Прецессия ядер

Измерение ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — метод анализа, основанный на резонансном поглощении электромагнитных волн веществом, помещенным в постоянное магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс использует явление ядерного магнетизма. Атомные ядра многих химических элементов имеют определенный момент количества движения, т. е. вращаются вокруг собственной оси (спин ядра). Спин ядра аналогичен спину электрона. Магнитный момент возникает потому, что каждое ядро имеет электрический заряд. Для наблюдения ЯМР ампулу, содержащую анализируемое вещество, помещают в катушку радиочастотного генератора. Образец может быть жидким, твердым или газообразным. Катушку с ампулой помещают в зазоре магнита перпендикулярно направлению магнитного поля Ни- Генератор создает на катушке слабое переменное магнитное поле Нх- Резонанс наступает при условии ф=фо= У о, где ф — скорость вращающегося поля Нх, фо — скорость прецессии ядер в поле На, 7 — гиромагнитное отношение у = т1Р (т — магнитный момент ядра атома, Р — момент количества движения ядра). При выполнении условия приемник регистрирует небольшое изменение напряжения на рабочем контуре в виде сигнала в форме гауссовой кривой. Кривая характеризуется высотой сигнала и шириной кривой (полосы), [c.452]

Частота ларморовой прецессии ядер в магнитных полях, обычно используемых для исследований, составляет миллионы герц (мегагерцы), поэтому вращающееся магнитное поле Я генерируют радиотехническими средствами. Для этого вовсе не обязательно создавать магнитное поле, поляризованное по кругу (вращающееся поле). Можно использовать поле, колеб-ч 1ющееся с нужной частотой, т. е. линейно поляризованное поле. Такое поле можно представить в виде суперпозиции (наложения) двух равных полей, вращающихся с равными угловыми частотами в противоположных направлениях [c.18]

Спектры ЯМР жидкостей и растворов содержат ряд сравнительно узких линий, отвечающих структурно неэквивалентным протонам. Если протоны эквивалентны (например, для протона в Н2О), то наблюдается одна линия. Напротив, протонам групп СНз, СНг и ОН в молекуле СгНзОН отвечают разные частоты. Это происходит потому, что на ядерный спин действует электронное окружение ядра. Электроны прецессируют в направлении, противоположном направлению прецессии ядер, и создают вторичное магнитное поле Н, пропорциональное Но. Вблизи ядра оно равно [c.338]

Опыты показали, что даже очень слабые высокочастотные поля, при совпадении их частоты с частотой прецессии ядер (определяемой с помощью осциллографа), на несколько часов изменяют диамагнитную восприимчивость воды и способствуют выпадению из нее кристаллов солей жесткости. [c.96]

В опытах по ядерному магнитному резонансу накладывается сильное однородное магнитное поле, вызывающее прецессию ядер. Затем с помощью источника радиоволн накладывается радиочастота с энергией, сравнимой с АЕ. Схема установки для [c.264]

В ЭТОМ выражении l/Ti- —скорость релаксации ядер протонов воды в буфере, не содержащем белка v — ларморова частота прецессии ядер при величине поля Яо D, А, V и — параметры, определяемые путем подгонки данных под уравнение (2). Re обозначает действительную часть выражения, стоящего в квадратных скобках. [c.164]

Как было показано выше, частота прецессии магнитных ядер Б магнитном поле непосредственно зависит от напряженности магнитного поля, а поглощение электромагнитных колебаний ядром происходит при совпадении частоты прецессии ядер с частотой вращения магнитного поля, перпендикулярного внешнему полю. Таким образом, ядерный переход можно вызвать двумя способами либо постепенным изменением частоты вращающегося магнитного поля при постоянной напряженности внешнего магнитного поля, либо изменением в очень узком интервале напряженности внешнего магнитного поля при постоянной частоте вращающегося магнитного поля. Конструирование приборов, работающих по второму принципу, проще. [c.73]

Важной особенностью выражения (6.15) является то, что время корреляции Тс, которое мы рассматривали в гл. 4, умножается не на о, т. е. обычную ларморову частоту, как в соотношении (4.20), а на Ю1—частоту прецессии ядер в поле Н1. Поэтому минимум наблюдается совсем не на той частоте, что для Т , и измерения часто дают более определенную информацию о молекулярных движениях в диапазоне более низких частот. Например, Дуглас и Джонс [ 68] на зависимости Г 1р от температуры для твердых н-алканов нашли минимум при —190 °С, соответствующий вращениям группы СН3 с частотой около 10 с" . Значения Я1 в этой работе составляли от 1 до 10 Гс (или 10 Г), чтобы обеспечить Я1 Я . [c.141]

Фурье-спектрометре на вход приемника непрерывно подается так называемый опорный сигнал с частотой, равной частоте ВЧ-генератора. Поэтому, если частота прецессии ядер не совпадает с частотой опорного сигнала, то между ними наблюдается интерференционное взаимодействие, т. е, виггли. [c.36]

Наблюдение ЯМР было бы невозможным, если бы ядра не могли отдавать часть энергии своему окружению посредством безыз-лучательного перехода, поскольку в таком случае поглощение энергии прекратилось бы вследствие выравнивания числа ядер на верхнем и нижнем энергетическом уровнях. Механизм, по которому происходит обмен энергией между спин-системой и окружением, называется спин-решеточной релаксацией. Его можно понять, рассматривая прецессию ядер. В реальном веществе пре-цессирующее ядро (см. рис. 15.4) всегда находится под влиянием флуктуирующих (переменных) магнитных полей, связанных с тепловым движением соседних магнитных диполей. Время от времени [c.223]

В общем виде ядро создающее магнитное поле, осциллирующее с ларморовой частотой, может вызвать переход /-ядра, причем процесс обмена энергий между ядрами происходит с сохранением общей энергии пары ядер. Время, за которое происходит такое спин-спино-вое взаимодействие ядер, часто называют временем фазовой памяти спинов, или временем расстройки фаз спинов. Его порядок соответствует порядку времени сохранения фаз прецессии ядер. [c.64]

Н шкала ХС формируется из частот для свободных ядер протонов Н+ и ядер атома водорода, входящих в какую-либо молекулу. Первая частота — это обычная частота Лармора прецессии ядер Н+ в магнитном поле Яо VG= (11н//й)Яо, где 11н — магнитный момент ядра атома водорода / — спин ядра Й — постоянная Планка. В поле Но= Т значение го = 42,578 мГц. Это и есть первая фундаментальная частота в шкале химических сдвигов — частота свободных ядер. Важным моментом является то, что она зависит от напряженности магнитного поля и не зависит от материала, в котором находятся ядра. Однако исследования сигналов ЯМР показали, что частоты, на которых происходит поглощение, для одного и того же ядра зависят от того, в какой молекуле оно находится и от его месторасположения в ней. Разница частот обычно незначительна по сравнению с величиной резонансной частоты, но тем не менее при современной разрешающей способности спектрометров ее можно обнаружить. Наблюдение резонанса ядер протонов, входящих в молекулу, при частоте, отличной от резонансной частоты ядер Н+, обусловлено экранированием ядра от внешнего поля. Физический смысл экрапировапия обычно связывают с правилом Ленца, по которому внешнее магнитное поле возбуждает ток, магнитное поле которого компенсирует приложенное поле. Таким образом, эффективное поле, действующее на ядро, равно [c.68]

Термин резонанс относится к классической интерпретации этого явления, так как переходы происходят, только если частота 1/1 электромагнитного излучения соответствует частоте прецессии ядер, называемой лармороеой частотой прецессии] см. рис. 9.3-3). [c.207]

Спектры ЯМР жидкостей и растворов содержат ряд сравнительно узких линий, отвечающих структурно неэквивалентным протонам. Так, в спектре 1,1,2-трихлорэтана lHj —СНСЦ при невысоком разрешении наблюдаются две линии, отвечающие протонам групп Hj и СН с отношениями интенсивностей 2 1. Это происходит благодаря экранирующему воздействию электронного окружения ядра на его спин. Электроны прецессируют в направлении, противоположном прецессии ядер, и создают вторичное поле // = —аЯо. На ядро действует эффективное поле [c.169]

Для характеристики релаксационного процесса следует также иметь в виду так называемую спин-спиновую релаксацию, описывающую процесс установления равновесия в самой системе ядерных спинов. Из теории ЯМР известно, что ядра, прецессирующие вокруг направления постоянного магнитного поля, под действием вращающегося поля движутся в фазе с этим полем. При наличии поля прецессия ядер, из-за неоднородности магнитного поля в образце, выходит из фазы за время спин-спиновой релаксации T a- Этот интервал времени (также называемый временем поперечной релаксации) тем меньше, чем больше разброс магнитного поля Няок) и магнитогирическое отношение у) [c.210]

Используя хорошо известные соотношения, можно получить выражение для частоты ларморовой прецессии ядер [c.16]

Блок-схема ЯМР-сиектрометра приведена на рис. 1.3 образец, находящийся в ампуле 1 (обычно она имеет диаметр 5 мм), помещен в поле электромагнита 5, напряженность которого в современных спектрометрах может составлять от 14,1 до 52 кГс. Из табл. 1.1 [или из уравнения (1.6)] находим, что частота лармооо-вой прецессии ядер водорода составляет 60 МГц в поле 14,1 кГс и 220 МГц в поле 52 кГс. Вырабатываемое высокочастотным генератором поле Я накладывается на образец с помощью катушки возбуждения 2, ось намотки которой перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. Обычно за направление магнитного поля принимают отрицательное направление оси 2 (рис. 1.4). Вектор магнитной составляющей возбуждающего высокочастотного поля осциллирует вдоль оси х, т. е. перпендикулярно Яо и перпендикулярно оси цилиндрической ампулы образца. Такое линейно поляризованное поле способно вызывать опрокидывание ядерных спи- [c.17]

То, что при воздействии электромагнитных полей свойства воды могут изменяться на значительное время, экспериментально доказано С. Т. Усатенко и В, И. Морозовым. Они пропускали дистиллированную воду через однородное постоянное магнитное поле и одновременно воздействовали на иее высокочастотным переменным электромагнитным полем, вектор которого был перпендикулярен вектору постоянного магнитного поля. При совпадении частоты переменного поля с частотой прецессии ядер в данном магнитном иоле происходит избирательное поглощение электрохмагнитной энергии колебательного контура ядрами вещества, сопровождаемое их переходом на более высокий энергетический уровень. [c.96]

Частота прецессии ядра равна частоте электромагнитного колебания, нсобхсдимого для перевода ядра из одного спинового состояния в другое. При таком ядерном переходе происходит изменение угла, образованного осью ядерного магнита с направлением внешнего магнитного поля. Это изменение можно индуцировать наложением электромагнитного поля с маг штным вектором, вращаюш,имея в плоскости, перпендикулярной основному магнитному полю. Если частоты Бращаюш,егося магнитного поля и прецессии ядер совпадают по величине, то говорят о выполнении резонансных условий. При этом может происходить поглош,ение и одновременное испускание энергии. Таким образом, ядерный магнитный резонанс (поглощение или испускание энергии) наблюдается в том случае, когда ядро (/ > > 0) помещено в постоянное магнитное поле и подвергается действию электромагнитного излучения нужной частоты. [c.71]

ПОЛЯ ядро начинает прецессировать вокруг вектора наложенного поля, как волчок прецессирует вокруг своей оси. Угловая частота этой прецессии называется лармо-ровой частотой, ее величина зависит от напряженностк приложенного магнитного поля и свойств ядра. При возбуждении ядерного магнитного резонанса накладывается сильное однородное магнитное поле, которое вызывает прецессию ядер, и сверх того накладывается поле радиочастотных колебаний с энергией порядка разности [c.204]

ОСИ у, НО одновременно он поворачивает на 180° намагниченность ядер X, изменяя в результате их спиновые состояния и заставляя частоты прецессии ядер измениться, как показано на рис. 5.10, в. Таким образом, ядра, движущиеся быстрее (т. е. с частотой ш +я/), остаются ближе к оси у, чем их медленные партнеры, и в момент 2т намагниченность более быстрых ядер рефзкусируется в положении 0 =2nJx, тогда как намагниченность медленных ядер фокусируется в положении 0 = — 2nJ%, как показано на рис. 5.10, г. Результирующую величину Му можно найти по формуле [c.128]

Наблюдение ЯМР было бы невозможным, если бы ядра не могли отдавать часть энергии своему окружению путем безыз-лучательного перехода, поскольку в таком случае поглощение энергии прекратилось бы вследствие выравнивания числа ядер на верхнем и нижнем энергетическом уровнях. Механизм, по которому происходит обмен энергией между спин-системой и окружением, называется спин-решеточной релаксацией. Его можно понять, рассматривая прецессию ядер. В реальном веществе прецессирующее ядро всегда находится под влиянием флуктуирующих (пере.менных) магнитных полей, связанных с тепловым движением соседних магнитных диполей. Время от времени результирующее поле у ядра может иметь такие частоту и направление, что оно способно индуцировать переход спина из одного состояния в другое. Если это происходит, то ядро на верхнем энергетическом уровне может релаксировать [c.266]

Релаксация обусловлена разницей частот прецессий ядер в координационном и свободном состояниях (А -механнзм) и протекает очень быстро. В этом случае измеряемый на опыте процесс контролируется скоростью химического обмена. [c.25]

Индукционный сигнал, наблюдаемый после выключения высокочастотного поля, принято называть затуханием свободной прецессии ядер [114—116]. Экспоненциальный спад сигнала может быть нарушен биениями, если резонирующая система содержит несколько сортов ядер одного типа, отличающихся ларморовой частотой из-за спин-спинового взаимодействия или химического сдвига. Спад свободной индукции, следующей за р. ч. импульсом, дает спектральную информацию о состоянии неэквивалентных ядер, которая выявляется в фурье-спектроскопии ядерного магнитного резонанса [11]. [c.40]

Выше отмечалось, что экспоненциальный спад сигнала свободной индукции, следующий за наложенным на образец р. ч. импульсом, в условиях фазового детектирования нарушается биениями (сигнал модулирован), если в изучаемой системе имеются ядра в неэквивалентных магнитных окружениях. Причиной этих биений является различие частот ларморовой прецессии ядер вследствие спин-спинового взаимодействия и химического сдвига. В случае простых спектров периоды биений пропорциональны разностям частот поглощения неэквивалентных ( нерезонансных ) ядер (рис. 2.10, ). При исследовании более сложных спектров модулирующие частоты, в свою очередь, взаимодействуют между собой и визуальная интерпретация наблюдаемого спада сигнала индукции (интерферограммы) невозможна (см., например, [11]). Для выделения частоты и определения [c.52]

В 1946 г. Парселлом и независимо от него Блохом были разработаны различные методы изучения ядерного магнитного резонанса. Экспериментальная установка для изучения ЯМР показана на рис. 18-11. Образец помещен в однородное магнитное поле и окружен катушкой от радиочастотного генератора так, что осциллирующий магнитный вектор радиочастотных воля перпендикулярен магнитному полю. Частота генератора или сила магнитного поля изменяется до тех пор, пока радиочастота не станет равной частоте прецессии ядер в магнитном поле. В этом случае возникает резонанс. В результате энергия поглощается образцом, и некоторые спины ориентируются таким образом, что ядра переходят на более высокие энергетические состояния. Как только ядра возвращаются на [c.574]

Однако явление резонанса можно понять и при рассмотрении взаимодействия магнитного поля с ядром, обладающим магнитным моментом, в рамках классической физики. Здесь допускается непрерывное распределение по ориентациям магнитных моментов во внешнем поле, а ядра представляются в виде прецессирующих вокруг направления магнитного поля волчков с частотой прецессии, называемой ларморовой частотой. Вводится возмущающее поле переменной частоты, и когда его частота достигает ларморовой частоты прецессии ядер, происходит поглощение энергии, отвечающее изменению ориентации магнитного момента ядер относительно постоянного поля. [c.129]