как мембранная теория [6], в которой делается предположение, что внутриклеточная вода обладает свойствами обычной жидкой воды, но ее растворы могут быть отличны от внеклеточной жидкости вследствие полупроницаемости интактных клеточных мембран. Более поздняя теория Линга [7] предполагает, что внутриклеточная вода может интенсивно структурироваться вследствие высокой концентрации фиксированных зарядов на макромолекулах. [c.183]

Для измерения влажности твердых и жидких материалов пользуются также явлением ядерного магнитного резонанса. При этом используется функциональ- [c.155]

Рис, 23. Схема влагомера, использующего явление ядерно-магнитного резонанса 1 — звуковой модулятор 2—индикатор уровня высокой частоты [c.155]

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]

Теперь мы можем детально рассмотреть явление ядерного магнитного резонанса в реальном веществе. [c.49]

Явление ядерного магнитного резонанса (возбуждение на более высокий энергетический уровень) можно наблюдать в том случае, если при постоянном Яо свипировать в определенном интервале радиочастоту, до тех пор пока она не достигнет значения, соответствующего АЕ. (При этом происходит поглощение излучения с последующим возбуждением.) Однако, поскольку V и Яо связаны между собой (V = уН. 1 2п), резонанса можно достигнуть другим путем сохраняя V постоянной, изменять приложенное магнитное поле, пока оно не станет равным Яо- Во многих спектрометрах ЯМР используют генератор фиксированной радиочастоты (обычно СО или 100 МГц) и свипируют приложенное магнитное поле. Однако, каким бы способом ни был получен спектр, он всегда представляет собой график зависимости интенсивности поглощения радиочастотного излучения от частоты излучения. [c.540]

Среди важных спектроскопических методов, которые химик использует для установления структуры вещества, спектроскопия ядерного магнитного резонанса — метод относительно новый. В 1945 г. две группы физиков, работавших независимо,— Перселл, Торри и Паунд в Гарвардском университете и Блох, Хансен и Паккард в Станфордском университете — впервые успешно наблюдали явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в твердых телах и жидкостях. Уже через очень короткий период времени, в начале 50-х годов, это явление было впервые применено для решения химической задачи. С того времени значение химических приложений ЯМР постоянно возрастало и было опубликовано бесчисленное количество статей по ядерному магнитному резонансу или его применениям во всех областях химии. [c.10]

Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) впервые было описано в 1946 г. Парселем, Торри и Паундом [46], а также Блохом, Хансеном и Паккардом [47]. В 1953 г. Мейер, Сейка и Гутовский [3] опубликовали первые систематические исследования строения органических соединений методом ЯМР. С тех пор в течение нескольких лет ЯМР-спектроскопия как метод исследования развивалась настолько стремительно, что это можно сравнить только с темпами внедрения инфракрасной спектроскопии в практику органической химии за последние 15 лет. ЯМР-Спектроскопия сразу овладела умами химиков, и те из нас, кто уже привык считать инфракрасную спектроскопию универсальным методом, вынуждены были признать новый метод, занявший достойное место рядом с инфракрасной спектроскопией. Бессмысленно рассматривать ЯМР-спектроскопию с точки зрения замены ею инфракрасной спектроскопии или других спектроскопических методов. Эти методы взаимно дополняют друг друга, являясь источниками различных сведений. Следует, однако, подчеркнуть, что ЯМР-спектроскопия, как это неоднократно было показано, служит источником таких данных о структуре соединений, которые обычными физическими или химическими методами удается получить лишь с огромным трудом или вообще нельзя получить. Именно этим объясняется колоссальный рост популярности ЯМР-спектроскопии даже в начальный период ее развития. [c.255]

Таким образом, если в веществе, ядра которого имеют магнитный момент ц и оторое расположено во внешнем магнитном поле На, распространяется электромагнитная волна с частотой V, то при выполнении условия (6.2) возможно поглощение энергии. В результате этого ядра атомов смогут переходить на более высокий энергетический уровень, соответствующий другой ориентации их собственных магнитных и (Механических моментов. Если вещество (полимер) находится между полюсами магнита, создающего внешнее поле напряженностью //о= 10000 Э, то протон поглощает или излучает электромагнитную энергию с частотой у = 42,57 МГц. Явление ядерного магнитного резонанса и заключается в поглощении или излучении веществом, находящимся в магнитном поле, энергии электромагнитных колебаний высокой частоты. [c.206]

Для молекулярной физики представляет интерес понять Стеклование механизм, обеспечийающий изменение конформаций, с точки зрения его связи с молекулярными движениями, т. е. установить, относительно каких связей в структуре происходит внутреннее вращение с ростом температуры. Одним из наиболее результативных подходов к решению этой проблемы является сравнение вязкоупругого поведения полимеров с их диэлектрическими релаксационными свойствами и в особенности с явлением ядерного магнитного резонанса. [c.128]

Первый двухгодичный обзор этой темы, выполненный Райли [8] появился в журнале Analyti al hemistry в 1958 г. Он дает критическую оценку явления ядерного магнитного резонанса, но совсем не содержит сведений об электронно-спиновом резонансе. Наиболее полные табличные данные о химических сдвигах содерл атся в обзоре Вертца [151. [c.249]

Явление ядерного магнитного резонанса обусловлено тем, что некоторые атомные ядра, кроме заряда и массы, имеют также момент количества движения, или спин. Вращающийся заряд создает магнитное поле, и в результате ядерному моменту количества движения сопутствует ядерный магнитный момент. Гипотеза о существовании ядерного спина впервые была выдвинута Паули [1] для объяснения сверхтонкой структуры атомных спектров. Долгое время ядерный магнитный резонанс изучали на молекулярных пучках при этом были получены фундаментальные сведения о свойствах атомных ядер [2]. Однако результаты таких исследований представляли мало интереса для химиков, пока в 1945 г. Парсел в Гарварде и Блох в Стэнфорде независимо друг от друга не осуществили наблюдение ядерного магнитного резонанса в конденсированных средах. Парсел и др. [3] наблюдали резонанс в твердом парафине, а Блох и др. [4] — в жидкой воде. После того как в спектре этилового спирта были идентифицированы сигналы трех типов магнитно-неэквивалентных протонов [5], ядерный магнитный резонанс становится преимущественно полем деятельности химиков, и это положение сохраняется до сих пор. [c.13]

Рассмотрим теперь, как можно получить вращающееся магнитное поле Нх и наблюдать явление ядерного магнитного резонанса. Наше рассмотрение будет упрощенным, поскольку детальное обсуждение аппаратуры выходит за пределы этой книги. (Более иодрббно ознакомиться с предметом молено при чтении литературы, приведенной в конце главы). [c.17]

Был использован принципиально новый метод изучения кинетики окисления высокогмолекулярных соединении, разработанный автором монографии совместно с В. И. Пивневым [22], отличающийся более высокой чувствительностью, че 1 во-люмо.метрический. Основан он на использовании явления ядерного магнитного резонанса, сущность к0Т0р01 0 заключается в следующем. [c.64]

Первые эксперименты по обнаружению явления ядерного магнитного резонанса в конденсированном веществе были осуществлены сравнительно недавно в 1945 г. в лабораториях Блоха [1] и Перселла [2]. Надо было обладать большим даром предвидения и воображением, чтобы предсказать, к каким последствиям приведут эти первые измерения, осуществленные на протонах воды и парафина. Только в 1951 г. Арнольд, Дарматти и Паккард [3] сообщили о разрещении спектра этилового спирта, зарегистрировав три раздельных сигнала (СНз, СНг и ОН). За время, прошедшее с 1953 г., когда фирмой Уа-г1ап был продан первый коммерческий ЯМР-спектро-метр высокого разрешения , спектроскопия протонного магнитного резонанса превратилась в самостоятельную область науки более того, она стала доступным инструментальным методом анализа, эффективно используемым в различных областях научных исследований и особенно в органической химии. [c.13]

Явление ядерного магнитного резонанса оказалось существенным для химиков потому, что энергия резонанса (т. е. напряженность поля, требуемая для достижения ларморовой частоты, равной фиксированной частоте) зависит от электронного окру- [c.266]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология