ЯМР құбылысының физикалық негіздері.

Жоспар

Кіріспе

Негізгі бөлім

а) ЯМР құбылысының физикалық негіздері.

б)ЯМР әдісін қолдану

с) Биологиялық белсенді заттар

Қорытынды

Пайдаланған әдебиеттер

Кіріспе

Спектроскопия– физиканың электрмагниттік сәуле шығару спектрлерін зерттейтін саласы. Спектроскопия әдістері бойынша атом, молекула энергия деңгейлерін және олардан құралған макроскопиялық жүйелерді, энергия деңгейлерінің арасындағы кванттық ауысуларды анықтайды. Спектроскопияның негізгі қолданылатын маңызды салалары – спектрлік талдау және астрофизика. Спектроскопияның негізгі даму кезеңдері – 19 ғасырдың басында Күн спектріндегі жұтылу сызықтарын ашу мен зерттеу, шығару және жұтылу спектрлеріндегі байланыс орнату (Г.Р. Кирхгоф, 1859) мен оның негізінде спектрлік талдаудың пайда болуымен басталды. Спектроскопия көмегімен ең алғаш астрономиялық нысандардың – Күн, жұлдыз, тұмандықтардың құрамы анықталды. 19 ғасырдың 2-жартысы – 20 ғасырдың бас кезінде спектроскопия эмпириялық ғылым ретінде дами берді, орасан зор тәжірибелік материал жинақталды, спектрлік сызықтар мен жолақтардың орналасу заңдылықтары ашылды. 1913 жылы Н.Бор бұл заңдылықтарды кванттық теория негізінде түсіндірді. Спектроскопия әр түрлі белгілеріне байланысты жеке салаларға бөлінеді. Электрмагниттік толқындардың ұзындық (немесе жиілік) диапазоны бойынша спектроскопия: радиоспектроскопия, субмиллиметрлік, қысқа толқынды, оптикалық, ультракүлгін, рентгендік болып бөлінеді.

Ядролық магниттік резонанс (ЯМР) – қатты, сұйық және газ тәріздес денелерде радиожиілік диапазонындағы электрмагниттік энергияныңрезонанстық жұтылуы. Мұндай резонанстық жұтылу құбылысы сыртқы магнит өрісіне орналасқан зат ядроларының магнетизміне байланысты пайда болды. Бұл құбылыстың резонанстық сипаты қозғалыс мөлшерінің моменті мен магниттік моменті бар ядролардың қасиетіне сәйкес анықталады. Мұндай ядроның сыртқы магнит өрісімен (Н0) әсерлесуі меншікті, яғни пресцессия жиілігін (ω0) анықтайды: ω0=γН0, мұндай γ – гиромагниттік қатынас, яғни ядроның магниттік моментінің оның қозғалыс мөлшері моментіне қатынасы. Тәжірибеден негізінен осы меншікті жиіліктің мәні анықталады. Көптеген ядролар үшін бұл жиілік 1 – 10 МГц аралығында. Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде ядролардың магниттелушілігі әлсіз (электрондық парамагнетизмнен 106 – 108 есе кем) болады. Резонанстық жиіліктегі радиожиіліктік өріс ядролардың айналуы бағытын өзгертеді, яғни ядролық магниттелушіліктің прецесс. қозғалысын тудырады. Бұл қозғалыс зерттелмекші затты қоршаған индуктивтілік орамада пайда болатын индукциялық ЭІК арқылы анықталады. ЯМР ядролардың магниттік моментін өлшеуге, заттың магниттік құрылымын зерттеуге, химиялық анализде т.б. кеңінен пайдаланылады.

ЯМР құбылысының физикалық негіздері.

ЯМР құбылысын алғаш рет американдық физиктер Ф.Блох пен Э.М.Парселл байқаған. Бұл әдісте сыртқы магнит өрісінде пайда болатын спинді жүйелердің зееман деңгейлерінің арасындағы резонансты ауысулар зерттеледі. Осы екі әдістің арасындағы айырмашылығы теория мен эксперименттегі айырмашылықтарға келтіретін - зерттелетін бөлшектердің магнит моменттерінің абсолюттік мәндері мен таңбаларында және әрекеттесулері жатады. Сонымен қатар, зерттелетін объектілердің және шешілетін есептердің сипаттамаларымен ерекшеленеді.

Ядролардың қомақты бөлігінің I спині нольден ерекше болады, яғни қозғалыс санының меншікті бұрыштық моменті Р=ҺІ. Ядроның заряды оң болғандықтан, яғни I>0 болғанда (классикалық моделі - айналатын зырылдауык) ол параллельді магнит моментімен Р сипатталады

Атомдардың ядролары 1/2 спині бар протон мен нейтрондардан тұрады, осы себептен ядроның суммалық спинінің мәні ядродағы бөлшектердің спиндерінің жұпталғанына немесе жұпталмағанына байланысты. Келесі зандылықтар белгілі: ядроның заряды мен массалық саны жұп болғанда ядроның спині l=0 болады (мысалы, кең тараған,,, т.б. изотоптарда); заряды так, ал массалық саны жүп болатын ядроның спині l= 1, 2, 3... болады (мысалы, т.б. изотоптарда); массалық саны тақ болғанда жэне зарядының кез келген мәнінде ядро спині бөлшекті болады l=1/2, 3/2, 5/2,... (мысалы,, т.б. изотоптарда кездеседі).

Сыртқы магнит өрісі жоқ кезде ядролық магнит моментінің векторының кез келген ориентацияларының ықтималдықтары бірдей, яғни кванттық спин жүйелері азғындалған. Индукциясы В тұрақты магнит өрісі әсер еткенде жүйелердің азғындалуы жойылады да, ядроның спиндері мен магнит моменттерінің 2I+1 дискретті бағытталуы пайда болады. I=0 үшін сыртқы өрістегі энергиялық деңгейлердің бөлінуі болмайды. Протонның (немесе спині I =1/2 басқа бөлшектің) магниттік квант санының тек қана екі мәні =1/2, = -1/2,анықталатын екі спиндік күй болуы мүмкін:бұл күйлер | > жэне|> символдармен белгіленетін меншікті толқындық функцияларымен бейнеленеді. Энергиясы төмен |> күйі магнит моментінің векторы өріс бойымен бағытталуына, ал |> күйі - өріске кері бағытталуына сәйкес келеді. Осы күйлердің энергияларының айырымы келесі теңдеумен өрнектеледі:

Белгілі температурадағы спин күйлерінің толығуына қатынасы Больцман тендеуімен анықталады. В— 1,25 Тл магнит өрісіндегі протондар үшін бөлме температурасында бұл қатынас 1,000007 болады.

Осындай спинді жүйеге радиожиілікті (1 100 МГц) электромагнит өрісімен әсер еткенде (айнымалы магнит өрісінің векторы тұрақты магнит өрісінің бағытына перпендикулярлы болу керек), спин деңгейлерінің арасында ауысулар басталады,

Спектрометрлердің ескі модельдерінде резонанстық жұтылу, яғни тұрақты жиілікті электромагниттік сәуленің жұтылу интенсивтілігінің тұрақты магнит өрісінің интенсивтілігіне тәуелділігі тіркеледі, сөйтіп ЯМР спектрлерін береді.

Сигналдардың интенсивтілігі (сезімталдығы) әдетте аз болады, бірақ айыру қабілеті (сызықтың еніне байланысты) жоғары. ЭПР жағдайындағыдай, сезімталдығы тұрақты магнит өрісінің кернеулігінің өсуіне сәйкес артады, ал айыру қабілеті айнымалы өріс жиілігінің өсуіне сәйкес артады. Протондардыц резонанс жиілігі басқа ядролармен салыстырғанда үлкен, осы себептен протондық магнитті резонанс (ПМР) спектрометрлері көбірек қолданылады.

ЯМР шарты орындалғанда спин жүйесі төменгі жэне жоғарғы энергия күйлерінің толығуы теңескенше энергияны жұтады. Осы кезде қанығуға байланысты ЯМР сигналының бірте-бірте жоғалуын бақылауға болады. Қанығуға жетуіне жүйеніц тепе-тендік күйіне релаксациясы кедергі жасайды.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: