рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Процессы релаксации

Процессы релаксации - раздел Электротехника, Ядерный магнитный резонанс ЯМР В Ямр Наблюдаются Два Типа Релаксационных Процессов. В Первом Поглощенная Эне...

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 установлением теплового равновесия в ансамбле ядер с различной энергией. В отсутствие магнитного поля два энергетических уровня, доступные для ядер со спином ½, имеют одинаковую энергию и поэтому одинаково заселены. Как уже отмечалось выше, в присутствие магнитного поля эти уровни расщепляются и их заселенность становится разной. Если ларморовы частоты ядер одинаковы, они будут находиться в фазе друг с другом и приобретут способность обмениваться энергией. По мере того, как система экспоненциально возвращается к тепловому равновесию, z-компонента намагниченности возвращается к своему равновесному значению M0 с временной константой, называемой временем продольной релаксации T1. Константа T1 отражает эффективность взаимодействия между ядерным спином и его окружением (решеткой) и также называется временем спин-решеточной релаксации. Спин-решеточная релаксация – это энергетический эффект. Маленькие значения T1 говорят о более эффективном взаимодействии и наоборот. Времена спин-решеточной релаксации лежат между 10-3 и 102 сек для жидкостей, а для твердых тел этот диапазон даже больше.

 

Рис. К1.17. Влияние радиочастотного импульса на магнитный момент индивидуальных спинов в образце (если смотреть вниз по направлению оси z). Начиная с равновесного состояния со случайными значениями фазы (а) импульс, направленный вдоль оси x во вращающейся системе координат, заставляет спины принимать определенную ориентацию (б), вызывая в образце намагниченность в направлении оси y. Такая фазовая корреляция среди спинов называется спиновой когерентностью. После выключения поля спины снова принимают случайную ориентацию за время поперечной релаксации T2 (в)

Второй тип релаксации показан на рис. K1.17. Рассмотрим группу ядер, прецессирующих в фазе вокруг вектора магнитного поля вдоль оси z. Возникает вращающийся магнитный вектор с компонентой в плоскости xy. Если в результате какого-то процесса ядра теряют фазовую когерентность, в плоскости xy образуется столько же положительных компонент, сколько и отрицательных, и результирующий вектор движется к оси z (Рис. К1.17(б)). Разупорядочивание, т.е. затухание x или y компонент намагниченности до нуля, происходит экспоненциально с временной константой, называемой поперечным временем релаксации T2.

Время релаксации T2 соотносится с шириной спектральной линии как:

(К1.13)

где Δv1/2 – полуширина линии. Для протонного ЯМР характерны значения величины T2 порядка нескольких секунд, что соответствует ширине линии примерно 0.1 Гц.

Общая картина возврата системы спинов к равновесию носит сложный характер, поскольку оба типа релаксации всегда присутствуют в ЯМР-эксперименте (Рис. К1.18).

 

Рис. К1.18. Общая картина возврата системы спинов к равновесию: (a) в пространстве, (б) в y-плоскости и (в) в z-плоскости (Skoog et al. 1995)

До сих пор мы допускали, что используемый нами магнит идеален и различия ларморовой частоты возникают только из-за взаимодействий в образце. На практике же магнит отнюдь не идеален, и поле в разных точках образца различно. Такая негомогенность является одной из основных причин уширения резонансных линий. Обычно степень негомогенного уширения выражают в терминах эффективного времени поперечной релаксации T2 через уравнение, сходное с (К1.13):

(К1.14)

где Δv1/2 – наблюдаемая полуширина. Например, если линия 1H-ЯМР-спектра имеет ширину 5 Гц, то эффективное время поперечной релаксации равно

(К1.15)

 

Влияние окружения на спектры ЯМР

 

Ларморова частота каждого ядра в значительной степени зависит от его химического окружения. Вследствие этого ЯМР-сигналы различных молекул дают богатую информацию, которую можно использовать для определения их химической структуры. Спектр этанола, показанный на рис. К1.19, иллюстрирует два типа влияния окружения. Кривые на этом рисунке, полученные с помощью спектрометра, имеющего низкое разрешение, имеют три резонансные линии, чьи площади, с отношением 1:2:3, соответствуют протонам с различными частотами прецессии. Логично приписать эти пики протонам гидроксила, метилена и метила. Сдвиг частоты поглощения ядра зависит от группы, с которой оно связано, и называется химическим сдвигом. Спектр на рис. К1.19(б), полученный с более высоким разрешением, показывает, что две из трех протонных полос расщепляются на дополнительные полосы. Этот вторичный эффект окружения называется спин-спиновым расщеплением.

 

Рис. К1.19. ЯМР-спектры этанола, полученные с различным разрешением при рабочей частоте 60-МГц: (а) низкое разрешение: площади полос соотносятся друг с другом как 1:2:3, и каждый пик соответствует протонам различных химических групп – ОН, СН2 и СН3; (б) высокое разрешение: протонные спектры показывают значительно большее число линий – резонансный пик CH2 расщепляется на четыре линии, а пик СН3 на три (Skoog, et al. 1995)

Химические сдвиги и спин-спиновое расщепление очень важны для структурного анализа молекул. В эксперименте эти два эффекта различаются довольно легко. Разделение полос в результате химического сдвига всегда прямо пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, тогда как спин-спиновое расщепление, как правило, от него не зависит.

 

– 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: Процессы релаксации

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

Ядра в отсутствии магнитного поля
  Для того чтобы понять, как проходит ЯМР-эксперимент и предсказать его результаты, нам нужен аппарат, с помощью которого мы можем «визуализировать» временную эволюцию спиновой систем

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

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