Прецессия ядерного момента

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

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]

В результате химической реакции это соотношение нарушается, а восстанавливается оно путем перехода триплетной пары в синглетную (Т - -переход). Такие интеркомбинационные переходы (5 Т и 7 -> 5) запрещены правилами отбора, но происходят по ряду причин. Во-первых, в силу спин-решеточного взаимодействия путем обмена энергий между несущей спин частицей и окружающими ее молекулами растворителя (решетки). Время спин-решеточной релаксации (продольной Т и поперечной 72) достаточно велико (Ю -Ю с) и много больше времени существования радикальной пары (10 -10 с). Поэтому в низковязких жидкостях этот механизм перехода неэффективен. Во-вторых, 5-7-переход происходит в том случае, когда различаются частоты ларморовской прецессии спиновых моментов радикальной пары вокруг направления магнитного поля (Де-механизм). В этом случае индуцируется 3 7о-переход. Частота перехода равна разности частот ларморовской прецессии и прямо пропорциональна Ag = g - gl и напряженности поля Щ. Частота 5 -> 7о-перехода 10 рад/с достигается при Ag = 10 и Яо 10 А/м. В-третьих, причиной 5 -л 7-перехода является сверхтонкое взаимодействие спина электрона с ядерными спинами (СТВ-механизм). В отсутствие магнитного поля электронный и ядерный спины радикала прецессируют вокруг результатирующей суммарного спина. В ходе движения электронный и ядерный спины совершают взаимный переворот, в результате чего конфигурация пары 7+ переходит в -состояние. Скорость перехода зависит от констант СТВ. Для СТВ-механизма характерны времена перехода Ю -Ю с, т. е. соизмеримые с временем жизни радикальных пар. Таким образом, Б отсутствие магнитного поля СТВ-механизм является наиболее эффективным для 7 -переходов в радикальных парах. [c.197]

Таким образом, с точки зрения классической теории явление ЯМР заключается в возмущении ядерных моментов, находящихся в поле Но, небольшим переменным полем Н, направленным перпендикулярно Яо. Резонанс наступает при совпадении скорости ш вращающегося поля Н и скорости прецессии оа ядер в поле Яр. [c.222]

Если такой спиновой ансамбль облучать радиочастотным полем Ну таким образом, чтобы его магнитный вектор вращался в плоскости ху в направлении прецессии ядерных моментов, т. е. перпендикулярно вектору Яо, и частота Н удовлетворяла соотношению Vb4 = V0 (условие резонанса), то происходит поглощение энергии радиочастотного поля. В соответствии с распределением Больцмана в направлении поля Но будет ориентировано большее число ядер, чем в противоположном направлении. В результате такого распределения состояний в образце создается намагниченность М, направленная вдоль оси Z. [c.255]

Мы всегда рассматриваем не одиночный ядерный момент, а ансамбль, содержащий большое число одинаковых ядер. На рис. 1.2, б изображена прецессия ядерных моментов с I — /2. Все моменты прецессируют с одинаковой частотой поскольку направления хну ничем не отличаются, то нет причин, по которым сохранялась бы фазовая когерентность моментов в плоскости ху. Однако в системе имеется выделенное направление — ось г, задаваемая направ- [c.24]

Основное условие существования анизотропии распределения вторичного излучения (Л О) заключается в том, чтобы спин промежуточного ядра прецессировал вокруг направления вылета первой частицы. Если время жизни промежуточною ядра т достаточно велико, то угловая корреляция нарушается (Л = 0). Уменьшение Л может быть вызвано и взаимодействием квадрупольного момента Q промежуточного ядра с градиентом электрического поля (ГЭП) на ядре д. Такое взаимодействие приводит к прецессии ядерного спина не вокруг направления вылета первой частицы, а вокруг направления поля. Квадрупольное взаимодействие не приводит к уменьшению Л, если выбранное направление (т. е. ось первого счетчика) совпадает с направлением поля (например, в монокристалле) или в том случае, если время квадрупольной прецессии (т. е. время, необходимое для совершения спином одного оборота вокруг направления поля ) то много больше времени жизни промежуточного состояния ядра . Для ядра с /=3/2 величина квадрупольного расщепления ядерных уровней 3/2 и 1/2 для аксиально-<симметричного поля [c.264]

Рис. 8-2. Расщепление состояний с яг = /г Рис. 8-3. Прецессия в магнитном поле. ядерного момента в при-

Если вращающаяся заряженная частица находится в магнитном поле Яо, причем ее магнитный момент составляет с направлением поля угол 0, то ларморова частота прецессии оси ядерного спина вокруг направления постоянного внешнего магнитного поля будет равна [c.115]

Можно представить, что каждое ядро помнит ряд других, находящихся в непосредственной близости магнитных ядер или самой молекулы или соседних молекул. Движение соседних ядер относительно наблюдаемого ядра приводит к созданию локальных магнитных полей, действие которых будет испытывать наблюдаемое ядро в момент прецессии относительно поля Но. Так как движение ядер имеет случайный характер, то возникающие электромагнитные поля будут иметь чрезвычайно широкий спектр частот, среди которых найдутся компоненты, совпадающие по направлению с Я и имеющие резонансную частоту. Следует обратить внимание на интенсивности частотных компонент молекулярных движений, имеющих частоты, совпадающие с частотой ядерного резонанса, удвоенной частотой резонанса и равной нулю. [c.58]

Так как распад происходит в магнитном поле Во, то синглетное состояние радикальной пары в момент ее возникновения можно представить в виде векторной модели так, как показано на рис. 1Х.28,а. Электронный спин 51 параллелен Во, а спин 5 антипараллелен Во. Фазовый угол между спин-векторами составляет 180°, так что суммарный спин равен нулю. Взаимодействие между Во и 51 (и 5г) приводит к прецессии электронного-спина вокруг направления поля, аналогично тому, как это происходит с ядерным спином (см. гл. VII). Так как радикалы К), [c.345]

Показанное локальное поле вызывается 2-компонентой ядерного диполя [X фтора. Вследствие прецессии поле х- и /-компонент момента [х усред- няется до нуля. [c.31]

Чтобы радиочастотное поле Я1 могло вызвать переориентацию спинов ядер, оно должно вращаться в плоскости ху, поскольку приложенное поле Яо направлено вдоль оси г. В действительности катушка Ь, окружающая образец, создает поле, поляризованное вдоль ее собственной оси, а именно оси у (см. рис. 3.1). Это линейно поляризованное колеблющееся поле эквивалентно двум полям, вращающимся вокруг оси г в противоположных направлениях — по часовой стрелке и против нее. Первое составляющее поле вращается в направлении, противоположном ядерной прецессии, и им можно пренебречь второе вращается в том же направлении, что и ядерные магнитные моменты, и служит источником силы, которая нужна для того, чтобы перевести ядерные магниты с одной разрешенной ориентации на другую. [c.64]

Если же на ядерный спин I кроме статического магнитного поля Во воздействует еще и переменное магнитное поле Bi, перпендикулярное полю Во, то в системе может наступить резонанс. Это происходит в случае, когда частота (й этого переменного поля равна частоте прецессии OJi магнитных моментов ядер. В результате наблюдаем в системе очень сильное взаимодействие, даже если переменное поле В/ мало. [c.16]

Может показаться, что ларморову прецессию ядерных моментов можно было бы обнаружить, не используя явление резонанса. Однако это невозможно, поскольку каждое ядро прецессирует со своей, совершенно случайной фазой, и поэтому у системы нет такого макроскопического свойства, которое изменялось бы с частотой ларморовой прецессии. [c.16]

Метод двойного резонанса с адиабатическим размагничиванием является новым методом в этой области. Рассмотрим образец с квадрупольным ядром в молекуле, в которой имеется несколько протонов. Если образец помещен в магнитное поле и мы ждем достаточно долго, чтобы наступило равновесие, то, как это обсуждалось в главе, посвященной ЯМР, будет существовать избыток протонных ядерных моментов, расположенных вдоль поля, которые участвуют в ларморовой прецессии и дают вклад в суммарную намагниченность. Если образец удалить из поля, то суммарная намагниченность упадет до нуля, поскольку индивидуальные моменты располагаются в соответствии со своими собственными локальными полями. Беспорядочная ориентация этих локальных полей в отсутствие внешнего поля приводит к нулевой суммарной намагниченности. Эта ситуация изображена на рис. 14.8 слева, в той части, которая помечена как образец удален из поля . [c.280]

При обсуждении импульсных методов удобно относить движение вектора намагниченности в снсте.ме координат, вращающейся относительно Яо в наиравлении ирецессирующих ядерных моментов. Такая система координат удобна для объяснения поведения вектора намагниченности при облучении системы ядерных сПинов коротким радиочастотным импульсом, магнитный вектор которого перпендикулярен вектору Яо и вращается с частотой м (рад/с). Во вращающейся системе координат вектор намагниченности ядерных спинов прецессирует вокруг некоторого фиктивного поля Яф, обусловленного вращением. При резонансе Я( , компенсирует поле Яо-Вектор намагниченности М взаимодействует только с Я,, лежащим в плоскости ху (рис. 91). Такое взаи.модействие приводит к тому, что вектор намагниченности М в ходе прецессии повернется за время облучения t иа угол, равный [c.257]

Магнитные моменты ядер складываются в суммарный ядерный момент, создавая суммарную ядерную намагниченность образца. Когерентное движение ядерных магнитных моментов — это лар-моровская прецессия суммарного ядерного момента вокруг направления внешнего магнитного поля, при которой появляется поперечная ненулевая компонента ядерного магнитного момента. Чем больше поперечная составляющая прецессирующего магнитного момента, тем выше степень когерентности движения ядерных спинов. Потеря когерентности, т. е. исчезновение поперечной составляющей магнитного момента, происходит за время поперечной релаксации 7г и обусловлена разбросом частот прецессии ядерных спинов в результате этого фазы прецессии ядерных спинов хаотизируются и вектор суммарной поперечной намагниченности рассыпается . Отсутствие поперечных компонент (А1х или Му) магнитного момента соответстЁует некогерентному движению спинов. [c.28]

В реальных веществах ЯМР наблюдается не строго на одной частоте, как это следует из ур-ния (4), а в нек-ром интервале частот. Форма линии может также отличаться от приведенной на рис. 3. Конечная ширина линии обусловлена различием условий прецессии соседних магнитных ядер в веществе. Эти условия определяются структурой, агрегатным состоянием вещества и рядом других факторов. Поэтому спектры ЯМР стали полезным инструментом при исследовании внутреннего строения и межмолекулярных взаимодействий в твердых, жидких и газообразных соединениях. Важным фактором, определяющим ширину и форму линии ЯМР, является механизм установления равновесного распределения ядерных моментов образца в поле Но- Пока образец находится вне магнитного поля, ориентации векторов х отдельных ядер хаотически распределены по всем направлениям вследствие теплого движения атомов и молекул. При внесенип образца в поле Яо часть векторов л ориентируется по полю, а часть ( меньшая) — против поля, за счет избыточной тепловой энергии. В этом случае, согласно правилам квантовой механики, ядра могут иметь только определенные, дискретные зйаче-ния энергии, Е1 и 2- Переход к распределению в поле Яо требует нек-рого времени. Такие процессы установления носят название релаксационных и проходят через взаимодействие релаксирующих частиц между собой и с окружающей средой. В теории ЯМР рассматривается два механизма релаксации. Первый характеризуется временем установления теплового равновесия между магнитными ядрами и окружающими атомами и молекулами (спин-решеточная релаксация). Второй характеризуется временем установления равновесия в самой системе магнитных ядер (спин-сниновая релаксация). Встречающиеся в экспериментах значения Т1 лежат в интервале от 10 до 10 сек. Для твердых тел Т1 больше, чем для жидкостей и газов. Релаксация ограничивает время жизни ядра в данном состоянии. Это приводит к конечному интервалу частот, в к-ром наблюдается резонанс [c.545]

Обычно мы предполагаем использовать импульсный метод для изучения спиновой системы, в которой частоты прецессии спинов (химические сдвиги) при постоянном значении Но лежат в некотором диапазоне А (в герцах), как это показано на рис. 5.1. Вместо того чтобы изменять ВЧ, как в обычном, стационарном методе, мы воздействуем на систему ВЧ-импульсом, характеризующимся фиксированной радиочастотой V, лежащей, как показано на рис. 5.1, за пределами диапазона А. (В разд. 5.2 мы покажем, почему частотаV не должна лежать в пределах А. ) Чтобы понять, каким образом импульс поворачивает ядерные моменты, прецессирующие с частотой, отличной от радиочастоты импульса, т. е. частоты заполнения импульса, рассмотрим поведение намагниченности в системе координат, вращающейся с угловой частотой ВЧ-поля ю(= 2яv) Во вра- [c.103]

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга АхАЕ=/г, время жизни в данном энергетическом состоянии влняст па определенность зиачения энергии в этом состоянии. Следовательно, от величины Т должна зависеть ширина резоиаисной линии. Поглощенная энергия может передаваться частицами не только за счет теплового движения, но и за счет так называемого спин-спинового взаимодействия. В ядерном магнитном резо 1аисе такое взаимодействие обычно наблюдается у связанных друг с другом частиц с магнитным енином. На каждый магнитный момент ядра действует не только постоянное магнитное поле Яо, но и слабое локальное ноле Ялок, создаваемое соседними магнитными ядрами. Магнитный диполь на расстоянии г создает поле для протона это поле равно 14 Э на расстоянии 1 А. С ростом г напряженность поля Яло быстро падаст, так как существенное влияние могут оказывать только ближайшие соседние ядра. По величине разброса локального поля Ядок при помощи уравнения резонанса мол<но найти разброс частот ларморовой прецессии [c.256]

Если в какой-то момент времени ядерные диполи прецессируют в фазе, то время, необходимое, чтобы фазы прецессии разошлись, равно (Av) . Это время можно рассматривать как часть времени спин-спинового взаимодействия Т . Кроме того, ядро, создающее магнитное ноле и осциллирующее с ларморовой частотой, мол<ет вызвать переход у соседнего ядра. Происходит одновременная переориентация обоих ядер, т. е. обмен энергией при сохранении их обгцей энергии. Прн этом изменение энергетического состояния одной частицы влияет на состояние другой. [c.256]

При наложении переменного поля резонансной частоты начинаются переходы между уровнями, что ведет к поглощению энергии переменного поля. Это явление и называется ядерным квадрупольным резонансом (ЯКР). В случае ЯКР имеет место прецессия отдельных ядер (а не электронов), способных вращаться в поле своей электронной оболочки (эллипсоидные ядра). В отличие от сферических атомов, у которых заряды распределены равномерно, продолговатые ядра (характерные, например, для галогенов, в частности хлора) обладают квадрупольным электрическим моментом. Для веществ с такими ядрами можно наблюдать четкую линию квадрупольиого резонанса. Чувствительность метода ЯКР настолько велика, что можно фиксировать резонансные частоты атомов, обладающих разными химическими свойствами (так, в случае поливинилхлорида для них получаются значения частот 37,25 и 38,04 МГц). [c.230]

В классической модели ядерный магнитный резонанс связывают, по существу, с переориентацией вектора М из равновесного положения в направлении 2 в направление —2. Такая переориентация может происходить с помощью переменного магнитного поля В,. Для этого необходимо, чтобы вектор В вращался в плоскости ху (см. рис. 1.2) с угловой частотой, близкой к ларморовой частоте прецессии а вектора магнитного момента М. При совпадении указанных частот переменное поле как бы следит за вектором М, возбуждая его прецессию вокруг вектора В,. Это и приводит к переориентации М относительно В в системе координат, вращающейся вместе с векторами М и Ву относительно неподвижной оси 2, совпадающей с направлением В (см. рис. 1.2). Прецессия М относительно В, медленная, так как это поле слабое (амплитуда B°v мала). Угол поворота вектора М во вращающейся системе координат от направления г (в плоскости уг) через промежуток времени I определяется соотношением [c.13]

Ядерные диполи хаотически распределены в образце. Суммарный (макроскопический) магнитный момент образца зависит только от ориентации отдельных магнитных диполей и не зависит от их местонахождения. Поэтому можно условно свести начала всех векторов ядерных диполей в одну точку, от этого суммарный магнитный момент образца не изменится. При отсутствии внешнего магнитного поля свободные концы векторов равномерно разместятся на поверхности сферы. Приложим постоянное магнитное поле Hq. Если магнитные ядра имеют спин, равный Vj, это приведет к тому, что векторы образуют два конуса, направленные в противоположные стороны и имеющие общую вершину там, где раньше был центр сферы. Общая ось этих конусов совпадает с направлением приложенного магнитного поля Яр, а угол при вершине будет равен 109° 28 = 2 ar os Y U- Векторы равномерно заполнят поверхности обоих конусов и они будут вращаться вокруг общей оси с угловой частотой, равной частоте прецессии v [c.25]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология