Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

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.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Спін-імунологічний метод	\|	Типові задачі з еталонами розв 'язків

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.