Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Метод ядерного магнітного резонансу




Розглянемо основні принципи, що лежать в основі методу ядерного магнітного резонансу (ЯМР), який був відкритий у 1946 році Ф.Блохом і Е.Парселлом. Ядра, що вміщують непарну кількість нуклонів (протонів і нейтронів), мають відмінні від нуля спінові і відповідно магнітні моменти. Такі ядра є парамагнітними частинками.

У зовнішньому магнітному полі система магнітних ядер розпадається на кілька підсистем, відповідно до двох можливих орієнтацій ядерних магнітних моментів відносно напрямку зовнішнього магнітного поля.

Розглянемо окремий випадок ЯМР - протонний маг­нітний резонанс (ПМР). В цьому разі магнітний момент ядра можна записати так:

де. - спінове квантове число ядра (для протона - ядерний магнетон; - "жи-фактор" для ядра.

У зовнішньому магнітному полі система протонів роз­падається на дві підсистеми (рис. 7.31) відповідно до двох можливих орієнтацій магнітних моментів ядер щодо зовнішнього поля (можливі значення магнітного спінового числі

Рис. 7.10. Розщеплення енергетичного Рис. 7.11. Механізм ви-

рівня протонів у зовнішньому магнітному никнення локального

полі. магнітного поля в місці

знаходження резоную­чого ядра.

Умова резонансного поглинання енергії системою протонів має такий вигляд:

З наведеного вище можна було б зробити висновок, що при фіксованій частоті високочастотного поля всі протони, що входять до складу молекул, будуть давати сигнал поглинання при одному і тому самому значенні індукції магнітного поля Якби це й справді було так, то метод ЯМР не мав би для хіміків та медиків майже ніякої цінності. У реальній ситуації умова ядерного резонансного погли­нання має такий вигляд:

(7.22)

де - додаткове локальне магнітне поле, яке створюється у місці знаходження резонуючого ядра оточуючими ядрами та електронами. Таким чином, визначається хімічною структурою молекули.

Однією з основних причин виникнення таких полів є ефект діамагнітного екранування: зовнішнє магнітне поле індукує електронні струми в молекулі, які викликають появу магнітних полів, спрямованих за правилом Ленца протилежно зовнішньому магнітному полю, тобто

де - стала екранування.

Таким чином, кожний протон знаходиться в деякому ефективному полі, яке характеризується індукцією:

(7.23)

Відмінності в електронному екрануванні протонів, що входять до складу молекули, можуть бути зумовлені різною електронною густиною. Так, наприклад, протони, приєднані до електронегативних груп і атомів галогенам) або розміщені поблизу від них, екрануються слабкіше і дають сигнал ПМР при менших значеннях індукції В зовнішнього поля.

Спектри ПМР рідин складаються з порівняно вузьких ліній, що відповідають структурно-нееквівалентним прото­нам, тобто протонам, що знаходяться в різних Якщо протони, що входять до складу молекули, еквівалентні, то спостерігається одна лінія поглинання (наприклад, для молекули У спектрі ПМР етанолу спостерігаються три лінії, що відповідають трьом групам структурно-еквіва­лентних протонів - гідроксильному метиленовим та метальним (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Спектр ПМР етанола.

Для одержання інформації про досліджувані молекули використовують чотири параметри спектра ПМР:

1. Інтегральна інтенсивність лінії, що визначається площею під кривою поглинання і пропорційна кількості протонів, які знаходяться в даному хімічному оточенні.

2. Положення лінії, або хімічний зсув, яке визначаєть­ся зміщенням лінії поглинання протонів щодо лінії поглинання протонів еталонної сполуки - тетраметілсилану (ТМС). Величина хімічного зсуву вимірюється в безрозмір­них одиницях, що називаються мільйонними частками:

(7.24)

де - значення індукції магнітного поля для сигналу ета­лона.

3. Ширина смуги, яка визначає, як і в методі ЕПР, характер молекулярного руху.

4. Спін-спінове розщеплення. При високій розрізню-вальній здатності приладу лінії поглинання в спектрі етанолу розщеплюються на компоненти: - на чотири, - на три, - на три. Таке розщеплення називається спін-спіновим. Воно виникає внаслідок збурен­ня системи ядерних спінів, для якої спостерігається лінія поглинання, іншою спіновою системою. Можна показати, що система з еквівалентних протонів розщеплює лінію іншої системи протонів на компоненту.

Рис. 7.13. Спін-спінове розщеплення в спектрі ПМР етанола.

Таким чином, дані про інтегральну інтенсивність, хіміч­ний зсув та спін-спінове розщеплення дають змогу одержати інформацію про наявність в молекулі певних функціональних груп та їх кількість, а також про їх взаємне розміщення. Тому спектри ЯМР є "відбитком пальців" молекули. Поряд з цим, метод ЯМР є нині одним з найбільш перспективних для вивчення міжмолекулярних взаємодій в біологічних системах, оскільки міжмолекулярні взаємодії як електростатичної природи, так і донорно-акцепторного ха­рактеру спричинюють перерозподіл електронних густин на взаємодіючих молекулах і відповідно зміни умов екра­нування, що викликає зміну хімічного зсуву.

Як і ЕПР, метод ЯМР успішно застосовується для дослідження біологічних мембран, оскільки аналіз ЯМР-спектрів мембран дає змогу не тільки визначити, скільки певних функціональних груп вміщує досліджуваний об'єкт, а й встановити по ширині смуг поглинання ступінь рухливості відповідних груп в мембранах.

В останні роки, поряд з рентгенівською томографією, набуває широкого застосовування метод ЯМР-томографії, який забезпечує можливість вивчення різних частин макро­скопічного об'єкта на підставі відмінностей сигналу ЯМР, зумовлених градієнтами магнітного поля в різних напрям­ках. Важливою перевагою ЯМР-томографії є відсутність радіаційних пошкоджень та можливість одержати зобра­ження органів всередині черепа або грудної клітки завдяки прозорості повітря і кісткової тканини для радіохвиль.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-24; Просмотров: 384; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.014 сек.