ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი. მაგნიტური რეზონანსის ფენომენი

სტატიის შინაარსი

Მაგნიტური რეზონანსი,resonant (შერჩევითი) შთანთქმის რადიოსიხშირული გამოსხივების მიერ ზოგიერთი ატომური ნაწილაკების განთავსებული მუდმივი მაგნიტური ველის. ყველაზე ელემენტარული ნაწილაკები, როგორიცაა მგელი, როტაცია გარშემო საკუთარი ღერძი. თუ ნაწილაკს აქვს ელექტრო ბრალდება, მაშინ მისი როტაცია არსებობს მაგნიტური ველი, ანუ. იგი იქცევა პატარა მაგნიტის მსგავსად. ამ მაგნიტის ინტერაქციაში გარე მაგნიტური ველის, ფენომენი ხდება ბირთვების, ატომების ან მოლეკულების შესახებ ინფორმაციის მისაღებად, რომელიც მოიცავს ამას ელემენტარული ნაწილაკი. მაგნიტური რეზონანსი მეთოდი არის საყოველთაო კვლევის ინსტრუმენტი, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა ადგილებში მეცნიერება, როგორიცაა ბიოლოგია, ქიმია, გეოლოგია და ფიზიკა. ორი ძირითადი სახეობის მაგნიტური რეზონანსი გამოირჩევა: ელექტრონული პარამენტნული რეზონანსი და ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი.

ელექტრონული Paramagnetic Resonance (EPR).

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი (NMR).

NMR გაიხსნა 1946 წელს ამერიკელი ფიზიკოსების E. Percell და F. Blokh. ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად მუშაობდნენ, ზოგიერთმა ატომების ბირთვების საკუთარი როტაციის მაგნიტური ველების მეთოდი აღმოაჩინა, მაგალითად წყალბადის და ერთი ნახშირბადის იზოტოპები. როდესაც ასეთი ბირთვი შემცველი ნიმუში ძლიერი მაგნიტური ველის მოთავსებულია, მათი ბირთვული ქულები "ხაზის ქვეშ", როგორიცაა რკინის მყარი მუდმივი მაგნიტის მახლობლად. ეს ზოგადი ორიენტაცია შეიძლება გატეხილი იყოს რადიოსიხშირული სიგნალის მიერ. სიგნალის გამორთვა, ბირთვული მომენტები დაბრუნდა თავდაპირველ მდგომარეობაში და ასეთი აღდგენის სიჩქარე დამოკიდებულია მათ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში, როგორიცაა ბირთვი და სხვა ფაქტორები. გარდამავალი თან ახლავს რადიოსიხშირული სიგნალის ემისია. სიგნალი იკვებება კომპიუტერზე, რომელიც მას აწარმოებს. ამ გზით (კომპიუტერული NMR- ტომოგრაფიული მეთოდი) შეგიძლიათ მიიღოთ სურათები. (როდესაც გარე მაგნიტური ველის შეცვლა მცირე ნაბიჯებით, მიღწეულია სამგანზომილებიანი გამოსახულების ეფექტი.) NMR მეთოდი უზრუნველყოფს სხვადასხვა რბილი ქსოვილების გამოსახულებას, რაც უჯრედებს უჯრედების იდენტიფიცირებისათვის მნიშვნელოვანია ჯანსაღი. NMR-Tomography უფრო უსაფრთხოა, ვიდრე X-ray, რადგან ეს არ იწვევს ზიანს, არ გაღიზიანება ქსოვილები

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი (NMR) - უსაფრთხო დიაგნოსტიკური მეთოდი

Გმადლობთ

საიტი უზრუნველყოფს მითითების ინფორმაციას მხოლოდ გაეცნოს თავს. დაავადებების დიაგნოზი და მკურნალობა უნდა იყოს სპეციალისტის ზედამხედველობის ქვეშ. ყველა ნარკოტიკი აქვს უკუჩვენებები. სპეციალისტის კონსულტაცია სავალდებულოა!

საერთო

განაცხადი ეკონომიკასა და მეცნიერებაში

მეთოდის არსი

თუ თქვენ მოულოდნელად შეცვალეთ ველი, წყლის მოლეკულა ხაზს უსვამს ელექტროენერგიის ნაწილაკს. ეს არის ეს ბრალდება, რომლებიც ფიქსირდება ინსტრუმენტის სენსორებით და გაანალიზებულია კომპიუტერით. უჯრედებში წყლის კონცენტრაციის ინტენსივობის მიხედვით, კომპიუტერი ქმნის ამ ორგანოს ან სხეულის ნაწილს, რომელიც შესწავლილია.

განყოფილებაში, ექიმს აქვს მონოქრომული გამოსახულება, რომელზეც ორგანოს თხელი ნაჭრები შეიძლება მცირე დეტალებში გამოჩნდეს. ინფორმაციული ხარისხის მიხედვით, ეს მეთოდი მნიშვნელოვნად აღემატება გამოთვლილ ტომოგრაფიას. ხანდახან კიდევ უფრო მეტი დეტალები სწავლის ქვეშ, რომელიც საჭიროა დიაგნოსტიკისათვის.

მაგნიტური რეზონანსის სპექტროსკოპიის სახეები

• ბიოლოგიური სითხეები
• Შინაგანი ორგანოები.

მაგნიტიკურად რეზონანსული პერფუზიის მეთოდი საშუალებას იძლევა სისხლის მოძრაობის კონტროლი ღვიძლისა და ტვინის ქსოვილის მეშვეობით.

დღეს, სახელი უფრო ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში. მემი (მაგნიტური რეზონანსული გამოსახულება ), რადგან ბირთვული რეაქციის ნახვის შემდეგ პაციენტებს ეშინია.

ჩვენება

უკუჩვენებები

ნათესავი უკუჩვენებები:
1. ნერვული სისტემის სტიმულატორები,
2. ინსულინის ტუმბოები,
3. სხვა სახის შიდა ცხოველების პროთეზები,
4. გულის სარქველი პროთეზები,
5. ჰემოსტატიკური დამჭერები სხვა ორგანოებზე,
6. ორსულობა ( აუცილებელია გინეკოლოგის დასკვნა),
7. გულის უკმარისობა დეკომპენსაციის ეტაპზე,
8. კლაუსტროფობია ( დახურული სივრცის შიში).

კვლევის მომზადება

როგორ არის კვლევა?

მოწყობილობა არის ფართო მილის, რომელშიც პაციენტი მოთავსებულია ჰორიზონტალურ მდგომარეობაში. პაციენტი უნდა შეინარჩუნოს სრული immobility, წინააღმდეგ შემთხვევაში იმიჯი არ გამოუვათ საკმაოდ ნათელი. შიგნით მილის არ არის ბნელი და არსებობს მიწოდების ვენტილაცია, ამიტომ პირობები გავლის პროცედურა საკმარისად კომფორტული. ზოგიერთი დანადგარები წარმოადგენენ ხელსაყრელ ადამიანს, მაშინ შესწავლილი სახე არის ხმაურის შთამნთქმელი ყურსასმენები.

კვლევის ხანგრძლივობა შეიძლება იყოს 15 წუთის განმავლობაში 60 წუთი.
Ზოგიერთ სამედიცინო ცენტრები მისთვის დასაშვებია, როდესაც კვლევა ჩატარდება, პაციენტთან ერთად იყო მისი ნათესავი ან თანმხლები ( თუ მას არ აქვს უკუჩვენებები).

ზოგიერთ სამედიცინო ცენტრში, ანესთეზიოლოგი ატარებს სედატითა დანერგვას. ამ შემთხვევაში პროცედურა, რომელიც ბევრად უფრო ადვილია, განსაკუთრებით კი კლაუსტროფობიის, პატარა ბავშვებისა და პაციენტების ტანჯვის მქონე პაციენტებისთვის, რომლებიც გარკვეულ მიზეზს არბილებენ ფიქსირებულ მდგომარეობაში. პაციენტი თერაპიული ძილის მდგომარეობაში მიედინება და ისევ და მხიარულია. გამოყენებული ნარკოტიკების სწრაფად მიღებული სხეული და უსაფრთხო პაციენტისთვის.

კვლევის შედეგი მზადდება პროცედურის დასრულებიდან 30 წუთის შემდეგ. შედეგი გაიცემა DVD დისკზე, ექიმის და კადრების დასასრულს.

გამოყენებით კონტრასტული აგენტი NMR

კონტრასტული აგენტის გამოყენებისგან განსხვავებით:

• ორსულობა,
• ინდივიდუალური შეუწყნარებლობა კონტრასტული აგენტის კომპონენტებთან შედარებით ადრე გამოვლინდა.

გემების კვლევა (მაგნიტური რეზონანსი ანგიოგრაფია)

ჩვენება:

• თანდაყოლილი გულის დეფექტები
• Aneurysm, სტრატიფიკაცია,
• გემების სტენოზი,

ტვინის შესწავლა

• კისრის ძირითადი ჭურჭელი,
• ტვინის კვების ჭურჭელი,
• ტვინის ქსოვილი
• თვალის ორბიტაზე
• ტვინის ღრმა ნაწილი ( cerebellum, epiphiz, pituitary ჯირკვალი, oblong და შუალედური დეპარტამენტები).

ფუნქციური NMR

ხერხემლის კვლევა

თქვენ შეგიძლიათ შეამოწმოთ მთელი ხერხემლის, და თქვენ შეგიძლიათ მხოლოდ შემაშფოთებელი დეპარტამენტი: საშვილოსნოს ყელის, გულმკერდის, lumbosisious, ისევე როგორც ცალკე Cork. ამრიგად, საშვილოსნოს ყელის დეპარტამენტის შემოწმებისას შესაძლებელია გემების პათოლოგიის და ხერხემლის პათოლოგიის აღმოჩენა, რომელიც გავლენას ახდენს ტვინის სისხლში.
წელის დეპარტამენტის შემოწმებისას შესაძლებელია intervertebral hernias, ძვლის და cartilage spikes, ისევე როგორც ნერვების დარღვევა.

ჩვენება:

• ცვლილებები intervertebral დისკების სახით, მათ შორის თიაქარი,
• უკან დაზიანებები და ხერხემლის
• ოსტეოქონდროზი, ძვლების დისტროფიული და ანთებითი პროცესები,
• ახალი ფორმირება.

ზურგის ტვინის კვლევა

ჩვენება:

• ზურგის ტვინის ნეოპლაზმების ალბათობა, ფოკალური დამარცხება,
• გააკონტროლოს ზურგის ტვინის სითხე,
• ზურგის cords,
• ოპერაციების შემდეგ აღდგენის კონტროლი,
• ზურგის ტვინის დაავადებების ალბათობა.

შესწავლა სახსრები

დიაგნოსტიკა:

• ქრონიკული ართრიტი
• დაზიანება tendons, კუნთების და ligaments ( განსაკუთრებით ხშირად გამოიყენება სპორტულ მედიცინაში),
• მოტეხილობები
• რბილი ქსოვილებისა და ძვლების ნეოპლაზმები,
• დიაგნოზის სხვა მეთოდებით არ არის დაკავშირებული დაზიანება.

• ჰიპ სახსრების კვლევა Osteomyelitis- თან, ბარძაყის ნეკროზის ნეკროზი, სტრესული მოტეხილობა, სეპტიური ართრიტი,
• მუხლის სახსრების შესწავლა სტრესულ მოტეხილობაში, ზოგიერთი შიდა კომპონენტის დარღვეული მთლიანობისადმი ( მენიოვი, კუმრობა),
• მხრის ერთობლივი კვლევა დისლოკაცია, ნერვების დარღვევა, ერთობლივი კაფსულის დარღვევა,
• სტაბილურობის დარღვევით რეი-აღების ერთობლივი კვლევა, მრავალრიცხოვანი მოტეხილობები, შუა ნერვის შემცირება, ლიგატების დაზიანება.

Temporomandibular ერთობლივი შესწავლა

ჩვენება:

• ქვედა ყბის მობილობის დარღვევა,
• დაწკაპუნებით გახსნისას - დახურვის პირში,
• ტკივილი ტაძარში, როდესაც გახსნის - დახურვის პირში,
• ტკივილი, როდესაც საღეჭი კუნთების მოგვარება,
• ტკივილი კისრის კუნთებში და ხელმძღვანელი.

მუცლის ღრუს შინაგანი ორგანოების გამოძიება

• Noncommunicable jaundice
• ღვიძლის, აღორძინების, აბსცესების, კისტა, ციროზის ალბათობა,
• როგორც მკურნალობის პროგრესზე კონტროლი,
• ტრავმული შესვენებით,
• ქვები bustling bubble ან ნაღვლის ducts,
• ნებისმიერი ფორმის პანკრეტი
• ნეოპლაზმების ალბათობა,
• პარენჰიმის ორგანოების იშემია.

თირკმლის კვლევა ინიშნება:

• ნეოპლაზმის ეჭვი
• თირკმელებთან ახლოს მდებარე ორგანოებისა და ქსოვილების დაავადებები
• შარდის ორგანოების ფორმირების დარღვევის ალბათობა,
• ექსკრეციის უროგრაფიის ჩატარების შეუძლებლობის შემთხვევაში.

რეპროდუქციული სისტემის დაავადებების კვლევა

• საშვილოსნოს ნეოპლაზმის ალბათობა, ბუშტის, პროსტატის,
• დაზიანებები
• მეტასტაზების იდენტიფიცირებისათვის მცირე მენჯის ნეოპლაზმები,
• Sacrum ტკივილი
• Vesiculite
• შეისწავლოს ლიმფური კვანძების მდგომარეობა.

ერთი საათით ადრე სწავლა არასასურველია, რადგან გამოსახულება უფრო ინფორმაციული იქნება, თუ ბუშტის გარკვეულწილად შევსებულია.

კვლევა ორსულობის დროს

Სიფრთხილის ზომები

2. ოთახში, სადაც მოწყობილობა მდებარეობს აკრძალულია ლითონის ობიექტებისა და ელექტრონული მოწყობილობების შესასვლელად ( მაგალითად, საათები, დეკორაციები, გასაღებები) მას შემდეგ, რაც ძლიერი ელექტრომაგნიტური ველი, ელექტრონული მოწყობილობები შეიძლება დაარღვიოს, და პატარა ლითონის ნივთები გაფრინდება მოშორებით. ამავდროულად, არ მიიღება საკმაოდ სწორი კვლევის მონაცემები.

მოლეკულის სხვადასხვა გარემოში ატომების იგივე კერნელი აჩვენებს სხვადასხვა NMR სიგნალებს. სტანდარტული ნივთიერების სიგნალის NMR სიგნალის სხვაობა საშუალებას იძლევა, რომ ე.წ. ქიმიური ცვლილებების განსაზღვრა, რაც ნივთიერების ქიმიური სტრუქტურის გამო. NMR- ის ტექნიკებში არსებობს მრავალი შესაძლებლობა, რათა დადგინდეს ნივთიერებების ქიმიური სტრუქტურა, მოლეკულების კონფორმირება, ურთიერთგამომრიცხავობის შედეგები, ინტრამოლეკულური ტრანსფორმაციები.

ფიზიკა NMR

გაყოფა ენერგეტიკული დონის ბირთვის I \u003d 1/2. მაგნიტური ველის

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის ფენომენი ეფუძნება ატომური ბირთვების მაგნიტურ თვისებებს, რომელიც შედგება ნუკლეონების ნახევარსართულიანი სპინით 1/2, 3/2, 5/2 .... ბირთვის საავტომობილო მასა და პასუხისმგებელი ნომრები (ბურთულები) არ გააჩნიათ მაგნიტური მომენტი, ხოლო ყველა სხვა ბირთვებისთვის მაგნიტური მომენტი ნულიდან განსხვავდება.

ამდენად, კერნელი აქვს კუთხის ბრუნვის მაგნიტურ მომენტში თანაფარდობას

სად არის მუდმივი ფიცარი, - spin კვანტური ნომერი, - gyromagnetic დამოკიდებულება.

უძრავ შერჩეული კოორდინაციის სისტემის პროექციისა და პლაკულური და მაგნიტური მომენტობის ბირთვი და მაგნიტური მომენტობის მაგნიტური მომენტი. განისაზღვრება თანაფარდობა

სად - ბირთვული ბირთვული მდგომარეობის მაგნიტური კვანტური რაოდენობა, მისი ღირებულებები განისაზღვრება Spin Quantum ბირთვული რიცხვით

ანუ, ბირთვის შეიძლება იყოს სახელმწიფოებში.

ასე რომ, პროტონი (ან სხვა ბირთვი I \u003d 1/2. - 13 C, 19 F, 31 P და ა.შ.) შეიძლება მხოლოდ ორ ქვეყანაში

ასეთი ბირთვის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს მაგნიტური დიპოლური, რომლის Z- კომპონენტი შეიძლება იყოს ორიენტირებული ანტი-პარალელურად და თვითნებური კოორდინაციის სისტემის z ღერძის პოზიტიური მიმართულება.

უნდა აღინიშნოს, რომ გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში, ყველა სახელმწიფო სხვადასხვა ენერგიით არის თანაბარი, ანუ, დეგენერაციაა. დეგენერაცია ამოღებულია გარე მაგნიტურ სფეროში, ხოლო შედარებით დეგენერაციის სახელმწიფოს გაყოფა არის გარე მაგნიტური ველის მასშტაბის პროპორციული და სახელმწიფოს მაგნიტური მომენტი და ბირთვი სპინის კვანტური ნომრით ᲛᲔ. გარე მაგნიტური ველის, სისტემა გამოჩნდება 2i + 1. ენერგეტიკული დონეები, რომ არის, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი აქვს იგივე ბუნება, როგორც Zeeman გაყოფის ელექტრონულ დონეზე მაგნიტური ველის.

უმარტივეს შემთხვევაში ბირთვში ერთად spin ერთად I \u003d 1/2. - მაგალითად, პროტონის, გაყოფისთვის

და განსხვავება spin სახელმწიფოების ენერგეტიკაში

ზოგიერთი ატომური ბირთვების larmor სიხშირეები

პროტონული რეზონანსის სიხშირე მოკლე ტალღების დიაპაზონშია (დაახლოებით 7 მეტრის ტალღის სიგრძე).

NMR- ის გამოყენება

სპექტროსკოპია

მთავარი სტატია: NMR სპექტროსკოპია

ინსტრუქციები

NMR სპექტრომეტრის გულს ძლიერი მაგნიტია. ექსპერიმენტში, პირველად განხორციელდა პრაქტიკაში Pörsell, ნიმუში მოთავსებული მინის ampoule დიამეტრის დაახლოებით 5 მმ შორის შორის ბოძები ძლიერი ელექტრომაგნიტური. მაშინ ampoule იწყება როტაცია, და მაგნიტური ველი მოქმედი მას თანდათან გააძლიერა. მაღალი ხარისხის რადიოსიხშირული გენერატორი გამოიყენება რადიაციული წყარო. გაძლიერებული მაგნიტური ველის მოქმედების პირობებში ისინი იწყებენ კერნებს, რომელთა სპექტრომეტრი კონფიგურირებულია. ამ შემთხვევაში, დაცული ბირთვი რეზონანსის რეიტინგული სიხშირის სიხშირით (და მოწყობილობა)

ენერგეტიკის შთანთქმის დადგენილია რადიოსიხშირული ხიდის მიერ და შემდეგ ჩაწერილია ჩამწერი. სიხშირე გაიზარდა, სანამ აღარ მიაღწევს გარკვეულ ზღვარს, რომელიც რეზონანსს შეუძლებელია.

მას შემდეგ, რაც ხიდიდან მოდის დენებისაგან ძალიან მცირეა, ერთი სპექტრის მოხსნა არ არის შეზღუდული და რამდენიმე ათეული პასაჟი არსებობს. ყველა მიღებული სიგნალი შეჯამებულია საბოლოო სქემაზე, რომლის ხარისხიც დამოკიდებულია სიგნალისა- to- ხმაურის თანაფარდობაზე.

ამ მეთოდით, ნიმუში ექვემდებარება უცვლელი სიხშირის რადიოსიხშირულ გამრავლებს, ხოლო მაგნიტური ველის ძალა შეიცვალა, ამიტომაც მას ასევე უწოდებენ მუდმივი სფეროს (CW) მეთოდს.

ტრადიციული NMR-Spectroscopy მეთოდით ბევრი ხარვეზი აქვს. პირველი, მას მოითხოვს დიდი დროის აშენება ყველა სპექტრი. მეორეც, ძალიან ითხოვს გარე ჩარევის არარსებობას და როგორც წესი, მიღებული სპექტრი მნიშვნელოვანი ხმაურია. მესამე, ეს არ არის შესაფერისი მაღალი სიხშირის სპექტრომეტრების შესაქმნელად (300, 400, 500 ან მეტი MHz). აქედან გამომდინარე, თანამედროვე ინსტრუმენტებში, NMR იყენებს ე.წ. Pulsed სპექტროსკოპია (PW) მეთოდს, რომელიც ეფუძნება სიგნალის ფურიეს ტრანსფორმაციის საფუძველზე. ამჟამად, ყველა NMR სპექტრომეტრები აშენებენ ძლიერი ზეგავლენის მაგნიტების საფუძველზე მუდმივი მაგნიტური ველით.

CW მეთოდისგან განსხვავებით, pulsed embodiment, ბირთვების აღგზნება ხორციელდება არა "მუდმივი ტალღა", მაგრამ მოკლე პულსის გამოყენებით, რამდენიმე მიკროსკოლის ხანგრძლივობაა. პულსის სიხშირის კომპონენტების ამაღლება 00 0-დან. მაგრამ მას შემდეგ, რაც სასურველია, რომ ყველა ბირთვი იმავე წესით არის დასხივებული, აუცილებელია "მძიმე იმპულსების" გამოყენება, ეს არის მოკლე მაღალი სიმძლავრის პულსები. პულსის ხანგრძლივობა არჩეულია, რომ სიხშირის ჯგუფის სიგანე უფრო დიდია, ვიდრე ერთი ან ორი ბრძანების სპექტრის სიგანე. ძალაუფლება რამდენიმე ვატს მიაღწევს.

Pulsed Spectroscopy- ის შედეგად, ჩვეულებრივი სპექტრი მიღებულია რეზონანსის ხილული მწვერვალებით და sphargoing resonant oscillations- ის გამოსახულება, რომელშიც ყველა რეზონანსული ბირთვების ყველა სიგნალი შერეულია - ე.წ. "თავისუფალი ინდუქციის კოვზი" (FID , უფასო ინდუქციური decay.). ამ სპექტრი გარდაქმნას, მათემატიკური მეთოდები გამოიყენება, ე.წ. Fourier ტრანსფორმაცია, რომლითაც ნებისმიერი ფუნქცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ჰარმონიული ოსციციების კომპლექტის ჯამი.

NMR სპექტრი

სპექტრი 1 H 4-Ethoxybenzaldehyde. სუსტი ველის (Singlet ~ 9.25 MD), Aldehyde ჯგუფის პროტონული სიგნალი, ძლიერი (Triplet ~ 1.85-2 PPM) - მეთილის ექსილის ჯგუფის პროტონები.

მაღალი ხარისხის ანალიზისთვის, NMR- ის გამოყენებით Spectra ანალიზის გამოყენებით ამ მეთოდის ასეთ მშვენიერ თვისებებზე დაფუძნებული:

• სიგნალები ბირთვების ატომები, რომლებიც შეიცავს გარკვეულ ფუნქციურ ჯგუფებში, რომლებიც ეფუძნება სპექტრის მკაცრად განსაზღვრულ მონაკვეთებს;
• პიკის მიერ შეზღუდული განუყოფელი ტერიტორია მკაცრად პროპორციულია რეზონანსული ატომების რაოდენობაზე;
• kernels ცრუობს მეშვეობით 1-4 კომუნიკაციების შეუძლია მიაწოდოს Multiplet სიგნალები შედეგად T.N. გაყოფა ერთმანეთს.

NMR Spectra- ში სიგნალის პოზიცია ხასიათდება მათთან დაკავშირებული ქიმიური ცვლილებებით. როგორც ეს უკანასკნელი, tetramethylsilaxilax si (ch 3) 4 გამოიყენება NMR 1 H და 13 C. ქიმიური ცვლის ერთეული არის მილიონი დოლარი (PPM) მოწყობილობის სიხშირე. თუ თქვენ მიიღებთ TMS სიგნალს 0-ში და სუსტი სფეროს სიგნალი დადებითი ქიმიური ცვლა ითვლება, მაშინ ჩვენ ე.წ. მასშტაბის δ. თუ Tetramethylsilane რეზონანსი 10 ppm და მოპირდაპირე ნიშნები, მაშინ შედეგად მასშტაბის მასშტაბი τ, პრაქტიკულად არ არის გამოყენებული. თუ ნივთიერების სპექტრი ძალიან რთულია ინტერპრეტაციისთვის, შესაძლებელია დამცავი კონსტანტების გაანგარიშების კვანტური ქიმიური მეთოდების გამოყენება და მათი საფუძვლით სიგნალები.

NMR-Introscopy

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის ფენომენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მარტო ფიზიკურ და ქიმიაში, არამედ მედიცინაში: ადამიანის სხეული არის იგივე ორგანული და არაორგანული მოლეკულების კომბინაცია.

ამ ფენომენის დაკვირვების მიზნით, ობიექტი განთავსდება მუდმივ მაგნიტურ სფეროში და რადიოსიხშირული და გრადიენტური მაგნიტური ველების გამოვლენა. კვლევის ფარგლებში ობიექტის მიმდებარე ტერიტორიაზე ინდუქციონთან ერთად, ცვლადი ელექტრომოტივის ძალა (EMF) წარმოიქმნება, რომელთა ამპლიტუდის სიხშირე სპექტრი და გარდამავალი მახასიათებლები განახორციელებს ინფორმაციას ატომური ბირთვების სივრცის სიმკვრივის შესახებ, ისევე როგორც სხვა პარამეტრების შესახებ ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი. ამ ინფორმაციის კომპიუტერული დამუშავება ქმნის მოცულობითი გამოსახულებას, რომელიც ახასიათებს ქიმიურად ეკვივალენტური ბირთვების სიმჭიდროვე, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის რელაქსაციის დროს, სითხის ნაკადის განაწილების გავრცელება, ცოცხალი ქსოვილებში მოლეკულებისა და ბიოქიმიური მეტაბოლური პროცესების გავრცელება.

NMR-Introscopy (ან მაგნიტური რეზონანსული გამოსახულების) არსი არსებითად წარმოიშვა ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის სიგნალის ამპლიტუდის ამპლიტუდის გათვალისწინებით. ჩვეულებრივი NMR სპექტროსკოპია ცდილობს განახორციელოს, თუ სპექტრული ხაზების საუკეთესო რეზოლუცია. ამისათვის მაგნიტური სისტემები მორგებულია იმით, რომ ნიმუშის ფარგლებში შესაძლებელია შესაძლებელი საველე ჰომოგენურობის შექმნა. NMR-Introscopy- ის მეთოდებში, პირიქით, მაგნიტური ველი იქმნება შეგნებულად ინოვაციურობით. მაშინ არსებობს მიზეზი იმისა, რომ ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის სიხშირე ნიმუშის თითოეულ პუნქტში აქვს საკუთარი ღირებულება, განსხვავდება ღირებულებები სხვა ნაწილებში. შექმნის ნებისმიერი კოდი NMR სიგნალების ამპლიტუდის (სიკაშკაშის ან ფერის მონიტორის ეკრანზე), შეგიძლიათ მიიღოთ ჩვეულებრივი სურათი (

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი

Vc. ვორონოვი

ირკუტსკის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი

შესავალი

ცოტა ხნის წინ, ჩვენი იდეების საფუძველი ატომებისა და მოლეკულების სტრუქტურის შესახებ ოპტიკურ სპექტროსკოპიის მეთოდებით სწავლობდა. სპექტრალური მეთოდების გაუმჯობესების გამო, სპექტრული მეთოდების გაუმჯობესების გამო, სპექტროსკოპიული გაზომვების სპექტრი superhighs (დაახლოებით 10 ^ 3 - 10 ^ 6 MHz; მიკროიროკრატი) და მაღალი სიხშირეები (დაახლოებით 10 ^ (- 2) - 10 ^ 2 MHz; რადიო ტალღები), ახალი წყაროები გამოვლინდა ინფორმაცია ნივთიერების სტრუქტურაზე. ამ სიხშირის რეგიონში გამოსხივებისას და გამოსხივებისას, იგივე ძირითადი პროცესი ხდება ელექტრომაგნიტური სპექტრის სხვა მერყეობს, კერძოდ, ერთი ენერგეტიკული დონიდან სხვა სისტემასთან შედარებით ან ენერგიის კვანტური რაოდენობით.

ამ პროცესში მონაწილე კვანტის დონის დონისა და ენერგიის სხვაობაა დაახლოებით 10 ^ (- 7) შორის რადიოსიხშირული რეგიონისთვის და დაახლოებით 10 ^ (- 4) EV ულტრა მაღალი სიხშირეებისთვის. რადიო სპექტროსკოპია, კერძოდ, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის (NMR) და ბირთვული quadrupole რეზონანსის (NAKR) სპექტროსკოპია, განსხვავება დონის დონესთან დაკავშირებულია ბირთვული მაგნიტური დიპოლური მომენტების სხვადასხვა ორიენტაციით მაგნიტური ველი და ბირთვების ელექტრო quadrupole მომენტები მოლეკულური ელექტროენერგიის სფეროებში, თუ ეს უკანასკნელი არ არის სერიულად სიმეტრიული.

ბირთვული მომენტების არსებობა პირველად აღმოაჩინეს ზოგიერთი ატომების ელექტრონული სპექტრის ულტრა-თხელი სტრუქტურის შესწავლაში ოპტიკური სპექტრომეტრების გამოყენებით მაღალი რეზოლუციით.

გარე მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ, ბირთვების მაგნიტური მომენტები გარკვეულწილად ორიენტირებულია და ამ სხვადასხვა ორიენტაციებთან დაკავშირებულ ბირთვულ ენერგეტიკულ დონეზე გადასვლის შესაძლებლობას: გარკვეული სიხშირის გამოსხივების მოქმედების შედეგად მიღებული გადასვლები. ბირთვების ენერგეტიკული დონის ოდენობა წარმოადგენს ბირთლის მიმღების კუთხის იმპულსის კვანტური ბუნების პირდაპირი შედეგს ᲛᲔ. + 1 ღირებულებები. Spin Quantum ნომერი (Spin) შემიძლია მიიღოს ნებისმიერი ღირებულება, მრავალჯერადი 1/2; ყველაზე ცნობილი ღირებულებები ᲛᲔ. (\u003e 7) მფლობელობაში. ექსკლუზიური იმპულისას უმსხვილესი გაზომვადი ღირებულება (ერთგულ მიმართულებით მომხდრის მომენტში) თანაბარია ᲛᲔ. ћ სად ћ \u003d H / 2 π , მაგრამ თ. - მუდმივი ფიცარი.

ღირებულებები ᲛᲔ. კონკრეტული ბირთვებისთვის, შეუძლებელია პროგნოზირება, თუმცა, აღინიშნა, რომ იზოტოპები, რომელშიც მასობრივი ნომერი და ატომური რიცხვიც კი, აქვს ᲛᲔ. \u003d 0, და იზოტოპები უცნაური მასობრივი ნომრებით აქვს ნახევრად დანიშნულების სპინის ღირებულებები. ეს დებულება, როდესაც პროტონების და ნეიტრონების რიცხვი ძირითადია და თანაბარია ( ᲛᲔ.\u003d 0), შეიძლება ჩაითვალოს სახელმწიფო, როგორც "სრული pairing", მსგავსი სრული pairing ელექტრონების დიამაკური მოლეკულაში.

1945 წლის ბოლოს, ამერიკელი ფიზიკოსების ორი ჯგუფი F. Bloch- ის (უნივერსიტეტის ქარიშხალი) და E.M. ფარავს (ჰარვარდის უნივერსიტეტი) პირველად ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის სიგნალები. ბლოკი შეინიშნება წყალში პროტონების რეზონანსული შთანთქმის მიერ და პარსელმა წარმატებით მიაღწია პარაფინში პროტონების ბირთვულ რეზონანსს. ამ აღმოჩენისთვის ისინი 1952 წელს ნობელის პრემია დაჯილდოვდნენ.

ქვემოთ არის EMER- ის ფენომენის არსი და მისი გამორჩეული თვისებები.

მაღალი რეზოლუცია NMR სპექტროსკოპია

NMR- ის ფენომენის არსი

NMR- ის ფენომენის არსი შეიძლება ილუსტრირებულია შემდეგნაირად. თუ ბირთვი, რომელსაც მაგნიტური მომენტი აქვს ერთგვაროვან სფეროში ნ. 0 მიმართული z ღერძის გასწვრივ, მაშინ მისი ენერგია (ენერგეტიკის არარსებობის სფეროში) ტოლია μ z h 0.სად μ ზ.- ბირთვული მაგნიტური მომენტის პროექცია საველე მიმართულებით.

როგორც აღინიშნა, კერნელი შეიძლება იყოს 2 ᲛᲔ.+ 1 შტატები. გარე სფეროში არარსებობის შემთხვევაში0 ყველა ამ ქვეყანას აქვს იგივე ენერგია. თუ თქვენ დანიშნავთ მაგნიტური მომენტის კომპონენტის უმსხვილესი გაზომვის ღირებულებას μ , მაშინ მაგნიტური მომენტის კომპონენტების ყველა გაზომვადი ღირებულებები (ამ შემთხვევაში μ ზ.,) გამოხატულია სახით მ.სად მ. - კვანტური ნომერი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს, როგორც მოგეხსენებათ, ღირებულებები

m \u003d. ᲛᲔ., ᲛᲔ.- 1,ᲛᲔ.- 2...-(ᲛᲔ.- 1),-ᲛᲔ.

მას შემდეგ, რაც მანძილი ენერგეტიკულ დონეზე, რომელიც შეესაბამება თითოეულ 2-ს ᲛᲔ.+ 1 სახელმწიფო თანაბარია მ. ნ. 0 / ᲛᲔ.მაშინ ბირთვის უკან ᲛᲔ. აქვს დისკრეტული ენერგეტიკული დონე

- μ H 0,- (I - 1) μ z h 0 /მე, ..., (I-1) μ z h 0 /მე, μ. H 0.

ენერგეტიკული დონის ენერგეტიკული დონის გაყოფა შეიძლება ბირთვული Zeeman გაყოფის საშუალებას იძლევა, რადგან ეს არის მაგნიტური ველის ელექტრონული დონის გაყოფის მსგავსი (Zeeman ეფექტი). Zeemansky გაყოფა ილუსტრირებულია ფიგურაში. 1 სისტემისათვის ᲛᲔ. \u003d 1 (სამი დონის ენერგია).

ნახაზი. 1. Zeemanovsky გაყოფა ბირთვის ენერგეტიკის დონეზე მაგნიტური ველის.

NMR Phenomenon შედგება ნუკლეის მაგნეტიზმის გამო ელექტრომაგნიტური ენერგიის რეზონანსული შთანთქმის. ეს შემდეგნაირად არის ფენომენის აშკარა სახელი: ბირთვული - ჩვენ ვსაუბრობთ ბირთვების სისტემაზე, მაგნიტური - მხოლოდ მათი მაგნიტური თვისებები ნიშნავს, რეზონანსი - ფენომენი თავად არის რეზონანსული. მართლაც, ბორის სიხშირის წესებიდან ის შემდეგნაირად, რომ სიხშირე ν ელექტრომაგნიტური ველიმიმდებარე დონეზე გარდამავალი ცვლილებები განისაზღვრება ფორმულებით

, (1)

მას შემდეგ, რაც ბრუნვის ვექტორები (კუთხის იმპულსი) და მაგნიტური მომენტი პარალელურად, ეს ხშირად მოსახერხებელია ახასიათებს მაგნიტური თვისებები ბირთვების γ განსაზღვრავს თანაფარდობა

, (2)

სად γ არის gyromagnetic დამოკიდებულება, რომელსაც აქვს radian * ~ 1) * მეორე ^ (- 1) * (RAD * E ^ (- 1) * C * (- 1)) ან რადიან / (ISTED * მეორე) ( რადი / (E * C)). ამის გათვალისწინებით ჩვენ გვხვდება

, (3)

ამდენად, სიხშირე არის გამოყენებითი ველის პროპორციული.

თუ ეს არის პროტონის ღირებულება, როგორც ტიპიური მაგალითი, ტოლია 2,6753 * 10: 4 რადი / (e * s), და n0 \u003d 10,000 E, მაშინ რეზონანსული სიხშირე

ეს სიხშირე შეიძლება გენერირებული იყოს ჩვეულებრივი რადიოტექნიკური მეთოდებით.

NMR სპექტროსკოპია ახასიათებს რამდენიმე ფუნქციით, რომელიც სხვა ანალიტიკურ მეთოდებს შორისაა. დაახლოებით ნახევარი (~ 150), ცნობილი იზოტოპების ბირთვი აქვს მაგნიტური მომენტები, მაგრამ მხოლოდ მცირე ნაწილი სისტემატურად გამოიყენება.

იმპულსიის რეჟიმში მოქმედი სპექტრომეტრების გამოვლენამდე, საუკეთესო კვლევები შესრულდა NMR- ის ფენომენის გამოყენებით წყალბადის ბირთვზე (პროტონების)1 H (პროტონული მაგნიტური რეზონანსი - PMR) და Fluorine19 F. ეს Cores ფლობს იდეალურია NMR სპექტროსკოპია თვისებები:

"მაგნიტური" იზოტოპების მაღალი ბუნებრივი შინაარსი (1 სთ 99.98%, 19 F 100%); შედარებით, შესაძლებელია აღინიშნოს, რომ "მაგნიტური" ნახშირბადის იზოტოპების ბუნებრივი შინაარსი13 გ შეადგენს 1.1%;

დიდი მაგნიტური მომენტი;

Დატრიალება ᲛᲔ. = 1/2.

ეს იწვევს პირველ რიგში მაღალი მგრძნობელობის მეთოდს, როდესაც აღინიშნება სიგნალები ზემოთ ბირთვებისგან. გარდა ამისა, არსებობს თეორიულად მკაცრად გონივრული წესი, რომლის მიხედვითაც მხოლოდ ბირთვი სპინით, თანაბარი ან მსხვილი ერთეულით, ელექტრო quadrupole მომენტში აქვს. შესაბამისად, ექსპერიმენტები NMR- ზე1 საათი და 19 F არ არის გართულებული ბირთვული quadrupole მომენტში ბირთვული quadrupole მომენტში ელექტრო გარემო. დიდი რაოდენობით მუშაობა ეძღვნებოდა რეზონანსზე სხვების შესახებ (გარდა ამისა1 საათი და 19 ვ) ბირთვი, როგორიცაა13 გ, 31 გვ, 11 ბ, 17 O თხევადი ფაზაში (ისევე, როგორც ბირთვზე 11 საათი და 19 ვ).

IMR Pulsed Spectrometers- ის დანერგვა ყოველდღიურ პრაქტიკაში მნიშვნელოვნად გაფართოვდა ამ ტიპის სპექტროსკოპიის ექსპერიმენტულ შესაძლებლობებს. კერძოდ, NMR სპექტორის ჩანაწერი 13 C გადაწყვეტილებები - ქიმიის ყველაზე მნიშვნელოვანი იზოტოპი - ახლა რეალურად ნაცნობი პროცედურაა. ჩვეულებრივი ფენომენი ასევე აღმოჩნდა ბირთვების სიგნალებისგან, NMR სიგნალების ინტენსივობა, რომელთა უმრავლესობა ბევრჯერ ნაკლებად ინტენსიურია სიგნალებისთვის1 H, მათ შორის მყარი ფაზაში.

მაღალი რეზოლუცია NMR სპექტრი, როგორც წესი, შედგება ვიწრო, კარგად ნებადართული ხაზები (სიგნალები), რომელიც შეესაბამება მაგნიტურ ბირთვს სხვადასხვა ქიმიურ გარემოში. სიგნალების ინტენსივობები (ფართობი) სპექტრის ჩაწერისას თითოეული დაჯგუფების მაგნიტური ბირთვების რაოდენობის პროპორციულია, რაც საშუალებას იძლევა, განახორციელოს NMR სპექტრის რაოდენობრივი ანალიზი წინასწარი დაკალიბრების გარეშე.

NMR- ის კიდევ ერთი ფუნქცია არის მეტაბოლური პროცესების ეფექტი, რომელშიც მონაწილეობს რეზონანსი კერნელი, რეზონანსული სიგნალის პოზიცია და სიგანე. ამდენად, NMR სპექტრი შეიძლება შესწავლილი ასეთი პროცესების ბუნებით. NMR ხაზები სითხეების სპექტრში, როგორც წესი, 0.1 - 1 Hz (მაღალი რეზოლუცია NMR), ხოლო იგივე ბირთვიანი მყარი ფაზის შესწავლილი იქნება 1 * 10 ^ 4 Hz- ის ხაზის გამოჩენა (აქედან გამომდინარე, NMR ფართო ხაზების კონცეფცია ).

მაღალი რეზოლუციის NMR სპექტროსკოპია არის მოლეკულების სტრუქტურისა და დინამიკის შესახებ ინფორმაციის ორი ძირითადი წყარო:

ქიმიური ცვლა;

მუდმივები spin-spin ურთიერთქმედების.

ქიმიური ცვლა

რეალურ პირობებში, რეზონანსული კერნელი, რომლის NMR სიგნალები გამოვლინდა ნაწილი ატომები ან მოლეკულები. მაგნიტური ველის შესწავლილი ნივთიერებების განთავსებისას ( თ. 0 ) ელექტრონების ორბიტალური მოძრაობის გამო ატომების (მოლეკულების) დიამაგნიტური მომენტია. ეს ელექტრონულ მოძრაობას ეფექტიანი დენებისაგან ქმნის და, შესაბამისად, ქმნის მეორადი მაგნიტური ველის პროპორციულად ლენცის ველის კანონის შესაბამისად თ. 0 და ოპტიმალურად მიმართული. ეს საშუალო საველე მოქმედებს ბირთვის. ამდენად, ადგილობრივ სფეროში იმ ადგილას, სადაც მდებარეობს რეზონანსი კერნელი მდებარეობს,

, (4)

სად σ არის განზომილებიანი მუდმივი, რომელსაც ეწოდება მუდმივი დამცავი და დამოუკიდებელი თ. 0 მაგრამ მკაცრად დამოკიდებული ქიმიური (ელექტრონული) გარემოზე; ეს ახასიათებს შემცირებას Nlo შედარებით თ. 0 .

შეფასება σ მერყეობს 10 ^ (- 5) ღირებულებით, რომლითაც მძიმე ბირთვებისთვის 10 ^ (- 2) ღირებულებების ღირებულებები. გამოხატვის გათვალისწინებით Nlo ქონა

, (5)

ეფექტი დამცავი იგი შედგება ბირთვული მაგნიტური ენერგიის დონეს შორის მანძილის შემცირებაში ან სხვა სიტყვებით, მივყავართ Zeeman დონის მიდგომას (ნახ. 2). ამ შემთხვევაში, ენერგეტიკული Quanta, რამაც გამოიწვია გადასვლები დონეზე, ხდება ნაკლებად და, შესაბამისად, რეზონანსი ხდება ქვედა სიხშირეებზე (იხ. გამოხატვა (5)). თუ განახორციელებთ ექსპერიმენტს, შეცვლის ველი თ. 0 სანამ რეზონანსი არ მოხდება, გამოყენებითი ველის ინტენსივობა უნდა ჰქონდეს იმ შემთხვევაში, როდესაც ბირთვის არ არის დაცული.

ნახაზი. 2. Zeeman Kernel- ის ელექტრონული დამცავი ეფექტი: A - Unshielded, B - დაცული.

NMR სპექტრომეტრების უმრავლესობაში, სპექტრი ჩანაწერი ხორციელდება, როდესაც მარცხნივ მარცხნიდან მარჯვნივ, ამიტომ ყველაზე დაცული ბირთვების სიგნალები (მწვერვალები) უნდა იყოს სპექტრის მარჯვენა მხარეს.

ქიმიური გარემოს მიხედვით სიგნალის გამორთვა, დამცავი მუდმივთაგან განსხვავებით, ქიმიური ცვლა ეწოდება.

პირველად, ქიმიური ცვლის გახსნის ანგარიშები 1950-1951 წლებში რამდენიმე პუბლიკაციაში გამოჩნდა. მათ შორის, აუცილებელია თანაავტორავებთან (1951) ერთად არნოლდის მუშაობის გამოყოფა, რომელმაც პირველი სპექტრი მიიღო ცალკეულ ხაზებთან, რომელიც შეესაბამება იგივე ბირთვების ქიმიურად განსხვავებულ დებულებებს 1 H ერთ მოლეკულაში. ჩვენ ვსაუბრობთ ეთილის ალკოჰოლზე3 ჩ 2. ოჰ, ტიპიური NMR სპექტრი1 H რომელიც დაბალი რეზოლუციით არის ნაჩვენები ფიგურაში. 3.

ნახაზი. 3. თხევადი ეთილის ალკოჰოლური სასმელების პროტონული რეზონანსის სპექტრი დაბალი რეზოლუციით.

ამ მოლეკულაში, სამი ტიპის პროტონები: მეთილის ჯგუფის სამი პროტონი3 - ორი პროტონული მეთილენის ჯგუფები2 - და ჰიდროქსილის ჯგუფის ერთი პროტონი. ჩანს, რომ სამი ცალკეული სიგნალები შეესაბამება სამი ტიპის პროტონებს. სიგნალების ინტენსივობის შემდეგ 3: 2: 1-ის თანაფარდობაა, სპექტრის დეშიფრაცია (სიგნალის ატრიბუტი) არ არის რთული.

მას შემდეგ, რაც ქიმიური ცვლილებები არ შეიძლება შეფასდეს აბსოლუტური მასშტაბით, რაც, კერნელისთან შედარებით, ყველა მისი ელექტრონების ჩამოერთვა, ცნობას კავშირის სიგნალი გამოიყენება პირობითი ნულოვანი. როგორც წესი, ქიმიური ცვლა ღირებულებები ნებისმიერი ბირთვი მოცემულია როგორც განზომილებიანი პარამეტრი 8, შემდეგნაირად:

, (6)

სად თ.- ქუდინიმუშისა და სტანდარტის შესწავლისთვის ქიმიური ცვლილებების განსხვავებაა განსხვავება, ქუდი - საორიენტაციო სიგნალის აბსოლუტური პოზიცია გამოყენებითი ველით თ. 0 .

რეალურ პირობებში, ექსპერიმენტი უფრო სწორად შეიძლება შეფასდეს სიხშირეზე და არა საველე, ამიტომ, როგორც წესი, გამოხატავს

, (7)

სად ν - ν et. არსებობს განსხვავება ქიმიური ცვლილებების ნიმუშისა და სტანდარტისთვის, რომელიც გამოხატულია სიხშირის ერთეულებში (Hz); ამ ერთეულებში, NMR სპექტრი, როგორც წესი, დაკალიბრებულია.

მკაცრად რომ ვთქვათ, საჭირო იქნება საჭირო ν 0 - სპექტრომეტრის საოპერაციო სიხშირე (ჩვეულებრივ ფიქსირდება) და სიხშირე ν et. , ანუ, აბსოლუტური ხშირი რამ, რომელზეც აღინიშნება რეზონანსი სიგნალი მითითება. თუმცა, ასეთი ჩანაცვლება, შეცდომა ძალიან მცირეა, რადგან ν 0 და ν et. თითქმის თანაბარი (განსხვავება არის 10 ^ (-5), ანუ, მასშტაბით σ პროტონისთვის). მას შემდეგ, რაც სხვადასხვა NMR სპექტრომეტრები სხვადასხვა სიხშირეებზე მუშაობენ ν 0 (და, შესაბამისად, სხვადასხვა სფეროებში თ. 0 ), აშკარაა გამოხატვის საჭიროება δ განზომილებიანი ერთეულში.

საველე ძალა ან რეზონანსული სიხშირის ერთი მილიონი ფრაქცია (PPM) მიღებულია ქიმიური ცვლის ერთეული. უცხოურ ლიტერატურაში ეს შემცირება შეესაბამება PPM- ს (მილიონზე ნაწილებს). დიამაგნიტური ნაერთების უმრავლესობისთვის, მათი სიგნალების ქიმიური ძვრების სპექტრი ასობით და ათასობით PPM, 20,000 PPM- ს მიაღწევს NMR- ის შემთხვევაში59 CO (კობალტი). სპექტრი1 H სიგნალები პროტონების დიდი რაოდენობით ნაერთების ტყუილი 0-დან 10 PPM

Spin-spin ურთიერთქმედების

1951-1953 წლებში, როდესაც NMR სპექტრი რამდენიმე სითხეების NMR სპექტრი ჩაწერილია, აღმოჩნდა, რომ ზოგიერთი ნივთიერებების სპექტრში უფრო მეტი ხაზები, ვიდრე ეს არ ეკვივალენტური ბირთვების რაოდენობის მარტივი შეფასებით. ერთ-ერთი პირველი მაგალითია Fluorine- ის რეზონანსი POCL მოლეკულაში2 F. Spectrum 19 F შედგება თანაბარი ინტენსივობის ორი ხაზისგან, თუმცა მოლეკულაში მხოლოდ ერთი ფლორინის ატომია (ნახ .4). სხვა ნაერთების მოლეკულებმა სიმეტრიული მულტიპლეტის სიგნალები (thrills, კვარტეტი და ა.შ.).

ასეთი სპექტრით გამოვლენილი კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორია ის, რომ სიხშირის მასშტაბით შეფასებული ხაზების მანძილი არ არის დამოკიდებული თანდართულ სფეროში. თ. 0 იმის ნაცვლად, რომ პროპორციულია მას, როგორც ეს უნდა იყოს იმ შემთხვევაში, თუ გამრავლების ხდება განსხვავებები სკრინინგის მუდმივებში.

ნახაზი. 4. Doublette რეზონანსი სპექტრი ფლუორნიის კერნელი POCL მოლეკულაში2 F.

რამზი და პარსელი 1952 წელს პირველი იყო ამ ურთიერთქმედების ახსნა, აჩვენებს, რომ ეს არის ელექტრონული გარემოს მეშვეობით არაპირდაპირ კომუნიკაციის მექანიზმი. ბირთვული spin ცდილობს აღმოსავლობის ელექტრონების გარშემო ამ ბირთვი. ეს, თავის მხრივ, სხვა ელექტრონების ზურგზე და მათ მეშვეობით სხვა ბირთვების ზურგი. Spin-spin ურთიერთქმედების ენერგია ჩვეულებრივ გამოხატულია ჰერცის (ანუ, მუდმივი ფიცარი ენერგიის ერთეულს იღებს, რაც ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ E \u003d h. ν ). ნათელია, რომ არ არის საჭირო (ქიმიური ცვლისგან განსხვავებით), რათა გამოვხატოთ ის ნათესავი ერთეულებში, რადგან ზემოთ აღნიშნული ურთიერთქმედება, როგორც ზემოთ აღინიშნა, არ არის დამოკიდებული შიდა სფეროში. ურთიერთქმედების მასშტაბები შეიძლება განისაზღვროს შესაბამისი მულტიპლეტის კომპონენტებს შორის დაშორებით.

Spin-Spin ობლიგაციების გამო გაყოფის მარტივი მაგალითი, რომელთანაც შეგიძლიათ შეხვდეთ, არის Magnetic ბირთვებისა და X. Nuclei A და X- ის ორი ჯიშის რეზონანსული სპექტრი, რომელიც შეიძლება იყოს სხვადასხვა ბირთვი და ერთი იზოტოპების კერნელი (for მაგალითი, 1 თ) იმ შემთხვევაში, თუ მათი რეზონანსული სიგნალების ქიმიური ცვლილებები დიდია.

ნახაზი. 5. NMR სისტემის სპექტრის ხედი, რომელიც შედგება მაგნიტური ბირთვებისა და X- ისგან I \u003d 1/2. მდგომარეობის შესრულებისას δ Ax\u003e j ax.

ფიგურაში 5 გვიჩვენებს, თუ როგორ NMR სპექტრი ჰგავს, თუ ორივე ბირთვი, ანუ, A და X, აქვს spin ტოლი 1/2. თითოეულ ორმაგზე კომპონენტებს შორის მანძილი ეწოდება spin-spin ურთიერთქმედების მუდმივი და ჩვეულებრივ აღნიშნავს J (Hz); ამ შემთხვევაში, ეს არის მუდმივი JAh.

ორმაგების გამოვლინება გამოწვეულია იმის გამო, რომ თითოეული ბირთვი მეზობელი ბირთვიდან რეზონანსული ხაზების გაყოფაა 2i + 1. კომპონენტი. განსხვავებები სხვადასხვა spin ქვეყნებს შორის იმდენად მცირეა, რომ თერმული წონასწორობა, ამ ქვეყნების ალბათობა Boltzmann დისტრიბუციის შესაბამისად თითქმის თანაბარია. აქედან გამომდინარე, ყველა მულტიპლეტის ხაზების ინტენსივობა ერთი ძირითადი ურთიერთქმედების შედეგად, თანაბარი იქნება. იმ შემთხვევაში, როდესაც არსებობს ნ.ეკვივალენტური ბირთვი (ანუ იგივე დაცულია, ამიტომ მათი სიგნალები იგივე ქიმიურ ცვლას), მეზობელი ბირთლის რეზონანსული სიგნალი გაყოფილია 2ni + 1. ხაზები.

დასკვნა

NMR- ის ფენომენის გახსნის შემდეგ, კონდენსირებულ მედიაში ნათქვამია, რომ NMR იქნება ნივთიერების სტრუქტურის შესწავლის ძლიერი მეთოდი და მისი თვისებები. მართლაც, შეისწავლეთ NMR სპექტრი, ჩვენ ვიყენებთ, როგორც რეზონანსი ძირითადი სისტემა, ძალიან მგრძნობიარე მაგნიტური მიმდებარე ტერიტორიაზე. ადგილობრივ მაგნიტურ ველებს რეზონანსული კერნელის მახლობლად დამოკიდებულია შიდა და ინტერმოლუმულ ეფექტებზე, რომლებიც განსაზღვრავს ამ ტიპის სპექტროსკოპიის ღირებულებას მრავალ ელექტრონის (მოლეკულური) სისტემების სტრუქტურისა და ქცევის შესასწავლად.

ამჟამად, ძნელია მიუთითოს ისეთი რეგიონის ბუნებრივი მეცნიერებათა რეგიონი, სადაც NMR არ იყო გამოყენებული ერთი ხარისხი ან სხვა. NMR სპექტროსკოპიის მეთოდები ფართოდ გამოიყენება ქიმიაში, მოლეკულური ფიზიკა, ბიოლოგია, აგრონომია, მედიცინა, ბუნებრივი ფორმირებების შესწავლაში (მიკა, ქარვა, ნახევრად ძვირფასი ქვები, მყარი მინერალები და სხვა მინერალები და სხვა მინერალური ნედლეულის), ანუ სამეცნიერო მიმართულებებში რომელშიც ნივთიერების სტრუქტურა გამოძიებულია, მისი მოლეკულური სტრუქტურა, ქიმიური ობლიგაციების ბუნება, intermolecular interactions და სხვადასხვა ფორმები შიდა მოძრაობა.

NMR მეთოდები უფრო ფართოდ გამოიყენება შესასწავლად ტექნოლოგიური პროცესები ქარხანაში ლაბორატორიებში, ისევე როგორც ამ პროცესების კურსის კონტროლი სხვადასხვა ტექნოლოგიურ კომუნიკაციებში პირდაპირ წარმოებაში. ბოლო ორმოცდაათი წლის კვლევებმა აჩვენა, რომ მაგნიტური რეზონანსი მეთოდები იძლევა ადრეულ ეტაპზე ბიოლოგიური პროცესების დარღვევების გამოვლენას. დანადგარები შემუშავებულია და დამზადებულია მაგნიტური რეზონანსული მეთოდების გამოყენებით (NMR- ტომოგრაფიის მეთოდების გამოყენებით).

რაც შეეხება დსთ-ს ქვეყნებს, უპირველეს ყოვლისა, რუსეთს, მაშინ მაგნიტური რეზონანსის მეთოდები (განსაკუთრებით NMR) ახლა ამ ქვეყნების კვლევის ლაბორატორიებში მყარი ადგილია. სხვადასხვა ქალაქებში (მოსკოვი, ნოვოსიბირსკი, ყაზანი, ტალინი, წმინდა პეტერბურგი, ირკუტსკში, როსტოვ-დონ-დონ-დონ და ა.შ.) იყო სამეცნიერო სკოლები ამ მეთოდების გამოყენების შესახებ მათი ორიგინალური ამოცანებისა და მათ გადაჭრის მიზნით.

1. Popped J., Schneider V., Bernstein G. Spectra მაღალი რეზოლუციის ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი. M., 1962. 292 გვ.

2. Kerrington A., Mak-Herlan E. მაგნიტური რეზონანსი და მისი გამოყენება ქიმიაში. M. Mir, 1970. 447 გვ.

3. BOVI F.A. მაღალი რეზოლუცია NMR მაკრო მოლეკულები: ქიმია, 1977. 455 გვ.

4. Heberlen U., M. NMR მაღალი რეზოლუციის მყარი. M.: Mir, 1980. 504 გვ.

5. Slikter C. მაგნიტური რეზონანსის თეორიის საფუძვლები. M. Mir, 1981. 448 გვ.

6. ionin b.i., ershov b.a., koltsov a.i. NMR სპექტროსკოპია Ორგანული ქიმია. L.: ქიმია, 1983. 269 გვ.

7. Voronov V.K. NMR სპექტროსკოპია Paramagnetic დანამატების მეთოდები. ნოვოსიბირსკი: მეცნიერება, 1989. 168 გვ.

8. ერნსტ რ., Bodenhausen J., Vocaun A. Ymr ერთი და ორი განზომილებაში. M.: Mir, 1990. 709 გვ.

9. Deroum E. თანამედროვე მეთოდები NMR ქიმიური კვლევისთვის. M.: Mir, 1992. 401 გვ.

10. Voronov V.K., Sagdeev R.Z. მაგნიტური რეზონანსის საფუძვლები. ირკუტსკი: Vost.-Sib. kn. გამომცემლობა, 1995.352 გვ.

ამ თავში, როგორც წინა ერთ-ერთში, განიხილება რადიაციისა და ენერგეტიკული შთანთქმის ატომებისა და მოლეკულების ასოცირებული მოვლენები.

მაგნიტური რეზონანსი ელექტრომაგნიტური ტალღების შერჩევითი აბსორბციაა მაგნიტური ველის ნივთიერებით.

§ 25.1. გაყოფა ენერგეტიკული დონის ატომები მაგნიტური ველის

§ 13.1, 13.2-ში ნაჩვენები იყო, რომ მაგნიტური ველის ამჟამინდელი მოთავსებისას, ძალების მომენტი ძალაშია. სტაბილური წონასწორობის კონტურით, მისი მაგნიტური მომენტი ემთხვევა მაგნიტური ინდუქციური ვექტორით. ეს პოზიცია უკავია კონტურს თავისთავად. მარადიულად ორიენტირებული მაგნიტური ველის მაგნიტური მომენტები ნაწილაკების. განვიხილოთ ეს კითხვა კვანტური მექანიკის პოზიციაზე.

§ 23.6-ში აღინიშნა, რომ ელექტრონულ პულსის მომენტის პროექცია გარკვეულ მიმართულებას იღებს დისკრეტული ღირებულებებს. ამ პროგნოზების გამოვლენის მიზნით, აუცილებელია რაღაცის გამოყოფა ზ.ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული გზა არის მაგნიტური ველის ამოცანა, ამ შემთხვევაში, პულსის ორბიტალური მომენტის პროექცია განისაზღვრება [სმ. (23.26)], უკან დაბრუნება (23.27), ელექტრონული პულსის სრული მომენტის პროექცია (იხ (23.30)] და ატომის პულსის მომენტში პროექცია Z.[სმ. (23.37)] მაგნიტური ინდუქციური ვექტორების მიმართულებით შემოსული

კავშირი იმპულსისა და მაგნიტური მომენტში (13.30) და (13.31) და (13.31) საშუალებას იძლევა ჩამოთვლილი ფორმულების გამოყენება ვექტორთან მიმართებაში შესაბამისი მაგნიტური მომენტის დისკრეტული პროგნოზების მოძიება შემოსულიამრიგად, კლასიკური წარმომადგენლობებისგან განსხვავებით, ნაწილაკების მაგნიტური მომენტები ორიენტირებულია მაგნიტური ველის კონკრეტულ კუთხესთან.

Atom- ისთვის, მაგალითად, (23.37) ჩვენ მივიღებთ მაგნიტური მომენტი პროგნოზების შემდეგ ღირებულებებს r tgმაგნიტური ინდუქციური ვექტორების მიმართულებით:

სად magneton Bora.(იხ. § 13.1), t -ელექტრონული მასა, მ ჯ.- მაგნიტური კვანტური ნომერი, გ.- მულტიპლიკატორი LANDE(G- ფაქტორი) (იხ. § 13.4), ატომური ენერგიის მოცემულ დონეზე, ეს დამოკიდებულია კვანტური ნომრებით ლ, J, S.ნიშანი "-" (25.1) ელექტრონების უარყოფითი ბრალდებით გამოწვეულია.

Atom ენერგია მაგნიტური ველის, იმის გათვალისწინებით, რომ არარსებობის სფეროში, ატომის ენერგია ტოლია ოფორმულა განისაზღვრება

მას შემდეგ, რაც მაგნიტური კვანტური ნომერი mj.[სმ. (23.37)] შეუძლია მიიღოს 2 ჟ +1 ღირებულებები ot. + ჯ.წინ -Jშემდეგ (25.2) იგი შემდეგნაირად, რომ თითოეული ენერგეტიკული დონე მაგნიტური ველის ატომის განთავსებისას გაყოფილია 2j.+1 SUBLEVELS. ეს სქემატურად არის ნაჩვენები ფიგურაში. 25.1 ჯ.\u003d 1/2. ენერგეტიკული განსხვავებები მიმდებარე ტერიტორიას შორის

სუბიექტები თანაბარია

ენერგეტიკის დონის გაყოფა მაგნიტური ველის ატომების სპექტრალური ხაზების გაყოფას იწვევს. ეს ფენომენი ეწოდება zeeman ეფექტი.

ჩვენ დავწერთ გამოხატვას (25.2) ორი sublevels E 1.და E 2,ჩამოყალიბდა მაგნიტური ველის გამოყენებისას:

სად E 01.და E 02.- მაგნიტური ველის არარსებობის არარსებობის ენერგეტიკული დონე. გამოყენებით (23.31) და (25.4), ჩვენ ვიღებთ გამოხატულებას ატომის მიერ გამოყოფილი სიხშირისთვის:

სპექტრალური ხაზის სიხშირე მაგნიტური ველის არარსებობისას;

გაყოფა სპექტრალური ხაზის მაგნიტური ველის. მდებარეობა (25.7) ეს შეიძლება ჩანს, რომ AV დამოკიდებულია მაგნიტური კვანტური ნომერი, Lande Multiplier და მაგნიტური ინდუქციური სფერო. Თუ g 1.= g 2 \u003d გ,ის

მაგნიტური კვანტური რაოდენობის შერჩევის წესების მიხედვით, ჩვენ გვაქვს

ეს შეესაბამება სამ შესაძლო სიხშირეს: N 0 + gm b b / h,n 0, N 0 - gm b b / h,მაგნიტური ველის, სპექტრალური ხაზი გაყოფილია და ტრიპლეტში გადადის (ნახ .25.2). ეს გაყოფა ეწოდება ნორმალური ან მარტივი Zeeman ეფექტი. იგი შეინიშნება ძლიერი მაგნიტური ველით ან g 1.= g 2.

სუსტი მაგნიტური ველებით g 1 ¹ g 2არსებობს zeeman ანომალური ეფექტი, და სპექტრული ხაზების გაყოფა ბევრად უფრო რთულია.

§ 25.2. ელექტრონული Paramagnetic Resonance და მისი სამედიცინო და ბიოლოგიური პროგრამები

მაგნიტური ველის მოთავსებულ ატომზე, სპონტანური გადასვლები იმავე დონის სუპრებს შორის ნაკლებად სავარაუდოა. თუმცა, ასეთი გადასვლები ხორციელდება გარე ელექტრომაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ. წინაპირობა არის ელექტრომაგნიტური ველის სიხშირის სიხშირე, რომელიც შეესაბამება გაყოფილი პილონების ენერგეტიკის განსხვავებას. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია დაიცვას ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის შეწოვა, რომელსაც ეწოდება Მაგნიტური რეზონანსი.

დამოკიდებულია ტიპის ნაწილაკების - მაგნიტური მომენტის მატარებლები - გამოირჩევა ელექტრონული Paramagnetic Resonance (EPR)და ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი (NMR).

EPR გვხვდება ნივთიერებებში, რომელიც შეიცავს პარამენტნულ ნაწილაკებს: მოლეკულები, ატომები, იონები, რადიკალები მაგნიტური მომენტით ელექტრონების გამო. Zeeman- ის ფენომენის შემთხვევები განმარტავს ელექტრონული დონის გაყოფით (აქედან გამომდინარე, რეზონანსის სახელია "ელექტრონული"). ყველაზე გავრცელებული EPR ნაწილაკების ერთად წმინდა spin მაგნიტური მომენტი (უცხოური ლიტერატურა ასეთი ტიპის EPR ზოგჯერ უწოდებენ ელექტრონული Spin რეზონანსი).

EPR გაიხსნა E. P. Zavedsky- ის მიერ 1944 წელს. პირველი ექსპერიმენტებში, რკინის ჯგუფის იონების მარილების რეზონანსული შთანთქმის შეწოვა. Zavorsky მოახერხა შესწავლა მთელი რიგი ნიმუშების ამ ფენომენი.

გამონათქვამებიდან (23.31) და (25.3) ჩვენ მივიღებთ შემდეგი მდგომარეობა რეზონანსული ენერგიის აბსორბცია:

მაგნიტური რეზონანსი აღინიშნება, თუ მუდმივი დარგვა შემცირდა და ელექტრომაგნიტური ველის სიხშირეზე ერთდროულად ფუნქციონირებს ნაწილაკზე. მდგომარეობადან (25.9) აშკარაა, რომ შესაძლებელია რეზონანსი შთანთქმის ორი გზით: ან მუდმივი სიხშირით მაგნიტური ინდუქციის შესაცვლელად, ან მუდმივი მაგნიტური ინდუქციური სიხშირის შეცვლასთან ერთად. ტექნიკურად, პირველი ვარიანტი უფრო მოსახერხებელია.

ფიგურაში 25.3 აჩვენებს ელექტრონის (ა) ელექტრონის დონის გაყოფას და ძალაუფლების შეცვლას სთელექტრომაგნიტური ტალღა ნიმუშის გამო, მაგნიტური ველის ინდუქციაზე დამოკიდებულია (ბ).მდგომარეობის შესრულებისას (25.9), EPR ხდება.

EPR- ში დაფიქსირებული სპექტრალური ხაზების ფორმა და ინტენსივობა განისაზღვრება ელექტრონების მაგნიტური მომენტების ურთიერთქმედებით, კერძოდ, ერთმანეთთან, მყარი გრილისა და ა.შ., გაირკვეს, თუ როგორ იმოქმედებს ეს ფაქტორები სპექტრა.

დავუშვათ, რომ მდგომარეობა (25.9) შესრულებულია. ენერგიის შესანარჩუნებლად აუცილებელია, რომ ნივთიერების ატომებს აქვთ ქვედა რიგიანი მოსახლეობა, ვიდრე ზედა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, გამოწვეული ენერგეტიკული გამოსხივება გაიმარჯვებს.

ელექტრონული პარამაგნიტური რეზონანსი ენერგიის შეწოვა და მოსახლეობის მოსახლეობის მოსახლეობის ზრდასთან ერთად, საპირისპირო პროცესი ასევე ხდება - ქვედა ხაზების არასამთავრობო გრძელვადიანი გადასვლები, ნაწილაკების ენერგია გადაეცემა ქსელში.

ქსელის ნაწილაკების ენერგიის გადაცემის პროცესი ეწოდება spin-lattice დასვენების,იგი ხასიათდება დროის მიხედვით. ჰაისენბერგის თანაფარდობის მიხედვით (23.11), ეს იწვევს დონის გაფართოებას.

ამდენად, რეზონანსული შთანთქმის მიზეზი არ არის ზუსტად ერთი ღირებულება. In, და შემოსულიზოგიერთი ინტერვალი Db(ფიგურა 25.4). ნაცვლად უსასრულოდ ვიწრო აბსორბციის ხაზის, საბოლოო სიგანე ხაზი იქნება: ნაკლები დრო spin-lattice დასვენების, უფრო დიდი ხაზი სიგანე (T 1.< t 2, შესაბამისად მოსახვევებში 1 და 2 ფიგურაში 25.4).

EPR- ის გაფართოების გაფართოება ასევე დამოკიდებულია ელექტრონების (spin-spin ურთიერთქმედების) ურთიერთქმედებაზე და პარამეტრების ნაწილაკების სხვა ურთიერთქმედებებზე. სხვადასხვა სახის ურთიერთქმედება იმოქმედებს არა მხოლოდ შთანთქმის ხაზის სიგანე, არამედ მისი ფორმით.

EPRP, I.E. ინტეგრალური (სულ) ხაზის ინტენსივობით, გარკვეულ პირობებში, გარკვეულ პირობებში პროპორციულია პარაგენტიკური ნაწილაკების რაოდენობის პროპორციულია. იგი შემდეგნაირად, რომ იზომება განუყოფელი ინტენსივობის მიხედვით, ამ ნაწილაკების კონცენტრაციას შეუძლია.

მნიშვნელოვანი პარამეტრების დამახასიათებელი Singlet (Single) აბსორბციის ხაზი არის n PE მოჭრილი, გ(რეზონანსი წერტილი პოზიცია), შესაბამისი (25.9). მუდმივი სიხშირის V ღირებულებით დაჭრილიდამოკიდებულია G- ფაქტორზე. უმარტივეს შემთხვევაში, G- ფაქტორი საშუალებას გაძლევთ, რათა დადგინდეს მაგნიტური სისტემის ხასიათი (spin ან ორბიტალური) ხასიათი. თუ ელექტრონი უკავშირდება ატომს, რომელიც შედის მყარი კრისტალური ლატისით ან მოლეკულური სისტემით, მაშინ ძლიერი შიდა სფეროები გავლენას მოახდენენ. გაზომვა G- ფაქტორი, შეგიძლიათ მიიღოთ ინფორმაცია სფეროებში და ინტრამოლეკულური კავშირების შესახებ.

თუმცა, თუ მხოლოდ singlet აბსორბციის ხაზი მიღებული იქნა კვლევაში, მაშინ ბევრი განაცხადის მაგნიტური რეზონანსული მეთოდები შეუძლებელი იქნება. ყველაზე აპლიკაციები, მათ შორის სამედიცინო და ბიოლოგიური, ეფუძნება ხაზების ჯგუფის ანალიზს. მჭიდრო ხაზების EPR ჯგუფის სპექტრში ყოფნა ჩვეულებრივ მოუწოდებს გაყოფა.EPR სპექტრიდან ორი დამახასიათებელი ტიპია.

Პირველი - ელექტრონული გაყოფა- ეს ხდება იმ შემთხვევებში, როდესაც მოლეკულა ან ატომი არ არის ერთი, მაგრამ რამდენიმე ელექტრონი, რომელიც იწვევს EPR- ს. მეორე - ultrathone გაყოფა- დაფიქსირდა ელექტრონების ურთიერთქმედება ბირთვების მაგნიტურ მომენტში.

EPR- ის საზომი თანამედროვე მეთოდი ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ენერგიის შეწოვას სისტემის ნებისმიერ პარამეტრს ცვლილების განსაზღვრას.

ამ მიზნით გამოყენებული მოწყობილობა ეწოდება EPR სპექტრომეტრი.იგი შედგება შემდეგი ძირითადი ნაწილისაგან (ნახ .25.5): 1 - ელექტრომაგნიტი, ძლიერი ჰომოგენური მაგნიტური ველის შექმნის, რომლის ინდუქცია შეუფერხებლად შეიძლება შეიცვალოს; 2 - ელექტრომაგნიტური ველის მიკროტალღოვანი ემისიის გენერატორი; 3 - განსაკუთრებული

"შთამბეჭდავი საკანში", რომელიც კონცენტრირებულია ინციდენტის მიკროტალღური რადიაციის ნიმუშზე და საშუალებას გაძლევთ საშუალებას გამოავლინოთ ნიმუშის (მოცულობის რეზონარული) მიერ ენერგეტიკის შეწოვა; 4 - ელექტრონული ჩართვა, რომელიც უზრუნველყოფს EPR სპექტრის დაკვირვებას ან ჩაწერას; 5 - ნიმუში; 6 - oscilloscope.

თანამედროვე EPR სპექტრომეტრებში, დაახლოებით 10 GHz გამოიყენება (ტალღის სიგრძე 0.03 მ). ეს იმას ნიშნავს, რომ (25.9), რომ მაქსიმალური შთანთქმის EPR g \u003d.2 არის დაცული -ში\u003d 0, ZTL.

თითქმის EPR სპექტრომეტრებზე, ენერგეტიკული შთანთქმის მრუდი ჩაწერილია (ნახ. 25.6, ა) და მისი წარმოებული (ნახ. 25.6, ბ).EPR მეთოდის ერთ-ერთი სამედიცინო და ბიოლოგიური განაცხადი არის თავისუფალი რადიკალების გამოვლენა და შემოწმება. მაგალითად, Iradiated Proteins- ის EPR სპექტრმა შესაძლებელი გახადა თავისუფალი რადიკალების ფორმირების მექანიზმი და ამის შესახებ პირველადი და მეორადი რადიაციული დაზიანების პროდუქტებში ცვლილებების შეტანა.

EPR ფართოდ გამოიყენება ფოტოქიმიური პროცესების შესასწავლად, კერძოდ, ფოტოინთეზში. ზოგიერთი ნივთიერებების კარცინოგენური აქტივობის შესწავლა.

სანიტარულ-ჰიგიენური მიზნებით, EPR მეთოდი გამოიყენება ჰაერში რადიკალების კონცენტრაციის დასადგენად.

შედარებით ცოტა ხნის წინ, spin-labels- ის მეთოდი შემოთავაზებული იყო ბიოლოგიური მოლეკულების შესასწავლად, რომლის არსიც არის ის, რომ ცნობილი სტრუქტურის მქონე პარამენტნული კავშირი დაკავშირებულია კვლევის ფარგლებში ობიექტის მოლეკულასთან. EPR სპექტრაზე მოლეკულაში ასეთი სპინტის ტეგების პოზიცია გვხვდება. მოლეკულების სხვადასხვა ნაწილების შესასვლელად, შეგიძლიათ მითითებული მდებარეობა სხვადასხვა ჯგუფები ატომები, მათი ურთიერთქმედება, ქიმიური ობლიგაციების სწავლა და ორიენტაცია და მოლეკულური მოძრაობის გამოვლენა. მოლეკულის კავშირი არ არის ერთი, მაგრამ რამდენიმე spin tags, როგორიცაა ორი, საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ინფორმაცია დისტანციებზე დისტანციებზე ჯგუფების და მათი ორმხრივი ორიენტაცია.

Spin Probes ასევე გამოიყენება - paramagnetic ნაწილაკები, რომლებიც არ არის circibically ასოცირდება მოლეკულები. Spin Probes- ის EPR- ის სპექტრში ცვლილება უზრუნველყოფს ინფორმაციას მოლეკულების მდგომარეობის შესახებ. ფიგურაში 25.7 გვიჩვენებს EPR სპექტრი Nitroxyl რადიკალური, რომელიც მოთავსებულია გლიცერინში, როგორც spin probe. ტემპერატურის გაზრდით, გლიცერინის სიბლანტე მცირდება და ეს ცვლის EPR სპექტრს. ამდენად, EPR სპექტრის სახით, შეგიძლიათ მიკრო-სიბლანტის განსაზღვრა - Spin Probe- ის უახლოესი გარემოს სიბლანტე. ასე რომ, კერძოდ, შესაძლებელია მემბრანის ლიპიდური ფენის მიკროტალღოვანი მიკროტალღოვანი მიკროტალღოვანი (იხ. §13.2).

ზოგადად, EPR მეთოდის ბიოლოგიური ობიექტების შესწავლა პროგრამების ფართო სპექტრს წარმოადგენს.

§ 25.3. ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი. NMR-Introscopy (მაგნიტო-რეზონანსული ტომოგრაფია)

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი არ უკავშირდება ატომებისა და მოლეკულების ფიზიკის სფეროში, თუმცა, იმავე თავში EPR- ს, როგორც მაგნიტური რეზონანსის ფენომენი.

ბირთვების მაგნიტური მომენტი ნუკლეონების მაგნიტურ მომენტებში შეჯამებულია. როგორც წესი, ეს მომენტი ბირთვულ მაგნეტებში (მ I); M i \u003d 5.05 10 -27 მ 2. პროტონული მაგნიტური მომენტი დაახლოებით თანაბარია დეპუტატი.\u003d 2,79 მ მე, და ნეიტრონი r tp\u003d -1.91 მ. ნიშანი "-" ნიშნავს, რომ ნეიტრონის მაგნიტური მომენტი ორიენტირებულია.

ჩვენ მაგნეტს მოგცემთ პაპიბირთვულ მაგნეტებში რამდენიმე ბირთვი გამოვლინდა.

ცხრილი 32.

მაგნიტური ველის კერნელის მაგნიტური მომენტი შეიძლება მხოლოდ დისკრეტული ორიენტაციის მიღება. ეს იმას ნიშნავს, რომ ბირთვის ენერგია შეესაბამება ფერდობებს, რაც დამოკიდებულია მაგნიტური ველის ინდუქციაზე.

თუ ამ პირობებში ბირთვის ელექტრომაგნიტური ველის გავლენას ახდენს, მაშინ შეიძლება გამოიწვიოს ცვლილებები სუბკოინებს შორის. განახორციელოს ეს გადასვლები, ასევე ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის შეწოვას, აუცილებელია შეასრულოს მდგომარეობა მსგავსი (25.9):

სადაც g i - ბირთვული ფაქტორი ლანდია.

მუდმივი მაგნიტური ველის გარკვეული სიხშირის ელექტრომაგნიტური ტალღების შერჩევითი შთანთქმის შთანთქმის შეწოვა, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის გამო.

NMR შეიძლება შეინიშნოს მდგომარეობის შესრულებისას (25.10) მხოლოდ ატომური ბირთვებისთვის. ატომებისა და მოლეკულების რეზონანსული სიხშირეების ექსპერიმენტული ღირებულებები არ შეესაბამება (25.10). ამ შემთხვევაში, "ქიმიური ცვლა" ხდება, რომელიც წარმოიქმნება ადგილობრივი (ადგილობრივი) მაგნიტური ველის გავლენის შედეგად, რომელიც შექმნილია ელექტრონული დენებისაგან ატომში. ᲛᲔ.გამოწვეული გარე მაგნიტური ველი. ასეთი "დიამაგნიტური ეფექტის" შედეგად, დამატებითი მაგნიტური ველი გვხვდება, რომლის ინდუქცია არის გარე მაგნიტური ველის ინდუქციის პროპორციული, მაგრამ ამის საპირისპირო მიმართულებით. აქედან გამომდინარე, ბირთვზე მოქმედი სრული ეფექტური მაგნიტური ველის მოქმედი ხასიათდება ინდუქციით.

სადაც S მუდმივი დამცავია, 10 -6 მაგნიტუდის ტოლია და ბირთვების ელექტრონული გარემოს მიხედვით.

აქედან გამომდინარეობს, რომ ამ ტიპის ბირთვებისთვის სხვადასხვა გარემოში (სხვადასხვა მოლეკულები ან სხვადასხვა მოლეკულის განსხვავებული, არა-ეკვივალენტური ადგილები), რეზონანსი სხვადასხვა სიხშირეზეა დაცული. ეს განსაზღვრავს ქიმიურ ცვლას. ეს დამოკიდებულია ქიმიური ობლიგაციების ბუნებაზე, მოლეკულების ელექტრონულ სტრუქტურაზე, ამ ნივთიერების კონცენტრაცია, გამხსნელი, ტემპერატურა და ა.შ.

თუ მოლეკულაში ორი ან მეტი ბირთვი განსხვავებულად იცავდა, ი.ე. კერნელი მოლეკულაში ქიმიურად არ ექვემდებარება ეკვივალენტურ პოზიციებს, მათ აქვთ სხვადასხვა ქიმიური ცვლა. ასეთი მოლეკულის NMR სპექტრი შეიცავს ამ ტიპის ქიმიურად არ არის ქიმიურად არ არის ამ ტიპის ბირთვების ეკვივალენტური ჯგუფები. თითოეული ხაზის ინტენსივობა ამ ჯგუფში ბირთვების რაოდენობის პროპორციულია.

NMR სპექტრი გამოირჩევა ორი ტიპის ხაზების სიგანეზე. მყარი ორგანოების სპექტრი დიდი სიგანეა, ხოლო NMR- ს ეს რეგიონი NMR- ს უწოდებენ ფართო ხაზები.სითხეებში, ვიწრო ხაზები დაფიქსირდა და ეს ეწოდება NMR მაღალი რეზოლუცია.

ფიგურაში 25.8 ნაჩვენებია ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი მყარი (ა) და სითხეებისთვის (ბ).პიკი სიმკვეთრე სითხეებში არის შემდეგი. თითოეული კერნელი თავის მეზობლებთან ურთიერთობს. ამ ტიპის ბირთვული მაგნიტური მომენტების ორიენტაციის შემდეგ, ამ ტიპის წერტილზე განსხვავდება ნივთიერების წერტილიდან, ასევე შეიცვალა სხვადასხვა ბირთვზე მოქმედი მაგნიტური ველი. ეს იმას ნიშნავს, რომ რეზონანსის ბირთვების მთლიანი მთლიანობისთვის ფართო ხაზი უნდა იყოს. თუმცა, თხევადი მოლეკულების სწრაფი მოძრაობის გამო, ადგილობრივი მაგნიტური ველი მოკლევადიანია. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ სითხის ბირთვი იმავე შუა სფეროს გავლენას ახდენს, ამიტომ რეზონანსული ხაზი მკვეთრია.

ქიმიური ნაერთებისათვის, რომელშიც NMR ბირთვი მოლეკულაში ქიმიურად ეკვივალენტური ადგილია, ერთი ხაზი შეინიშნება. უფრო კომპლექსური სტრუქტურის ნაერთები მრავალი ხაზის სპექტრს აძლევს.

ქიმიური ცვლილებებით, სპექტრული ხაზების რიცხვი და პოზიცია შეიძლება დამონტაჟდეს მოლეკულების სტრუქტურას.

ქიმიკოსები და ბიოქიმიკოსები ფართოდ იყენებენ NMR მეთოდს, რათა შეისწავლონ მარტივად არაორგანული მოლეკულების სტრუქტურის შესწავლა ცოცხალი ობიექტების ყველაზე კომპლექსური მოლეკულებით, ასევე ქიმიური რეაქციების ნაკადთან დაკავშირებული მრავალი ამოცანის მოგვარებაში, დაწყებული მასალების სტრუქტურების შესწავლას და შედეგად პროდუქტის რეაქციები. ამ ანალიზის ერთ-ერთი უპირატესობა ის არის, რომ ის არ გაანადგურებს კვლევის ობიექტებს, როგორც მოხდება, მაგალითად, ქიმიური ანალიზით.

მედიცინის ძალიან საინტერესო შესაძლებლობები შეიძლება განსაზღვროს NMR სპექტრი პარამეტრების ნიმუშის ბევრ წერტილში. თანდათანობით, მთლიანი ნიმუში (სკანირება), შესაძლებელია მოლეკულების სივრცითი გავრცელების სრული სურათი, მაგალითად, წყალბადის ან ფოსფორის ატომების (პროტონების ან ფოსფორის ბირთვებისგან, შესაბამისად).

ეს ყველაფერი ხორციელდება ნიმუშის განადგურების გარეშე და, შესაბამისად, შეგიძლიათ შეისწავლოთ ცოცხალი ობიექტები. ასეთი მეთოდი ეწოდება NMR-Introscopy(introscopy იხილეთ § 19.8) ან მაგნიტო-რეზონანსული ტომოგრაფია (MRI). ეს საშუალებას იძლევა განმასხვავებელი ძვლები, ჭურჭელი, ნორმალური ქსოვილები და ქსოვილები ავთვისებიანი პათოლოგიით. NMR-Introscopy საშუალებას გაძლევთ გამოვყოთ რბილი ქსოვილების გამოსახულება, მაგალითად, ვითარდება თეთრი, სიმსივნის უჯრედებისგან ტვინის ნაცრისფერი საკნებში, პათოლოგიური "ჩანართების" მინიმალური ზომებით შეიძლება იყოს მილიმეტრიანი ფრაქცია . მოსალოდნელია, რომ NMR-Introscopy გახდება ეფექტური მეთოდი დაავადების დიაგნოსტიკის ეფექტური მეთოდი, რომლებიც დაკავშირებულია ორგანოებისა და ქსოვილების ქვეყნებში ცვლილებებთან.

EPR- ისა და NMR- ის ენერგეტიკულ ქვეყნებს შორის გარდამავალი ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირე შეესაბამება რადიოს ჯგუფს. ამიტომ, ორივე ფენომენი ეხება რადიო სპექტროსკოპია.