Поведение ядер в магнитном поле

ЭПР-спектроскопия используется для обнаружения, идентификации и определения количества свободных радикалов, обладающих, как известно, неспаренным электроном. Подобно методу ЯМР, она относится к радиоспектроскопическим методам и основана на особенностях поведения неспаренного электрона в магнитном поле. Как и указанные выше магнитные ядра, неспаренный электрон обладает магнитным моментом и при определенных условиях может поглощать кванты радиочастотного излучения, меняя при этом ориентацию в магнитном поле. [c.233]

Рассмотрим движение ядерного диполя в магнитном поле без учета его свойств как микрочастицы, т. е. с классической точки зрения. Пусть вращающееся ядро ориентировано под углом 9 к направлению приложенного поля Яо- Это поле будет действовать на магнитное ядро так, чтобы уменьшить угол 0. Однако поскольку ядро вращается, то суммарным результатом будет то, что ядерный магнит начнет прецессировать вокруг направления магнитного поля Яо. Это поведение ядра аналогично прецессии вращающегося гироскопа, или волчка, когда он под действием силы тяжести стремится опрокинуться в гравитационном поле Земли. Угловую скорость этой прецессии со можно определить из уравнения Лармора [c.16]

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]

Основная задача ядерного магнитного резонанса заключается в рассмотрении поведения ядерного спина, обладающего механическим (/Л) и магнитным ([ . = уЬ1) моментами в однородном магнитном поле. Здесь / — спин ядра у — гиромагнитное отношение, постоянное для каждого типа ядер й — постоянная Планка. [c.53]

Рис. 2.1. Поведение ядерного магнитного момента в магнитном поле а — прецессия магнитного момента ц ядра в магнитном поле Но в лабораторной системе координат Vo = YЯo/2я (линейная частота) Ыо=уНц (рад/с) (угловая частота), у — гиромагнитное отношение б — прецессия магнитного момента (1 ядра во вращающейся системе координат относительно оси отсутствует

Возможность описания явлений ЯМР как в терминах квантовой механики, так и классической физики дает большое преимущество и представляет собой одну из приятных особенностей предмета. Для наших целей больше подойдет классическая картина, и большая часть дальнейшего изложения будет связана с поведением именно макроскопической намагниченности. Об этом нужно постоянно помнить. Все ге места текста, где мы будем переходить от микроскопической к объемной намагниченности, будут выделяться особо. Мы рассмотрим сначала поведение ядра в постоянном магнитном поле и природу радиочастотных электромагнитных волн и затем объединим их подходящим путем. Во всех последующих разделах мы будем рассматривать только ядра со спином 1/2. Символом В будет обозначаться магнитная индукция, которая удобна для измерения намагниченности в материалах с отличной от нуля магнитной восприимчивостью. Во многих публикациях вместо нее используется напряженность магнитного поля (символ И) или В и Н совместно. При нашем эмпирическом подходе различие между ними не существенно. Кроме того, мы будем совершенно свободно переходить от угловой скорости (в рад/с), обозначаемой вектором со или скаляром ю, к соответствующей частоте V (в герцах), предполагая, что читатель будет преобразовывать их друг в друга мысленно по формуле [c.98]

Можно легко рассчитать, что существует (21 + 1) различных ориентаций углового момента и магнитного момента в магнитном поле. Такое поведение ядра в магнитном поле называется направленным квантованием. [c.204]

Поведение молекулы в магнитном поле зависит от трех величин одна определяет всегда имеющийся эффект, индуцируемый самим полем, а две другие характеризуют постоянные величины, а именно суммарный спиновый магнитный момент и орбитальный момент электронов. Условия проявления двух последних характеристик в молекулах углеводородов совсем особые полученные данные относятся к возбужденным состояниям, и мы не будем ими заниматься. Эффект индукции, всегда наблюдающийся под влиянием магнитного поля, является следствием диамагнетизма, существование которого может быть объяснено на простом атомном примере. В магнитном поле электроны атома получают небольщой дополнительный момент количества движения и связанный с ним магнитный момент аналогично тому, как в витке проводника, перпендикулярном переменному магнитному полю, возникают ток и связанное с ним магнитное поле. Индуцированное поле противоположно индуцирующему и пропорционально сечению витка, т. е. квадрату радиуса электронной орбиты. Каждый /-электрон атома вносит свой вклад, пропорциональный г], т. е. усредненному квадрату его расстояния от ядра, что приводит к выражению для молекулярной восприимчивости [c.31]

Если магнитное атомное ядро поместить в магнитное поле, то на него будет действовать ориентирующая сила. В качестве примера рассмотрим поведение стрелки компаса в магнитном поле Земли (рис. 1). [c.8]

Квантование энергии проявляется и в поведении ядерного магнита в магнитном поле. Это квантование представляют таким образом, что разрешенными являются только определенные направления между магнитным моментом ядра и силовыми линиями внешнего магнитного поля, и называют его квантованием по направлению. Число возможных направлений спина зависит от вида ядра. Каждое ядро имеет спиновое квантовое число /, из которого выводится число разрешенных направлений (рис. 2). [c.9]

Это верно даже в том случае, если состояние, в котором ядро имеет направление, одинаковое с полем, является более устойчивым. Причина состоит в том (в пределах достижимых значений Н), что разница энергий между состояниями чрезвычайно мала и тепловое возбуждение мешает ориентации ядер. Можно провести аналогию с поведением компаса, который испытывает влияние магнитного поля Земли, но подвергается в то же время воздействию сильных колебаний, изменяющих неустойчивую ориентацию стрелки компаса в направлении юг — север. [c.53]

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]

Приведенный выше анализ сверхтонких расщеплений годится только для случаев, когда энергия сверхтонкого взаимодействия НАо намного меньше зеемановской энергии электронов РЯ. Если же СТВ велико или напряженность внешнего магнитного поля мала, то возникает дополнительное расщепление некоторых линий. Это дополнительное расщепление обычно называют расщеплением второго порядка , так как соответствующие энергетические уровни могут быть рассчитаны методом теории возмущений второго порядка. Мы не будем подробно анализировать здесь этот случай, рассмотренный, например, в работах [36, 49] (разд. В-7 и В-9). Будет кратко описано лишь поведение системы с эквивалентными ядрами со спином /= /2. [c.87]

Если переход происходит сверху вниз, то освобождаемая при таком переходе энергия тратится на нагревание среды или решетки, и если переходы сверху вниз происходят чаще, чем снизу вверх, то в конечном счете это приведет к уменьшению заселенности верхнего уровня. Таков механизм, определяющий время релаксации Т . Другими словами, этот механизм стремится вернуть намагниченность вдоль оси 2 к ее равновесному значению. Проще всего продемонстрировать процесс, соответствующий времени релаксации Г1, рассмотрев поведение образца в магнитном поле. В отсутствие поля магнитные ядра образца ориентированы беспорядочно, а при наложении поля имеется равная вероятность заселения двух возможных энергетических уровней. Таким образом, сначала между заселенностью верхнего и нижнего уровней нет никакой разницы. Если, однако, система со временем релаксации переходит к своему равновесному больцмановскому распределению, то возникает разность заселенностей и можно заметить увеличение сигнала ЯМР.. [c.378]

ПОВЕДЕНИЕ ИЗОЛИРОВАННОГО АТОМНОГО ЯДРА В МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ [c.31]

Таким образом, поведение свободного атомного ядра в магнитном поле = Но в зависимости от начальных условий описывается одной из функций [c.33]

Чтобы дополнить это макроскопическое описание спинов в магнитном поле, необходимо отметить, что поведение спинового углового момента ядра и соответствующего ему ядерного магнитного момента правильнее было бы сравнить с поведением гироскопа, а не маленького магнитика. Вместо того чтобы ориентироваться в направлении магнитного поля, ядерный момент Ид- прецессирует вокруг [c.232]

Исследование спектров Мессбауэра ферритина было выполнено при нескольких температурах [77, 82, 84, 85]. При 77 К или выше в спектре наблюдаются две линии, а при 4 К — шесть линий. Между 20 и 45 К по мере повышения температуры наблюдался постепенный переход от спектра из шести линий к спектру из двух линий. Такое поведение свидетельствует о суперпарамагнетизме частиц, размеры которых отличаются не больше чем на 100 А. Шесть линий в спектре обусловлены расщеплением энергетических уровней под действием магнитного поля на ядрах железа. Сверхтонкая структура спектра и магнитные измерения показали, что железосодержащие ядра ферритина антиферромагнитны [82, 84]. Наблюдаемый магнитный момент, возможно, обусловлен некомпенсированным спином, возникающим из-за статистического разброса в числе занятых мест за счет двух магнитных подрешеток в очень маленьких частицах [86]. Квадрупольное расщепление, приводящее к спектру из двух линий, свидетельствует о градиенте электрического поля, вызванном несимметричным распределением атомов кислорода вокруг ядра железа. [c.314]

Рассмотренная в предыдущем параграфе векторная схема сама по себе не касается природы сил взаимодействия электронной оболочки атома с его ядром. Лишь правило интервалов указывает на магнитный характер этого взаимодействия. Более непосредственно он сказывается на поведении линий со сверхтонким строением во внешнем магнитном поле, т. е. при эффекте Зеемана. [c.533]

Чтобы понять, что произойдет, когда поле конечной мощности будет иметь частоту, отличающуюся от точно резонансной, нам иадо подробнее рассмотреть поведение намагниченности во вращающейся системе координат. Хотя в этом разделе мы будем иметь дело только с магнитным моментом ц отдельного ядра, он в точности отражает поведение всей объемной намагниченности М. Если приводимая здесь алгебра покажется вам слишком сложной, то уделите больше внимания [c.106]

Если бы атом и электрон не имели магнитных свойств, то двух квантовых чисел было бы достаточно для описания состояния электронов, окружающих ядро. Однако движение электронов, как и любых других заряженных частиц, вызывает появление электромагнитного поля. Благодаря наличию у атома магнитной оси состояния электронов разные, потому что электронные орбиты могут иметь различные наклоны по отношению к направлению магнитной оси. Электромагнитное поле ориентирует плоскость орбиты под определенными углами. Поведение электрона в этом отношении характеризуется магнитным квантовым числом, обозначаемым буквой гп1. Магнитное квантовое число есть вектор, следовательно, ему соответствует не только определенное числовое значение, но и направление, что выражается в знаках (- -) и —). Оно может принимать любые вычисленные значения между О и /. [c.36]

Результаты приведены на рис. 1.11. Видно, что и в этом случае полевая зависимость вероятности рекомбинации для СТВ-механизма S—Г-переходов в полях Но А проходит через четко выраженный максимум аналогично рекомбинации РП из триплетного начального состояния. Такое поведение полевой зависимости для радикальной пары с одним магнитным ядром подтверждено в работе [54]. [c.77]

Теория. Подобно тому как каждый изотоп любого элемента обладает определенный массой ядра и зарядом, так и большинство изотопов обладает ядериым моментом количества движения, или спином. Если изотоп имеет спин, отличный от нуля, то он благодаря своему электрическому заряду представляет собой маленький магнит. Если этот магнит подвергнуть действию постоянного магнитного поля, то его поведение будет аналогично поведению гироскопа в постоянном гравитационном поле он начнет прецесоировать. Это означает, что ось его спина начнет вращаться вокруг направления действия поля. Частота этого вращения зависит от папряженности поля, момента количества движения и магнитного момента ядра. Эта частота, обычно называе.мая частотой ларморовой прецессии, определяется уравнением [c.241]

В результате этого на любое атомное ядро действуют внутренние постоянные и переменные магнитные поля. Физическая картина поведения реальных ядер в условиях резонанса ослон<няет-ся еще и тем, что вследствие взаимодействия группы таких ядер могут образовывать сложные магнитные системы с резонансными частотами, отличающимися от резонансных частот отдельных ядер. Кроме того, в результате взаимодействия энергия ядерных моментов может передаваться тепловому движению частиц вещества и перераспределяться мелчду ядрами. [c.38]

Некоторые вопросы методики наблюдения ЯМР становятся более наглядными в рамках классической теории движения магнитного диполя в магнитном поле. Все эффекты ЯМР, согласно этой теории, определяются поведением вектора ядерной намагниченности [19]. Рассмотрим картину возникновения сигнала ЯМР при наблюдении методом автодинного генератора. Образец, содержащий исследуемые магнитные ядра, помещаюг между полюсами постоянного магнита с напряженностью Яо. Стремление магнитных моментов ядер ориентироваться по направлению поля приводит к появлению результирующего макроскопического магнитного момен- [c.32]

Большие перспективы открывает применение эффекта Мёссбауэра для исследования свойств специальных сталей, в состав которых всегда входит в той или иной концентрации железо. Такие исследования несут информацию о фазовых (структурных) превращениях в сталях, дают сведения, позволяющие исследовать прочность, износостойкость и так далее. Например, наблюденное в работе [21] аномальное поведение температурной зависимости величины внутреннего эффективного поля на ядрах Fe в интервале температур, совпадающем с температурой хладноломкости для сталей У9А и ст. 10, указывает на изменение характера химической связи при электронном фазовом переходе, который может быть первопричиной перехода стали из пластичного состояния в хрупкое. Исследование сверхтонкой структуры мессбауэровских спектров на ядрах Fe в сплаве Fe + 48,2 ат. % Ni и в чистом железе [22] позволило обнаружить отклонения величины относительных интенсивностей компонентов спектра для образцов, подвергнутых деформации от относительных интенсивностей компонентов спектра, полученного с недеформированного образца, что объясняется влиянием магнитной текстуры прокатки, вызванной кристаллографической текстурой прокатки и рекристаллизации. [c.217]