Физика явления 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]

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]

Глава 10. СПЕКТРЫ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА 10.1. Физика явления магнитного резонанса [c.79]

Эти эффекты встречаются для всех видов излучения, включая поглощение и дисперсию звука. Поскольку гл. 16 посвящена методам ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса, можно отметить, что в этих случаях явления поглощения и дисперсии аналогичны тем, которые обсуждались выше. С точки зрения классической физики эти явления объясняются уменьшением амплитуды колебаний гармонических осцилляторов. Когда атомные или молекулярные осцилляторы начинают двигаться под действием световой волны, они поглощают, и поглощение имеет максимум при резонансной частоте. Поскольку осциллирующие электроны излучают свет, взаимодействие рассеянного света с падающим излучением приводит к дисперсии. [c.484]

Всем перечисленным выше системам, заимствованным из различных областей естествознания, присуща одна общая особенность воздействие внешнего шума зависит от состояния системы. Речь идет не просто об аддитивном шуме, как в традиционном ланжевеновском подходе к описанию случайных явлений в физике. Шум во всех этих явлениях, ныне известный под названием мультипликативного шума, был впервые рассмотрен Кубо 1.83] в его стохастической теории формы линии (динамического сужения в явлениях магнитного резонанса). Кубо рассматривал линейную систему (случайно модулированный осциллятор), фи- [c.31]

Ядерный магнитный резонанс был открыт годом позже другого весьма сходного с ЯМР явления — электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), обнаруженного советским физиком Е. К. Завойским. Оба метода, ЯМР и ЭПР, относятся к числу радиоспектроскопических методов. Это название связано с тем, что в качестве излучения здесь используются электромагнитные волны радиоволнового диапазона. Существует еще один радиоспектроскопический метод — ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР), в котором применяются электромагнитные волны этой же области] Метод ЯКР был открыт в 1952 году. [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 последние годы для исследования твердых органических веществ широко применяются физические методы различной чувствительности. Во многих случаях наблюдаемые явления можно разумно интерпретировать, если известно, что исследуемый образец чист или по крайней мере что количество примеси мало. Это, несомненно, относится к электро- и теплопроводности, а также к результатам измерения магнитного резонанса. Очень часто физики или физикохимики делают измерения с высокой точностью, которая оказывается излишней при исследовании недостаточно чистого образца. В литературе по химической физике описано много явлений, которые можно объяснить элегантными теориями, включающими новые концепции, но фактически эти явления обусловлены просто наличием примесей [c.161]

Физики начали измерять магнитные свойства ядер еще в конце тридцатых годов, т.е. задолго до появления сверхпроводящих магнитов, поскольку это необходимо при изучении строения ядер. Точность измерений была достаточно высокой, и в начале 50-х годов физики, к своему удивлению, обнаружили, что частоты ядерного магнитного резонанса зависят не только от магнитных свойств ядер, но также и от их ближайшего химического окружения. Это явление, вызвавшее тревогу у физиков, очень приободрило химиков, которые сразу распознали в нем основу нового метода изучения строения молекул, который мог бы послужить дополнением к быстро развивавшейся инфракрасной спектроскопии. Разработчики приборов также быстро поняли, какие огромные возмож- [c.220]

Необходимость контроля за нефтепродуктами привела к быстрому развитию масс-спектрометрии. В связи с разработкой во время войны радарной техники были достигнуты успехи и в радиоспектроскопической аппаратуре, что привело к почти одновременному возникновению трех новых методов микроволновой газовой спектроскопии, ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). До 1945 г. лабораторная техника в органической химии мало отличалась от техники 1895 или даже 1875 г., ныне современные спектроскопические методы революционизировали определение молекулярной структуры как в органической, так и в неорганической химии , — пишут видные американские химики — авторы доклада о фундаментальных исследованиях по химии в США [5, с. 3—41. Эти методы позволяют ныне изучить молекулярную структуру и свойства не только стабильных органических соединений, но и промежуточных продуктов реакции, так же как и самый акт химического взаимодействия. Новые методы могут давать более точную и быструю информацию, чем любые другие физические, физико-химические или химические методы. Для них требуются малые количества вещества, которое часто может быть возвращено химику. Благодаря своей высокой избирательности и чувствительности они незаменимы при анализе сложных смесей и обнаружении примесей, они не влияют на состав смесей таким образом, не нарушают таутомерных, конформационных и других равновесий и позволяют вести контроль за процессом, облегчая кинетические исследования [6, с. 1]. Поэтому-то в истории органической химии ныне должное и почетное место должна занять история применения в ней физических методов исследования. Далее в шести главах мы и рассмотрим в историческом аспекте важнейшие и наиболее актуальные из этих методов в той последовательности, которая подсказывается не только временем их первого применения к органическим соединениям, общностью природы изучаемых ими явлений, но и характером информации, которую они предоставляют. [c.196]

Изложение физики жидких кристаллов требует привлечения многих научных дисциплин механики сплошных сред, статистической физики, оптики анизотропных сред, кристаллографии и т. д. Предлагая читателю ознакомиться с такой широкой областью, трудно точно наметить границы того, что он должен знать заранее. Здесь предпринята попытка провести по мере возможности замкнутое рассмотрение каждого из этих различных аспектов предмета. Естественно, что обсуждение некоторых вопросов пришлось сократить из-за ограниченности объема книги. Например, мы не рассматривали лиотропные системы, к выяснению сложной структуры которых сейчас лишь начинают приближаться. Также опущено рассмотрение специальных приложений метода ядерного магнитного резонанса, поскольку соответствующие обзоры с достаточной полнотой представлены в других источниках. Опущены также самые последние результаты экспериментов по рассеянию нейтронов. Цель настоящей монографии — прежде всего изложить суть разнообразных новых явлений, наблюдаемых в этих промежуточных состояниях вещества. [c.7]

РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ — область физики, посвященная исследованию электромагнитных спектров веществ в диапазоне частот от нескольких герц до 3-1011 гц. Наибольшее применение в химии получили методы магнитной Р. ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и электронный пара.магнитный резонанс (ЭПР). Оба эти метода основаны на эффекте Зеемана (см. Зеемана явление). ЯМР открыли в 1946 Блох и Перселл. Ядра многих элементов (Н , С , [c.242]

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к группе явлений, составляющих область физики, называемую радиоспектроскопией. Особенность этих явлений состоит в том, что в них наблюдаются вынужденные переходы микрочастиц между энергетическими уровнями, возникающими при определенных условиях. Эти переходы сопровождаются электромагнитным излучением или поглощением, лежащим в радиочастотном диапазоне. В случае ЯМР речь идет о поведении атомных ядер во внешних магнитных полях. [c.9]

Применение наиболее длинноволновой части электромагнитного спектра — радиоволн — в физико-химических исследованиях и аналитической химии основывается на использовании 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, а [c.76]

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) стал сейчас одним из основных методов в химии и физике полимеров. На явлении ядерного резонанса основано несколько методов ЯМР широких линий, релаксационные измерения, ЯМР высокого разрешения. С помощью ЯМР широких линий и релаксационных измерений изучают структуру полимера (кристалличность, ориентация), молекулярные движения и связанные с ними переходы. Эти работы вносят существенный вклад в физику полимеров. Для химии и технологии полимеров наиболее важным является ЯМР высокого разрешения. Этот метод дает полную информацию о строении молекул и их реакциях и часто используется для контроля на всех стадиях производства от анализа исходного сырья и промежуточных соединений до характеристики готовой продукции. [c.5]

Далее мы будем рассматривать основы магнитного резонанса в рамках классической физики, хотя при необходимости иногда будем обращаться и к квантовомеханическому анализу. Хотя классический подход нельзя считать строгим, с его помощью удается глубже вникнуть в физический смысл и понять многие аспекты этого явления. Опираясь на представленный здесь материал, интересующийся читатель сможет разобраться и в более строгом квантовомеханическом толковании (см. ссылки в конце главы). [c.129]

Сущность электронного парамагнитного резонанса заключается н том, что вещества, содержащие электроны с неспаренными спинами и находящиеся в постоянном магнитном поле, могут поглощать радиочастотное электромагнитное излучение. Явление ЭПР было открыто советским физиком Е. К. Завойским в 1944 г., который, изучив некоторые его закономерности, расширил область исследования парамагнитной релаксации. Теоретическая интерпретация опытов Завойского была осуществлена в 1945 г. Я. И. Френкелем. [c.203]

Были разработаны и другие классификации. Так, предложено ввести термин аналитика для общего обозначения науки о методах анализа. Аналитика подразделяется на аналитическую химию (химическую аналитику) и аналитическую физику (физическую аналитику). В аналитическую химию входят методы, использующие аналитические сигналы, которые возникают при протекании химических реакций. В методах аналитической физики используются физические явления и величины, например плотность, магнитные свойства, испускание света, парамагнитный и ядерный резонансы и т. п. [c.13]

Спиновое квантовое число з (равное +7г и —7г) определяет собственный момент количества движения электрона. Наличие спина обусловливает появление магнитных свойств орбитального магнитного момента (вследствие движения электрона в атоме) и спинового магнитного момента. В том случае, если в системе имеются неспаренные электроны (радикалы, ион-радикалы, парамагнитные ионы), в постоянном магнитном поле наблюдается резонансное поглощение электромагнитных волн. Это явление открыто советским физиком Е. К. Завойским в 1944 г. и лежит в основе важного метода изучения свободных органических радикалов, так называемого электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). [c.11]

Явление магнитного резонанса было открыто сначала на парамагнитных ионах Завойским в 1944 г. [1 ], а в 1946 г. — группам1в Блоха и Переела на протонах [2, 3]. Влияние комплексообразования на ядерный магнитный резонанс отмечалось еще в ранних. работах по ЯМР. Однако непосредственное изучение комплексообразования в растворах и индивидуальных комплексов стало возможным лишь с развитием метода. В числе первых следуёт отметить работы Козырева и Ривкинда и вообще казанской школы -физиков [4—10]. Ривкинд первый начал систематические исследования и впервые указал на чрезвычайную перспективность применения магнитного резонанса для исследования комплексных соединений в растворах [4, 5, 10]. Следует также подчеркнуть, что эти и подобные исследования были отнюдь не случайны, но продиктованы необходимостью учитывать влияние комплексообразования на процессы, совокупность которых представляет собой магнитный резонанс. Это, в первую очередь, обусловлено тем, что как ЯМР, так и ЭПР неразрывно связаны именно с кинетическими свойствами вещества, одним из проявлений которых является комплексообразование в растворах. Такая необходимость является одним из примеров взаимодействия и взаимопроникновения физики и химии, причем в самых разнородных, на первый взгляд, областях. [c.201]

Из истории открытия ЯМР-спектроскопии. Явление ядер- ного магнитного резонанса (ЯМР) впервые наблюдали в 11945 году независимо в двух физических лабораториях США. Одну из них возглавлял Ф. Блох, другую — Э. Пурселл. Открытое ими явление вначале смогли оценить только физики. Однако в дальнейшем оно легло в основу весьма мощного и исключительно полезного метода исследования в различных областях химии. За это открытие Э. Пурселл и Ф. Блох были удостоены Нобелевской премии в 1952 году. [c.5]

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]

Нетрудно определить основные особенности метода ЯМР, обусловившие его важнейшее аналитическое значение, по крайней мере, для химиков-органиков. Хотя ядерный магнитный резонанс относится к квантовомеханическим явлениям, большинство основных уравнений практически каждый может вывести из классической модели и понять. Ббльшую часть спектров можно интерпретировать, используя минимум теоретических представлений и несколько простых правил. Поэтому химики очень быстро переняли этот метод у физиков. [c.201]

Основные принципы магнитного резонанса можно понять в рамках классической физики при условии, что введены дополнительные предположения, отражающие квантовомеханические свойства системы, поэтому далее для описания резонансньтх явлений часто используется квазиклассическое приближение, благодаря его наглядности и простоте. [c.13]

Открытие явлений электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) советским физиком Е. К. Завойским в 1944 г. и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в 1946 г. группами американских физиков Э. М. Парселя и Ф. Блоха позволило с большим успехом исследовать магннтно-резонанс-ными методами многие физические и химические процессы и по-новому представить проблемы строения вещества [1]. В таких исследованиях применяется также и несколько позже открытое явление ядерного квадрупольного резонанса. Сорбционные явления изучаются по магнитной восприимчивости и по спектрам магнитного резонанса адсорбционных сис-тедг. В настоящей статье сделан обзор результатов, полученных прп исследовании свойств физически адсорбированного вещества. [c.207]

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]

Роль электронного и ядерного магнитного резонанса в современной химии огромна. Все большему числу химиков приходится знакомиться с новыми физическими методами и использовать их в своей работе. В связи с этим необходима учебная литература, монографии, обзоры и т. д. В настоящее время имеются книги, в которых подробно и с полным математическим аппаратом изложены методы ЯМР и ЭПР. Эти книги рассчитаны в основном на физиков. Книг, предназначенных специально для химиков, крайне мало, а имеющаяся литература либо трудна для химиков, либо не отличается достаточной полнотой изложения основ явления. Постоянно приходится сталкиваться с тем вопросом, какую книгу по магнитному резонансу можно рекомендовать первой студепту-химику или специалисту, начинающему работать в области приложений методов ЭПР и ЯМР. [c.5]

Состав комплексов типа МА Зу можно установить физико-химическими методами. Так, с помощью электронных и инфракрасных спектров идентифицированы комплексы Ат (ТТА) 3, Ат(ТТА)2КОз(ТБФО)2 и Агп (ТТА) 3 (ТБФ) 2 [17(1]. Кроме того, выделены и идентифицированы кристаллы солей. Совсем недавно для изучения равновесия, а также для выяснения структурных проблем использованы спектры ядерного магнитного резонанса [26, 27]. В соответствующих случаях можно использовать метод Жоба непрерывных изменений [14, 18 Ь]. Показано [28], что этот метод, незадолго до этого примененный к двухфазным системам [2], удобен для исследования явления синергизма. При условии, что в органической фазе образуется не более трех комплексов (инертный разбавитель) и только в одном из них имеются различные лиганды, метод Жоба позволяет определить стехиометрический состав экстрагируемых комплексов и константу равновесия реакции. Метод использован при обработке наших данных для системы иОг2+—НТТА —ТБФ и Сцг+— НТТА — ТБФ. [c.71]

Исследование пространственных, конформационных состояний. иолгипептидных и белковых молекул проводится современными физическими и физико-химическими методами. Вполне понятно, что ценность любого из этих методов будет тем большей, чем точ1нее он позволяет определять пространственное строение белка-фермента, непосредственно связанное с выполняемой последним биологической функцией. Поскольку все ферменты являются асимметрическими системами, растворы которых вращают плоскость поляризации света, то здесь широко используют оптические методы. К ним относятся дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм, т. е. изменение оптических характеристик какого-либо соединения в зависимости от длины волны облучающего света. Для многих ферментов, особенно содержащих металлы, можно применить метод магнитной дисперсии, когда оптическая активность (новая, отличная от естественной) индуцируется сильным магнитным полем (это явление известно под названием эффекта Фарадея). При изменении пространственного строения белков-ферментов в растворе меняются и их оптические характеристики — кривые оптической дисперсии и кругового дихроизма, и на основании этого можно судить о характере происшедших изменений. Широкую популярность в химии ферментов завоевали различные спектральные методы, в частности метод ядерно-магнитного резонанса, регистрирующий поведение ядер некоторых атомов в исследуемом пептиде или белке при наложении сильного внешнего магнитного поля, а также методы инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии и т. п. [c.46]

Явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) заключается в резонансном поглощении энергии переменного (высокочастотного) магнитного поля парамагнитным веществом, помещенным в постоянное магнитное поле. В общем случае под понятием резонанс подразумевается совпадение собственной частоты колебаний какой-либо системы с частотой внешних вынужденных колебаний. Как известно из физики, при помещении частицы, обладающей собственным моментом количества движения и собственным магнитным момен- [c.110]

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]