Основы метода ядерного магнитного резонанса

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В основе метода лежит резонансное поглощение электромагнитных волн исследуемым веществом в постоянном магнитном поле, обусловленное ядерным магнетизмом. Ядра атомов определенного рода действуют как микроскопические магниты, которые, попадая в магнитное поле, поворачиваются все в одном направлении. Если какое-либо соединение, в котором ядра атомов водорода обладают свойствами магнитов, поместить в центр катушки (через обмотку которой пропущен переменный ток), расположен- [c.18]

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) широко используется в современных физико-химических исследованиях. В его основе лежит избирательное резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, обусловленное наличием ядерного спина. Как известно, ядро атома состоит из протонов и нейтронов. При четном числе протонов и нейтронов ядерный спин / равен нулю. В противном случав он не равен нулю, а связанный с ним дипольный магнитный момент ядра ц составляет [c.199]

ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС (ЯМР) — метод исследования структуры неорганических и органических веществ, в основе которого лежит резонансное поглощение электромагнитных волн веществом в постоянном магнитном поле, обусловленное ядерным магнетизмом. Я- м. р. является одним из новейших методов исследования открыли его в 1946 г. независимо друг от друга две группы американских физиков. [c.297]

Глава 1. Основы метода ядерного магнитного резонанса [c.12]

Наряду с энергией связи и стабильностью ядер больщое значение в химических процессах имеют также магнитный и электрический моменты ядра. Спин ядра складывается из спинов нуклонов С/2Й) таким образом, что составляет четное или нечетное число, кратное исходному спину /гй. Поэтому спин ядра может для разных элементов меняться от О до 4,5. Он проявляется в сверхтонкой структуре атомных спектров и является основой метода ядерного магнитного резонанса. Так называемый квадрупольный момент ядра Q отражает асимметрию распределения заряда в ядре. Он особенно важен при взаимодействии между неполярными молекулами (например, молекулами СОг в газовой фазе). Q дает также информацию об отклонении ядра от сферической формы. [c.35]

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]

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]

В книге собраны важнейшие результаты, полученные при изучении полимеров с помощью метода ядерного магнитного резонанса. В двух начальных главах изложены физические основы метода ЯМР, описаны принципы устройства ЯМР-спектрометров, способы регистрации и обработки спектров, приведены соотношения и формулы, необходимые для обработки экспериментальных данных. [c.4]

Рассмотрим радиоспектроскопию, и в первую очередь-метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В основе его лежит изучение спектров резонансного поглоше-ния электромагнитных волн веществом, помещенным в постоянное магнитное поле. По сравнению с другими спектроскопическими методами ЯМР имеет то преимущество, что позволяет получить непосредственную и подробную информацию о строении молекул и происходящих в них процессах. В определенном смысле он незаменим при исследовании внутреннего строения и межмолекулярных взаимодействий в твердых, жидких и газообразных соединениях. Этот метод, впервые экспериментально реализованный в 1946 году, стал одним из мощнейших способов изучения природы веществ. [c.215]

Таким образом, на основе проведенного анализа не представляется возможным отдать предпочтение одному из рассмотренных выше методов измерения коэффициентов самодиффузии. Наиболее универсальным и быстрым является метод ядерного магнитного резонанса, хотя в некоторых случаях могут оказаться предпочтительными и другие методы. [c.340]

Монография посвящается применению спектроскопии ядерного магнитного резонанса в неорганической химии. Излагаются основы метода ЯМР и области его применения, главным образом для установления структуры химических соединений. Описывается методика анализа спектров ЯМР и оценки полученных результатов. Особенно подробно приводятся результаты, относящиеся к соединениям, содержащим водород, бор, фтор и фосфор. Данные для всех исследованных неорганических соединений собраны в таблицы, содержащие величины химических сдвигов и константы спин-спинового взаимодействия, благодаря чему книга может служить справочником. [c.303]

В последние годы в исследовании молекулярных соединений все шире применяется метод ядерного магнитного резонанса [124—129, 139—172]. В основе метода ЯМР лежит измерение резонансного поглощения радиочастотных волн образцом, помещенным в сильное магнитное поле [130—132]. Такое поглощение характерно для ядер, спины которых отличны от нуля. Резонирующее ядро экранировано электронами, поэтому напряженность локального магнитного поля у ядра (Н) отличается от напряженности внешнего поля (Яц) [c.65]

В учебном пособии в сжатой и доступной форме изложены основы ряда методов, применяемых при исследовании кинетики и механизма химических реакций. Это видимая и ультрафиолетовая спектрофо-тометрия, инфракрасная спектрометрия, люминесценция, хемилюминесценция, электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, газожидкостная хроматография, аналоговые вычислительные машины. [c.2]

Принятая математическая модель строения молекул получила в последнее время существенное экспериментальное подтверждение. После открытия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) стало возможным измерять не только расстояния между ядрами атомов, входящих в состав молекулы, но и их взаимное расположение (углы). Совпадение строения молекулы, определенное методом химических связей, с фактическим строением, найденным экспериментально (ЯМР), для очень большого числа веществ является доказательством справедливости современного учения о химической связи. Таким образом, теория строения молекул А. М. Бутлерова получила дальнейшее развитие и физическую основу. [c.81]

Основы метода ядерного магнитного резонанса и пршленение его в химии [c.324]

ИК-спектроскопия и КР- (комбинационного рассеяния, или рамановская) спектроскопия принадлежат к группе молекулярных колебательных методов, которые вместе с ЯМР-спектроскопией (спектроскопией ядерного магнитного резонанса), масс-спектрометрией, и хроматографией составляют основу современного органического анализа, включающего структурный анализ, микроанализ и анализ поверхности. [c.164]

Известно, что подавляющее большинство окружающих нас соединений содержит в себе группировки, образованные атомами кислорода и водорода,— О Н . При нагревании эти группировки разрушаются и выделяются из анализируемого вещества в виде молекул воды. До широкого распространения в научных лабораториях таких современных физических методов, как нейтронография, ядерный магнитный резонанс и инфракрасная спектроскопия, изучение природы 0 Нп-группировок велось традиционными химическими и физико-химическими методами. Последние и послужили основой для той классификации вод , которая безраздельно господствовала до недавнего прошлого, а в некоторых областях знания сохранилась и до сих пор. [c.8]

Уровни сверхтонкой структуры обусловлены наличием собственных моментов (ядерных спинов) у атомных ядер (табл. 14.3). Разности энергий этих уровней очень малы, составляя от десятимиллионных до стотысячных долей электрон-вольта (от тысячных до десятых долей обратного сантиметра). Переходы между такими уровнями лежат в основе группы радиоспектроскопических (спин-резонансных) методов анализа спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), ядер-ного квадрупольного резонанса (ЯКР) и др. [c.335]

Передовые достижения в смежных областях науки быстро осваиваются и усовершенствуются в неразрушающем контроле. Например, лазерная техника, голография, ядерный магнитный резонанс используются в приборах и методах контроля, причем на основе оптической голографии развилась акустическая вычислительная голография. Микропроцессоры применяются для распознания образа дефекта, управления процессом контроля и т. д. Теория хрупкого разрушения является основой оценки допустимости дефектов. Математическая теория игр находит применение для выбора критериев оценки качества при отсутствии исчерпывающих данных о дефекте. [c.357]

Для экспериментального доказательства той или иной конформации молекулы углевода используются физические и химические методы. Среди первых большое значение приобрел ядерный магнитный резонанс. Применяя этод метод исследования, Лемьё установил, что метил-2-де-зокси- >-рибозид в водных растворах имеет преимущественно конформацию С1, а в хлороформе — 1С. Полуэмпири-ческие расчеты молекулярного вращения также дают возможность выбора конформации. Особенно широко в конформационном анализе углеводов была использована способность сахаров образовывать медные и боратные комплексы. Раствор аммиакатов меди, содержащий ионы Си(ЫНз) , изменяет свою проводимость, если вступает в реакцию комплексообразования с углеводами. При этом молекулярное вращение сахара также изменяется. Этот эффект незначителен, если комплексообразование мало сказывается на геометрии молекулы, и он достигает больших величин, если формирование комплекса требует искажения исходной конформации. Замыкание клешнеобразного комплекса атома меди с кислородами происходит обычно у вицинальных гидроксилов, расположенных под углом 60°, но не 120 или 180°. Расстояние между атомами кислорода не должно превышать 3,45 А. На основе образования медноаммиачного комплекса для О-метил-р-О-глюкопиранозида [c.146]

Сравнение методов инфракрасной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса. Хотя исследования ЯМР в системах с Н-связью немногочисленны, уже сейчас можно сказать, что этому методу предстоит большое будущее. Для эффективного использования метода ЯМР весьма важно иметь возможность менять температуру образца. При повышенных температурах удается добиться диссоциации полимерных ассоциатов на основе Н-связи даже при тех сравнительно высоких концентрациях, с которыми приходится вести работу. При низких температурах различные ассоциаты могут наблюдаться индивидуально. [c.138]

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]

Ядерный магнитный резонанс. Метод ЯМР обнаруживает высокую чувствительность к взаимодействию на основе Н-связи. На богатые возможности этого метода для исследования Н-связи указывает большое число недавно опубликованных работ. Хотя еще не вполне ясно, какое значение имеют направление и величина обусловленных Н-связью химических сдвигов, эти данные, несомненно, содержат ценную информацию о распределении электронов на Н-связи. [c.289]

Многочисленными исследованиями советских и зарубежных ученых открыты новые, ранее неизвестные физические явления, сконструирована аппаратура, разработаны основы интерпретации. Физические методы стали широко применяться при изучении природных органических соединений, в том числе нефтей. Эти методы многочисленны и разнообразны, но наиболее эффективны среди них УФ-спектрометрия, ядерный магнитный резонанс (ЯМР), масс-спектрометрия, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Инфракрасная спектроскопия, так же как и масс-спектрометрия, относится к числу апробированных методов, тогда как ЯМР и ЭПР являются в нефтяной геохимии новыми, находящимися в стадии развития. [c.346]

Степень вытямни Рис. 10.22. Сравнение экспериментальных (сплошные линии) зависимостей Ец и Е д. для полиэтилена низкой плотности от степени холодной вытяжки и теоретических кривых (пунктир), вычисленных на основе составной модели с использованием функций ориентации, найденных методом ядерного магнитного резонанса. [c.239]

В короткой части 5 ионы металлов рассматриваются как зонды при исследованиях методом ядерного магнитного резонанса — одного из самых эффективных методов, сравнительно недавно нашедших применение в бионеорга нических исследованиях. Показано, какие сведения можно получить этим методом, и описаны различные подходы к решению бионеорганических задач. Отмечено, например, что в тех случаях, когда природные ионы металлов не обладают полезными с точки зрения ядерного магнитного резонанса свойствами, часто удается заменить их на другие ионы металлов, более удобные при исследовании методом ЯМР. Изложены основы метода и с учетом общей направленности книги описан ряд примеров исследования гемовых и железо-серных белков. [c.10]

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В основе ме-> тода лежит резонансное поглощение электромагнитных волн исследуемым веществом в постоянном магнитном поле, обусловленное ядерным магнетизмом. Ядра атомов определенного рода действуют как микроскопические магниты, которые, попадая в магнитное поле, поворачиваются все в одном направлении. Если какое-либо- соединение, в котором ядра атомов водоррда обладают свойствами магнитов, поместить в центр катушки (через обмотку которой пропущен переменный ток), расположенной между полюсами магнита, и постепенно повышать напряженность магнитного поля, то при некоторой определенной напряженности поля испытуемое вещество начнет поглощать энергию. При этом ток, протекающий по катушке, возрастает. В результате получают спектр, в котором можно установить происхождение каждой линии. Таким образом, с помощью метода ЯМР можно изучать строение молекул, распределение электронной плотйости и некоторые другие характеристики органического вещества. Применимость метода ЯМР ограничена жидкостями или растворами органических веществ. [c.19]

При исследовании природного соединения клеродина первоначально чисто химическими способами было установлено лишь наличие в молекуле двух ацетатных групп, эпоксидного мостика", дигидрофуранового остатка. Робертсон на основе рентгенографических данных исправил формулу соединения, показав, что его состав не СгхНзоОв, а С24Н37О7. Методами ИК-спектроскопии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) был затем изучен характер функциональных групп молекулы. В результате кле-родину была приписана следующая структурная формула [c.21]

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР), Едторому посвящено данное пособие, был открыт более 30 лет назад, но его по-прежнему называют новейшим методом. Причина состоит в том, что ЯМР отличается постоянным совершенствованием, его возможности с каждым годом расширяются и обогащаются. В недалеком прошлом измерить спектр ЯМР было привилегией немногих химиков, теперь же спектрометры ЯМР имеются почти в каждом химическом институте и во многих вузах страны. В связи с этим существует настоятельная необходимость научить будущих специалистов-химиков активно использовать метод ЯМР в различных научных исследованиях. Этого невозможно достичь, не изложив теоретические основы метода ЯМР, поскольку без них не раскрываются в полной мере его возможности и круг решаемых с его помощью задач. [c.3]

Обнаружение функциональных груни в молекуле ранее неизвестного соединения также не представляет в настоящее время иринцини-альных трудностей. Значительно сложнее, однако, получить информацию о строении углеродного скелета. Для этого следует провести химическую деструкцию соедииеиия и идентифицировать образующиеся осколки. Так, озонирование и последующее разложение образующихся озонидов позволяет определить положение кратной связи у большого числа алкенов. В качестве других примеров подобного рода следует упомянуть химическую деградацию альдоз (см. раздел. 3.1.1) или деструкцию алкалоидов (см. раздел 2.3.4). Однако химические методы зачастую требуют очень много времени и на их осуществление необходимы относительно большие количества вещества. В связи с интенсивным развитием приборной техники за последние 20 лет получил широкое распространение целый ряд спектральных методов оиределения строения органических соединений, такие как инфракрасная спектроскопия (ИК), раман-снектроскония, электронная спектроскопия (УФ- и видимая области), снектроскония ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), масс-сиектрометрия (МС), рентгенография, электронография и т.д. Эти методы часто в значительно более короткие сроки позволяют получить информацию о структуре и пространственном строении молекулы. Их распространение зачастую сдерживается лишь весьма высокой стоимостью приборов. В рамках настоящего учебника будут обсуждены основы важнейших из этих методов, и на некоторых примерах будет продемонстрирована получаемая с их помощью информация. Более глубоко с этим вопросом можно познакомиться в специальной литературе. [c.36]

В пособии изложены теоретические основы физико-химических методов исследования электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса, люминесцентных и фотохимических методой, импульсного фотолиза, газожидкостной хроматографии. Описаппе методов рассчитано на то, чтобы читатель, имеющий общую физикохимическую подготовку, мог освоить эти методы, не пользуясь дополнительной литературой. Рассмотрено применение методов для изучения кинетики и механизмов химических реакций. Даны примеры экспериментальных работ. [c.2]

Физические основы эксперимента по ядерному магнитному резонансу уже были изложены в гл. 1 с позиций квантовой механики. Однако не менее полезно и классическое описание, хотя квантование углового момента нельзя обьяснить на чисто классической основе. Физические концепции, лежащие в основе ЯМР-эксперимента, конструкцию спектрометра ЯМР и многие другие аспекты можно продемонстрировать наиболее четко с использованием классического приближения. В последние годы особенно возросло значение импульсной спектроскопии, которая в области ЯМР высокого разрешения образует основу метода ФП-спек-троскопии. В связи с этим понимание ЯМР-эксперимента с классических позиций взаимодействия магнитных моментов с магнитным полем особенно важно. Действительно, ядерный магнетизм не является областью приложения лишь законов квантовой механики или классической физики, скорее он требует умения комбинировать обе концепции. [c.228]

Почему была переведена именно эта монография На русском языке имеется довольно много книг по ядерному магнитному резонансу. Однако все они (за исключением перевода монографии А. Бакса Двумерный ядерный магнитный резонанс в жидкости , который был выпущен в 1988 г. очень малым тиражом Сибирским отделением изд-ва Наука ) обсуждают методы одномерной спектроскопии. Между тем в последние годы стала весьма плодотворно развиваться двумерная и трехмерная ЯМР-спектроскопия. Такое расширение пространства, в котором изображается спектр, позволило принципиально повысить разрешение спектров ЯМР, однозначно соотносить линии сложных спектров, непосредственно устанавливать связи между спинами, рассмотреть процессы химического обмена, кросс-релаксацию и т. д. Монография известных швейцарских ученых Р. Эрнста, Дж. Боденхаузена и А. Вокауна является первой в мировой литературе, в которой с единых позиций излагаются основы и применения импульсных методов ЯМР, как одномерных, так и двумерных. [c.5]

Наиболее распространенная у нас в стране методика разделения битумов [15] позволяет получить ряд узких фракций асфальтены, парафино-нафтеновые, моно-, би-, и поли-циклоароматические углеводороды (последние определяются не всегда), бензольные и спиртобензольные смолы. Каждая из этих групп может быть проанализирована с помощью функционального, структурно-группового и спектрального анализов. Методы функционального анализа [24] для битума и его фракций мало отличаются от общепринятых. Что касается спектральных методов анализа, то все они, хотя и дают важную качественную информацию о строении молекул, входящих в различный фракции [25—33], но получение четких количественных закономерностей вызывает большие трудности. Однако в последнее время появились методы структурно-группового анализа, которые позволяют сделать интересные выводы о составе тяжелых нефтяных остатков на основе инфракрасной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса [34, 35, 193]. [c.7]

Спектроскоппя ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах углерода С — относительно новый метод структурного анализа полисахарида. В его развитие видный вклад вносит школ 1 советских ученых-химиков, возглавляемая академиком Н. К. Ко четковым. Физические основы метода подробно изложены в многочисленных публикациях, в частности в капитальном обзоре А. С. Шашкова и О. С. Чижова [ИЗ], к которому мы отсылаем читателей, желающих ознакомиться с общими положениями спектроскопии ЯМР, в том числе на ядрах углерода С, и техникой эксперимента. Отметим только, что ири съемке спектров обычно применяется тотальный двойной резонанс с подавлением спин-спинового взаимодействия С с протонами. В связи с этим теряется информация, связанная со спин-спиновым взаимодействием — Н. Таким образом, в спектре С-ЯМР основную информацию дает положение резонансных линий, т. е. химический сдвиг. [c.77]

Основные задачи выделение в индивидуальном состоя -нии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтра-цни, ультрацентрнфугирования, противоточного распределения и т. п. установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физико-органической химии с применением масс-спектрометрии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и т. п. в сочетании с расчетами на ЭВМ химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных,— с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения практически ценных препаратов биологическое тестирование полученных соединений in vilro и in vivo. [c.11]

Связь постоянной экранирования ядер с электронным строением молекулы является одной из основных проблем ядерного магнитного резонанса. В теоретическом отношении эта задача принципиально решена Рэмси еще в 1950 г. [6] на основе теории возмущений. Однако конкретные расчеты с применением теории Рэмси в настоящее время практически безнадежны, так как требуют знания точных волновых функций для всех возбужденных состояний электронов молекулы (в то время как обычно известна лишь приближенная волновая функция основного состояния, да и то главным образом для простых молекул). Попытки подойти к вычислению постоянных экранирования другими приближенными методами (см., например, [7]) также не привели к сколь-либо существенным результатам для сложных молекул. Поэтому на данном этапе развития теории экранирования следует считать вполне оправданным эмпирический подход к проблеме связи химического сдвига ЯМР с электронным строением молекул. Возможно, что установление определенных эмпирических закономерностей поможет продвинуть теоретические расчеты до конкретных численных результатов, совпадающих с экспериментальными. [c.377]

Один из наиболее изученных примеров водородных связей — это водородная связь между молекулами хлороформа и ацетона С1зСН ОС (СНд)2, для которой АН оценивается значением —4,1 ккал [78]. Это значение было затем подтверждено другими авторами [39], которые в основу своих оценок положили данные по ядерному магнитному резонансу бинарных жидких систем. Их метод был далее развит в работе [1] на примере бинарных н идких смесей 1-гидроперфторгептана и ацетона. Были проведены также тщательные калориметрические измерения. В этом случае водородная [c.45]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология