рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Ядра в отсутствии магнитного поля

Ядра в отсутствии магнитного поля - раздел Электротехника, Ядерный магнитный резонанс ЯМР   Для Того Чтобы Понять, Как Проходит Ямр-Эксперимент И Предска...

 

Для того чтобы понять, как проходит ЯМР-эксперимент и предсказать его результаты, нам нужен аппарат, с помощью которого мы можем «визуализировать» временную эволюцию спиновой системы. Если бы мы рассматривали индивидуальный спин, то нам потребовался бы квантово-механический формализм, поскольку его поведение на атомном уровне не подчиняется законам ньютоновой механики. Например, если бы мы попытались измерить x и y компоненты намагниченности одиночного протона, мы бы получили один из возможных ответов: +½ или – ½ (в единицах ħ). Однако при повторных измерениях результат не всегда был бы один и тот же. Другими словами, отдельное ядро ведет себя не как классический объект.

Теперь рассмотрим образец, состоящий из множества одинаковых ядер со спиновым числом I = ½. В этом случае угловой момент можно представить вектором длиной [I(I +1)]1/2 единиц с z-компонентой длиной mi единиц и этот вектор лежит где-то внутри конуса вокруг оси z (Рис. K1.10).

Рис. К1.10. Векторная модель момента количества движения (углового момента) одиночного ядра со спином ½. Угол относительно оси z не определен

В отсутствие магнитного поля в образце находится одинаковое число спинов с различной энергией, а их векторы находятся внутри конуса под случайным углом φ к оси z (Рис. K1.11). Намагниченность образца M (результирующий импульс ядер) равен нулю.

 

Рис. К1.11. Намагниченность образца из ядер со спином ½ есть совокупность их магнитных моментов. В отсутствие внешнего магнитного поля существует одинаковое число спинов с различной энергией под случайным углом относительно оси z (направление поля) и суммарная намагниченность равна нулю

 

 

Два изменения происходят с намагниченностью ядер в присутствие магнитного поля. Первое из них – возникновение прецессии ядер.

Ситуация напоминает хорошо известный эффект механического волчка. Ось вращения частицы движется по круговой орбите. Тогда говорят, что она прецессирует вокруг вектора магнитного поля (Рис. К1.13). Угловая частота прецессии ω0 пропорциональна напряженности приложенного поля B0

ω0 = γB0(рад·сек-1)(K1.11)

Угловую частоту можно перевести в частоту прецессии ν0, разделив ее на 2π

ν0 = γB0/2π (Гц ) (K1.12)

Уравнение K1.12 называют уравнением Лармора. Его можно использовать для описания фундаментального явления ЯМР, если рассматривать ядро как вращающийся магнит. Ларморову частоту можно приравнять к резонансной частоте, полученной из квантовомеханических соображений. Таким образом, константа пропорциональности γ соответствует гиромагнитному отношению ядра в квантовомеханическом описании. В классическом же описании вращающееся ядро «резонирует» с частотой прецессии (ларморовой частотой), пропорциональной приложенному полю и гиромагнитному отношению. Энергия системы зависит не от магнитного момента ядра μ, а от его проекции на ось магнитного поля B0 (обычно ось z).

Рис. К1.13. a) Согласно классической механике, индивидуальный магнитный момент µ прецессирует вокруг оси приложенного внешнего поля B0 под некоторым углом к нему. Это явление называется прецессией Лармора. Оно аналогично прецессии вращающегося гироскопа в гравитационном поле земли (б)

 

В Таблице K1.3 представлены ЯМР-свойства нескольких магнитных ядер во внешнем магнитном поле напряженностью 14.1 T.

Таблица К1.3. Частоты ЯМР (в поле напряженностью 14.1 Т) и естественное содержание некоторых ядер

  Ядро   ν (МГц) Естественное содержание в %
1H 99.985
13C 150.9 1.108
15N 60.75 0.37
19F 564.75 100.0
31P 243.15 100.0

 

Вторым изменением, которое происходит с намагниченностью ядер во внешнем магнитном поле, является изменение заселенности двух спиновых состояний согласно распределению Больцмана. Несмотря на совсем небольшой дисбаланс в заселенности, возникает намагниченность, которая может быть представлена вектором M,направленным к оси z и имеющим длину, пропорциональную разности заселенности уровней (Рис. K1.14).

Рис. К1.14. В присутствие внешнего магнитного поля спины прецессируют, очерчивая конус, также происходят изменения в заселенности двух спиновых состояний. В результате возникает намагниченность вдоль оси z.

 

В рамках классической модели ядерный резонанс описывается в терминах прецессии вектора намагниченности вокруг вектора приложенного постоянного магнитного поля B0 с ларморовой частотой прецессии. Для того чтобы представить себе влияние радиочастотного импульса, удобнее работать с векторной моделью. Один из подходов заключается в том, чтобы рассматривать объект во вращающейся системе координат. Тогда оси x, y, z декартовой покоящейся системы координат заменяют на оси x΄, y´, z´ системы координат, вращающейся с ларморовой частотой. В такой системе координат вектор будет стационарным.

Концепцию вращающейся системы координат можно пояснить следующим образом. Мы традиционно отмечаем наше положение относительно земли, координатной системы, которая вращается со скоростью 2π/24 рад·час-1. Человек, стоящий «неподвижно» на экваторе будет казаться внешнему наблюдателю движущимся со скоростью более 1000 миль·час-1. И если этот человек подкидывает мяч вверх, позволяя ему падать на землю, то для него самого мяч будет взлетать и падать по вертикали, как тело, на которое не действуют горизонтальные силы. Для внешнего же наблюдателя мяч будет описывать сложную кривую (параболу).

Концепция вращающейся системы координат крайне полезна, так как упрощает рассмотрение вращения вектора намагниченности и в ней легче понять работу сложной последовательности импульсов, если вектор намагниченности считать стационарным в равновесном состоянии.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Ядерный магнитный резонанс ЯМР

ЯМР как разновидность спектроскопии.. Метод ядерного магнитного резонанса ЯМР является разновидностью спектроскопии основанной на поглощении электромагнитного излучения в..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Ядра в отсутствии магнитного поля

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Магнитные свойства ядра: ядерный спин
Квантово-механическое понятие спина нельзя описать строго в классических терминах. Однако свойства некоторых ядер поддаются описанию в рамках модели, в которой они ведут себя как сферические

Действие радиочастотного поля
Рассмотрим влияние магнитной компоненты радиочастотного поля в плоскости xy. Предположим, что мы выбрали частоту осциллирующего поля, равную ларморовой частоте спина. Тогда ядро испытывает д

Процессы релаксации
В ЯМР наблюдаются два типа релаксационных процессов. В первом поглощенная энергия отдается в окружающую среду, а во втором она перераспределяется внутри системы. Первый тип связан с устано

Химическиe сдвиги
Рис. К1.20 Внешнее магнитное поле B0 вызывает циркуляцию электронов в атоме в пределах своих орбиталей

Общие принципы
  В самом начале становления ЯМР-спектроскопии (1945-1970) для получения спектров использовался так называемый постоянный режим, когда образец непрерывно облучался слабым радиочастотн

Одноимпульсные эксперименты
Последовательность событий   В этом параграфе мы опишем ЯМР-эксперименты с использованием только одного импульса. На рис. K2.7 показана посл

Измерения времени спин-спиновой релаксации T2 методом спинового эха
  Определение времeни спин-спиновой релаксации T2 сопряжено c некоторыми трудностями, связанными с тем, что на практике определяется эффективное время спин-сп

Перенос поляризации с одних ядер на другие
  Другая важная группа многоимпульсных экспериментов включает в себя методы переноса поляризации с одних ядер на другие для усиления «чувствительности» некоторых из них. Напоми

Ядерный эффект Оверхаузера
Перенос поляризации между спинами в пространстве через диполь-дипольное взаимодействие называется эффектом Оверхаузера. Процедура переноса для системы из двух спинов показанa на рис. K2.19. Насыщаю

NOE и межъядерные расстояния
Для понимания принципа работы NOE рассмотрим систему из двух протонов в молекуле, один из резонансных пиков которой насыщен, как это было описано выше (Рис. K2.20). Вследствие модуляции диполь-дипо

Многомерные и многоядерные эксперименты
Термин «одномерный» ЯМР применяется к экспериментам, в которых преобразованный сигнал представлен функцией только одной частоты. По аналогии, в двумерном ЯМР-спектре координатные оси соответствуют

Установление равновесия -90o↓ – kt1 –↓ 90o- детектирование
  Рис. К2.26 Последовательность импульсов в COSY в графическом (верх) и сжатом (низ) представлении   Рассмотрим два скалярно сопряженных протона A и B

Многомерный гомоядерный ЯМР
По аналогии с координатными осями 2D-ЯМР, в 3D- и 4D-ЯМР-спектрах они соответствуют третьей и четвертой частотной области. Напоминаем, что все 2D-эксперименты построены по одной основной с

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги