Магниттік резонанстың шарттарының классикалық сипаттамасы

0
266

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік
университеті
Жаратылыстану ғылымдарының
факультеті
Биотехнология және химия кафедрасы

Курстық жұмыс

Тақырыбы: ЯМР спектроскопиясы

Орындаған:БТК-21 тобының студенті
Бегайдарова С.Б.

Тексерген: Биотехнология және

химия кафедрасының

оқытушысы Қасенова Н.Б.

Көкшетау 2014 ж

Жоспары:

Кіріспе

І. ЯМР-дің жалпы теориясы.Резонанс түсінігі.

1.1 Магниттік резонанстық шарттарының классикалық
сипаттамасы

1.2 Резонанс шартының кванттық-механикалық түрі

1.3 Спин-торшалық релаксация

1.4 Спин-cпндік релаксация

1.5 Магниттік релаксацияның табиғаты

1.6 Магнит өрісінің резанансқа әсері

ІІ ЯМР әдісінің түрлері:

2.1 ЯМР спектроскопиясының жоғарғы мүмкіндіктері

2.2 Химиялық ығысу

2.3 ЯМР – спектрометрі

2.4 ЯМР томогрофы

Қорытынды

Қолданылған әдебиеттер

Кіріспе

Осы уақытқа дейін адамзат санасында атом мен молекула құрылысын
оптикалық спектроскопия әдістерінің зерттеулері қарастырған
болатын.Спектрлік әдістердің дамуымен байланысты спектроскопиялық
өлшемдердің дамыған өте жоғары диапозондарда (шамамен 103 – 106 МГц;
микрорадиотолқын) және жоғарғы жиілікте (шамамен 10-2 – 102 МГц;
радиотолқын),заттардың қрылысы жайында жаңа ақпарат көздері осы облыс
жиілігінде негізгі процесс жүреді және басқа да электромагниттік диапозон
спетріндегідей,нақтырақ айтсақ бір энергетикалық деңгейден басқа деңгейге
өткен кезде кванттық энергия өзіне сіңіріп жібереді.
Ядерлік магниттік резонанс — зат бөлшектерінің (электрондардың, атом
ядроларының) магниттік моменттері бағдарларының өзгеруіне байланысты заттың
белгілі бір жиіліктегі  бар бөлшектің энергетикалық деңгейлері сыртқы
магнит өрісінде (Н) магниттік қосалқы деңгейлерге жіктеледі; олардың
әрқайсысына магнит өрісіне (Н) қатысты магнит моменттің белгілі бір бағдары
сәйкес келеді (қ.() электрмагниттік толқындарды таңдап жұтуы. Магниттік
моменті ( Зееман эффектісі) электр-магниттік өріс қосалқы магнит деңгейлер
арасында. Резонанстық жиіліктегі кванттық ауысу туғызады. Резонанс шарты:
• түрінде жазылады (=( мұндағы
• — магнит қосалқы деңгейлер арасындағы энергия айырымы.(
Егер элетр-магниттік энергияны жұту процесі ядролар арқылы жүзеге асса,
онда Магниттік резонанс ядролық магниттік резонанс (ЯМР) деп
аталады. Парамагнит атомындағы қосарланбаған электрондардың магнит моменті
нәтижесінде пайда болатын Магниттік резонансты электрондық парамагниттік
резонанс (ЭПР) деп атайды. Магнит реттелген заттардағы электрондық
Магниттік резонанс ферромагнит және антиферромагнит 103—104) ЯМР-дың
жиіліктері қысқа(Магниттік резонанс деп аталады. Әдетте, қолданылатын
магнит өрістерде ( радиотолқындар диапазонына (106–107Гц), ал ЭПР
жиіліктері аса жоғары жиілік диапазонына (109 — 1010Гц) орналасады.
Магниттік резонанстың спектрлері затта әсер ететін әр түрлі ішкі өрістерге
сезімтал келеді. Сондықтан Магниттік резонанс қатты денелердің және
сұйықтықтардың құрылымын, атом және молекулалық динамиканы, т.б. зерттеу
үшін қолданылады.

І.ЯМР-дің технологиялық мүмкіндіктері

ЯМР әдісі деп аталғанымен ядерлік магниттік резонанс әдісі ядролардың
өзгеруін немесе радиоактивті процестерді зерттейтін ядерлік физикаға қатысы
жоқ.Соған қарамастан магниттік энергия жылу энергиясы ал болып жатқан
қарапайым шарттар мен процестер ,соның ішінде биологиялық процестерге
қатысы жоқ ,себебі термодинамикалық заттардың қасиеттік әсері жоқ.
ЯМР әдісінің негізгі артықшылықтары :
– Жоғарғы мүмкіншілік қабілеті – оптикалық спектрлардан он есе артық.
– Резондаушы ядролардың сандық есебін беру мүмкіндігі.Бұл заттың сандық
анализін жүргізу мүмкіндігін ашады.
– Замануи радиоэлектрондық аппаратура және ЭВМ зерттеуге ыңғайлы,сипатталып
отырған құбылыс өлшемдер алуға болады.Эксперименталдық маңыздылығы
практикада бұл жайыт өте маңызды.
ЯМР-дің спектроскопия түрімен салыстырғанда экспериментатордың
практикалық ешбір шектеусіз және айдаусыз берілген сынақта тиісті жағдайда
спиндік гамильтонианның дамуына және түр өзгертуіне мүмкіндік беруі болып
табылады. Үлкен қиындықтарға байланысты көптеген инфрақызыл және
ультракүлгін спектрлерін шешу мүмкін емес.Бірақ ЯМР- да гамильтонионның
дамуы спектрлерді нақты анализдеу,көп жағдайда қиын спектрлерді оңай шешу
үшін қолданылады .
Ядерлік қатынас әлсіз болғандықтан , оған үлкен әсер етіп керексіз
қатынастарды жоюға болады.Оптикалық спектроскопияда белгілі қатынастар
әлдеқайда үлкен энергияға ие және басқадай өзгерулер мүмкін емес.
ЯМР әдісінін енгізу үшін кедергі болған аппаратураның қиындықтары
және эксплуатация,спектрометрдің жоғары тұруы, әдістің өзінің зерттеушілік
қасиеті.

Резонанс түсінігі

Резонанс ( фр. resonance – үн қосу,дыбыс қайтару)-периодты түрде
сырттан әсер етуші күштің жиілігі тербелмелі жүйенің меншікті жиілігіне
жақындағанда сол тербелмелі жүйедегі еріксіз тербелістер амплитудасының
күрт арту құбылысы; мәжбүр етуші күштің жиілігі жүйе тербелісінің меншікті
жиілігіне жуықттаған кезде жүйедегі мәжбүр тербеліс амплитудасының
кенеттен артып кету құбылысы.
Резонансты алған рет механика және акустикалық құбылыс ретінде итальян
ғалым Г. Галилей ,ал электр магниттік жүйелерде,мысалы,тербелмелі контур
арқылы ағылшын ғалымы Дж. Максвелл(1831-1879) қарастырған (1868). Жүйеге
гармондық сыртқы күш (Ғ) әсер еткенде массасы m-ге тең дененің қозғалыс
теңдеуі мына түрде жазылады:
мұндағы F0 –сыртқы күштің амплитудасы,v-сыртқы әсердің жиілігі,х- ауытқу
,mt–масса жылдамдығы,а-масса үдеуі, b-үйкеліс коэффициенті,k-қатаңдық
коэффициенті.Бұл теңдеудің шешуі болады.Мәжбүрлеуші күштің жиілігі
тербелмелі жүйенің жиілігі жақындаған сайын тербеліс амплитудасының қалай
өсетіні осы формуладан айқын көрінеді.

1.1 Магниттік резонанстың шарттарының классикалық сипаттамасы

Ядерлік магниттік резонанс (ЯМР) – қатты, сұйық және газ тәріздес
денелерде радиожиілік диапазонындағы электромагниттік энергияның
резонанстық жұтылуы.
Мұндай резонанстық жұтылу құбылысы сыртқы магнит өрісіне орналасқан зат
ядроларының магнетизміне байланысты пайда болады.Бұл құбылыстың
резонанстық сипаты қозғалыс мөлшерінің моменті мен магниттік моменті бар
ядролардың қасиетіне сәйкес анықталады.Мұндай ядроның сыртқы магнит
өрісімен (Н0) әсерлесуіменшікті,яғни процессия жиілігін ((0) анықтайды:
(0=үН0, мұндай ү-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 магниттеушілігі әлсіз болады.Резонанстық
жиіліктегі радиожиілілік өріс ядролардың айналуы бағытын өзгертеді, яғни
ядролық магниттеуші процесс қозғалысын тудырады.Бұл қозғалыс зерттелетін
затты қоршаған индуктивтілік орамада пайда болатын индукциялық ЭІК арқылы
анықталады. ЯМР ядролардың магниттік моментін өлшеуге ,заттың магниттік
қрылымын зерттеуге,химиялық анализде тағы басқалары кеңінен пайдаланылады.
Айналатын зарядты q сақиналы ток деп қарастыруға болады,сондықтан ол
өзін магнитті диполь сияқты көрсетеді ,өлшемі мынаған тең:

(=iS (1.1)

мұнда, і – эквивалент тогының күші
S – сақиналы тоқ қамтылған аумақ

Тоқ күші түсінігі негізінде алсақ:

i=qn,

мұнда n=v2(r – секундына заряд айналу саны q;

v –сызықтық жылдамдық;
r -заряд қамтылған аумақ радиусы.
Егер электромагниттік бірлікке келсек және S=(r2 деп есептесек
(1.1) келесідей
жазуға болады:
(=qvr2c.
(1.2)
Айналғыш бөлшек L бұрыштық моментіне ие (немесе импульс моментіне)
өзімен бірге Mvr ұзақтығы бар ось ортасына бағытталған векторды айтуға
болады.Мұнда
L=[rp]=[rv] ,бұл жағдайда r(v . Заряд та ,масса да бір айналымға
қатысады (айнал
малы қозғалыс та),сондықтан магниттік вектор моменті шартты вектор
моментіне
колленеарлы, мынадай қатынаспен байланысты :
=(q2Mc)L=(L
(1.3)
Мұнда (=q2Mc – гиромагниттік қатынас ,бөлшектің жекелей анықтағышы болып
келеді.
Қарастырылып отырған модель нейтральдық бөлшектің магниттік
моментінің болуын да ,не кейбір ядроның теріс магниттік моментін де
түсіндіре алмайды . Магниттік дипольдің классикалық қозғалысын түсіндіру
үшін магниттік жазықтықта молекулалық резонанстың қосымша ақпарат алуға
мүмкіндік береді,әсіресе стационарлық емес құбылыстарда.Классикалық
модельдің кемшілігі ядроның құрылысының қиындығына әкеліп соғады: ядроның
құрамына кіретін әртүрлі ком
бинациядағы орбитальдық және спиндік қозғалыс бөлшектің құрылуы ядроның
толық бұрыштық момент болып шығады. Бұл қосылыс спиндік және орбитальдық
моментінің электронды атомдары мен молекулаларына қатысында өте ұқсас.
1.2 формуласының түсінігі вектор түріндегі магнит моментін
қозғалысының
классикалық бірдейлеріне келесі түрдегідей болады :
ddt=([]
(1.4)
мұнда -сыртқы магниттік жазықтықтың қозуы .
Егер магниттік жазықтығы векторды айналдырса бұрыштық
жылдамдық арқылы айналмалы қозғалысты сипаттауға болады , ddt
түсінігі үшін мынадай
түрге ие :
ddt=[]
(1.5)
1.4 және 1.5 қарама қайшылықтардан =-( (1.6) бұрыштық
жылдамдықпен магниттік жазықтықтың қозғалысы нақты эквиваленттік
айналуға келеді.Бұл жерде ω=(( немесе (=((2( (1.7) мұнда ( [Гц] ,H
[Э] .
Сонымен , векторын -( жылдамдықпен тұрақты векторының
айналасындағы магниттік момент векторы процеске түседі .Бөлшектің айналу
осінің бұрыш арасынан бағытталған жазықтыққа бағытталады (1 сурет).Бұндай
процестің
бұрыштық жылдамдығын ларморлық жиілік ,ал 1.6 Лармор формуласы деп
есептеледі.
Егер біркелкі бұрыштық жылдамдықты -( координаты жүйесіне
келсек ,онда магниттік вектор моменті бағыты мен ауқымдылығына қарамастан
өзгеріссіз қалады.Басқа сөзбен айтқанда , координатаның айналмалы
жүйесінде тұрақты магниттік жазықтық жоқ есебінде болады.

1-сурет. магниттік жазықтығындағы магнит моментінің процесі.

жазықтығынан біраз әлсіз 1 жазықтығын алып қарасақ
векторы перпендикулярлы бағытта үнемі жалпағынан және біркелкі айналып
тұрады.Егер 1
жазықтығының айналу жылдамдығы ларморлық процеске тең болмаса, онда бұл
жазықтық жоғарыда айтылып тұрған координатаның айналу жүйесімен айналады.
Жазықтықтың болуы перпендикулярлық векторын ядерлік моментін
үлкейтуге пайда болған күш [1] арқылы әкеледі.Егер де 1
бағыты айналмалы координата жүйесінде ауысса,онда тиісті моментінің күшінің
бағыты жылдам ауысады және нәтижесінде магнит моменті процесіндегі әлсіз
периодтық терістіктер болады.
Ал егер де 1 жазықтығында лармор жиілігі болса,онда айналмалы
координата жүйесі тұрақты жазықтық сияқты қасиет көрсетеді.Сондықтан күштің
бағыттаушы моменті өзгеріссіз қалады, ол және 0 бұрышының
арасында үлкен өзгерістерге әкеледі,өйткені магниттік моментінің
бағытына үлкен амплитудамен үлкен өзгеріске ұшырайды.Бұл жағдайда резонанс
құбылысының бар екендігін айтады.
Резонанс құбылысына ұқсас құбылысына ұқсас құбылыс 1 жазықтық
бағыты
көрінгенде байқалуы қажет,ал үлкендігі лармор процесінің жиілігі не жақын
келетін
жиілік сунусоидальді таңға қарай өзгереді.Бұл процесс екі бірдей
позициядағы бірдей бұрыштық жылдамдықта бірақ, қарама қарсы бағытта көруге
болады.Сол жазықтық
қарама қарсы бағытта айналатын лармор процесіне резонанстың еш әсері
болмайды.

2-сурет.Вектордың магниттік жазықтықта 1 екі векторда
орналасуы ,
қарама қарсы бағытта айналуы.

Осциллирдеуші белгілі бағыт арқылы практикада магниттік жазықтықта
қолданады мысалы, Х осі арқылы катушкадан , 0 жазықтықтығына
перпендикулярлы ось арқылы ауыспалы ток өтеді, (Н1cos (t+H1sin (t) и
(H1cos (t – H1sin (t).
Егер резонанстың жиілігіне ( сәйкес келсе,катушкадан шығатын
магниттік диполь жазықтықтың энергиясын жұтады,содан соң ху жалпақтығына
бағытталған
магнитті момент векторын қабылдамайды,у осінде орналасқан екінші катушкада
да өзгерістер болады.
Қарастырылып отырған резонанстың классикалық моделінің пайда болуын
түсіндіреді,эксперименттік түрде пайда болуына негізделіп, Н1 жазықтықтың
үзілмейтін электромагниттік энергиядан тұратынын көрсетеді.

1.2 Резонанс шартының кванттық-механикалық түрінде

магниттік жазықтықты қосқанда әр ядро қосымша -(
қосымша энергиясын алады,оны зееман эффектісі деп атайды.

Бұл жағдайда гамильтонион өте жай түрге ие болады.
H=-(
(1.8)
Z осін керекті тұрақты магниттік жазықтық 0 жүргізгенде
H=-(h0Iz
(1.9)

Бұл гамильтонионның негізгі мағынасы (h0 үлкендігіне
орындауы, сондықтан энергия мынаған тең:
Е=-(h0m , m= I , I-1 , … ,
-I (1.10)
Көбінесе магнитті резонансты бақылау үшін өзгермелі магниттік жазықтық
перпендикулярлы тұрақты жазықтыққа бағыттау арқылы болады.Егер жазықтықтың
ауыспалы амплитудасын H0x арқылы белгілесе ,онда бүтін гемильтонионның
ауысуға әкелетін бөлшегі мынандай түрге ие:
Hвозм=-(h0xIxcos(t
(1.11)

(m’(Ix (m) жағдайымен нөлден матрицалық элементпен байланысқан Ix
операторында болады.Сәйкесінше көрші тұрған деңгейлер арасындағы ғана
көшумүмкін,ол мынаны береді:
h(=(E=(h0
(1.12)
немесе
(=(0
(1.13)
Бұл қатынас қандай жаідайда ( анықтауға болатынын білсе, резонансты
бақылауға
болатындай жиілікті есептеуге болады.
r радиусы мен Т периодының маңайындағы қозғалатын m және е масса
бөлшегінің
магниттік және механикалық моментін есептейміз.Бұл жағдайда механикалық
момент
J=mvr=m(2(r2T)
(1.14)
ал магниттік момент
(=iA
(1.15)

(А аумағын алатын , і тогын системасы ретінде қарастырамыз) Солай
болғандықтан i= (ec)(1T), шығатыны

(=(еc)((r2T).
(1.16)

( және J арасындағы есептелген салыстырмалы мағынасы мынаны береді
(=(J=e2mc.Сонымен қатар лабороториялық жағдайдаалынатын ең күшті
магниттік жазықтықты қолданған жөн ,себебі квант көлемі мен резонанс
сигналы өседі.

Штерн –Герлах эксперименті

Микробөлшектің дискреттік жағдайында әртүрлі магниттік қасиеттері
болады,ал магнит момент қасиетінің түсінігі үшін кванттау болады.
Ең алғаш рет магниттік моменттің дискретті қасиеті классикалық
эксперимент түрінде Штерн мен Герлах іске асырған болатын.Ең алдымен
электрондар үшін жүргізген бұл қарапайым жұмыс схемасы келесіден тұрады
(3сурет).Натрий жағылған катод вакуумда жылытылады .Натрий атом шоғырлары
фокусирленетін саңылаулар жүйелері арқылы магнит полюстері арасында
кеңістікке жіберіледі.Магниттік жазықтық әртекті болады, соның ішінде, Нz
жазықтығының компоненті Z-координатасына тәуелді; дНzдz ≠ 0 натрий атом
шоғырларының тіркеуге магнитке пластина орналасастырады.Егер магнит
жазықтығы болмаса ,онда шоғыр пластина орталығында фокусирленеді
(Δl=0).Алып қарасақ ,натрийдің 2s-электрон атомы өзінің магниттік
моментке ие болса μе ,онда біртекті емес магниттік жазықтықты
электронына салғанда Ғ күші әсер етеді,Z осі тең болатын проекция
Fz=(μe)z*(дНдz),
(1.17)

мұнда (μе )z -z осі электроны магнит моментіне проекциясы.
Бұл күш орталықтан шоғырдан ауытқу береді.Электрон магнит моментінің
проекциясының көлемін анықтау үшін шоғырдың ауытқу көлемі Δl өлшеу
үшін
пайдаланады.

3-сурет.Штерн-Герлах эксперименттің схемасы.

Бұл тәжірибелердің қызықты нәтижесі ±Δl қашықтықта орталықтың оң
және сол
жағында орналасқан пластинада екі компоненттің (дуплет)көзге түсуі. Бұл
нәтиже әр
түрлі мағынамен сипатталатын магниттік момент ±(μе)z проекциясы бар
әртүрлі бөлшектері бар жүйелердің бар екендігіне дәлел бола алады.
Белгілі модификацияларда Штерн мен Герлах эксперименті ядро жағдайына
келуі мүмкін ,ядерлік магнитті моменттің өте аз мөлшерінде болады.Сонымен,
кейбір ядролар үшін екі емес,одан да көп компонент саны байқалады.

1.3. Спин-торшалық релаксация

Ядерлік спиндер әр кезде өз қоршауымен қарым қатынаста болады,бірақ
бұл қатынас тек қана спиндік температура мен торша температурасы
ажыратады.Әйткенмен, екі жүйе арасындағы әлсіз қарым қатынастың арқасында
жылулық тепе теңдіктің жылдамдығын қарастыру қажет.Бұл процесс ЯМР
табиғатын құруда басты рөлді атқарады.
0 тұрақты магниттік жазықтығына кіргізілген ядро жүйесін
қарастырайық.Термия
лық ауысу үшін қатынастан басқа торшалы спиндік ядроның жүйесінен басқа
ығысуға мүмкін болатын осы жүйенің керекті жағдайын қажет етеді.Бұл
жағдайы арақашықтығы дәл ядерлік жүйедегідей ,резервуардың (торша) тек
қана 2 энергия деңгейі бар деп суреттеуге болады.
Егер ядро мен резервуар басынан қарама қарсы жағдайда болса (4
сурет).онда бір уақытты сызықпен келтірілген ығысу энергия сақтау заңын
қанағаттандырады.Солайша,ядро өзінің энергиясын торшаға бере алады.Басқа
жағынан қарасақ, егер екі жүйе дк жоғарғы жағдайда болса, онда бір
уақыттағы ығысу энергия сақталмағандықтан мүмкін емес.Спин торшалық қатынас
болғанда теңдік бұзылады,себебі резервуар ығысуға мүмкін болатын жағдайда
болғандықтан,
ядерлік ығысудың жылдамдығына қарайды.

4-сурет. а- рұқсат етілген б-рұқсат етілмеген.

Жүйеге қайта оралып,мынаны аламыз:
(n – nравн.)=(n – nравн.)0exp(- tT1),

n-екі деңгейдің әртүрлі орналасуы немесе орналасудың көп болуы.

Ядроның артық санының арасындағы әртүрлілік уақыттың еркін момменті
және оның түсінігі жылулық теңдікте е есе азаяды.Бұл уақыт спиндік ядерлік
жүйенің басқа бос сатыға жылулық тепе теңдікке ағысып,жылдамдықты
сипаттайды. Т1 үшін магниттеу керекті уақытты талап етеді деп айтуға
болады.
Спин-торшалық релаксация процесі резонанс сызығының үлкеюіне
әкеледі.Кеңейтудің көлемі сол процесс арқылы өзгереді.
(((((((t,
(1.19)
мұнда (( [Гц].
(2.19) (t-резонанс жиілігі түсінігі белгісіздікке әкеледі,яғни сигналды
тарылтуға себепші болады.
Спин-торшалық релаксацияның уақыты қоршаған орта мен ядро түріне
байланысты.
жоғары мағыналы спин флуктуирланған электрондық жазықтығымен
қатынасатын квадрупольдік моменті үлкен мағынаға ие.Сондықтан Т1
түсінігі мұндай ядро үшін аз.Сұйықтықтар үшін спин торшалық релаксация
уақыты 10-2 – 102 с. тең ,ал қатты денелер үшін Т1 10-4 – 104 с.

1.4 Спин-спиндік релаксация

Ядро мен торша арасындағы қатынастан басқа ядролар өздігімен қатынаса
алады.
Бұл процесс Т2 деп белгіленетін спин спиндік уақыт арқылы сипатталатын
процесс .
Ядроның әр магниттік моментіне тек қана Н0 тұрақты магниттік жазықтығы
емес,сонымен қатар магниттік ядроны туғызатын ілсіз локальды магниттік
жазықтық
лок әрекеттеседі.r қашықтықтағы магниттік диполь (r3 жазықтығын
құрайды.
r ұзындығымен лок жазықтығы жылдам түседі,сондықтан айтарлықтай
өзгерісті тек қана жақын көрші ядро ғана іске асыра алады.Сол себепті
әртүрлі ядролар әртүрлә тұрақты магниттік жазықтықта болады. Резонансытың
белгілердің жиіліктің белгісіздігі сызықтың кеңеюіне әкеледі.Сұйық,газ
және кейбір қатты денелер молекулалары ориентациясы мен диффузиясы өте тез
ауысатыны соншалықты лок
қатты торшасына қарағанда локальді магниттік жазықтық өте кіші өлшемге
дейін кішірейеді (104 – 105 есе).Тиісінше мұндай кішірейуімен тар
резонанстық сызықтардың таралуы байқалады.Резонанс теңдеуі көмегімен
лок жазықтығының
көлемі арқылы лармор процесінің жиілігін табуға болады :
((((локIħ. (1.20)

Егер уақыттың кез келген сәтінде ядерлік диполь фазада процеске
түссе,онда процестің фазалары қайту үшін керекті уақыт , (Δν)-1 бұл
уақытты Т2 уақытының
бөлімі ретінде қарастыруға болады.
Ядерлі спиндер Н0 сыртқы магнит жазықтығының бағыты қатты денеде
процеске түсе алады.Сондықтан олардан пайда болған локальдық жазықтықты
0 статикалық компонентіне жатқызуға болады.Бұл компонент көрші тұрған
ядроны индуцирлей
алатын магниттік жазықтықты өндіретін қосылыс, егер бұл ядро сондай
жиілікпен процеске түседі.Нәтижесінде j магниттік жазықтықты шығаратын
лармор жиілігімен осциллирленетін j ядросы і ядросын ығыстыруы мүмкін .Бұл
процесс үшін энергия j ядросынан алынады және бір уақытта екі ядроның
орын бағытталуы болады, яғни ядроның жалпы энергия сақталу кезіндегі
энергия алмасу.(5 сурет)

5-сурет.Ядерлік магниттік диполь арқылы туатын локальды жазықтық

Бірақ берілген энергетикалық деңгейде әсер ету уақыты азаяды.Ядроның
фазасы (Δν)-1 уақытында өзгеріп тұрса,дәл сондай реттілік үшін спиндік
айырбас үшін бұл процесс уақыт интервалын шақырады.Бұл процесс Т2 уақытын
азайтуға шақыратын процесс,яғни лок реттілігінің көлемінде
резонанс сызығының тарылуы.Белгілі бір жағдайда спиндердің өмір ұзақтығы
ретінде белгіленетін екі фактор да Т2 көлемінде есептеледі.Спетрлік
сызықтың теріс көлемін түсіндіреді :
Т2=1(πΔν).
(1.21)

Дипольдық кеңейту мен спин спиндік айырбастау – бұл бір ғана құбылыстың
интерпритацияның екі бірдей келуі емес.А жіне В ядросының арасында бірдей
спин спиндік бірдейайырбас болуы мүмкін емес, яғни екі процесс қатты
айырмашылықпен ажыратылады.Бірақ А және В ядросының арасында дипольдік
қатынас байқалады,сөйтіп сигналдың кеңеюі де болады.
Спин-торшалық және спин-спиндік релаксациядан басқа ЯМР-дің сызығының
басқа да себептері бар екенін айта кету керек. Бұған тұрақты магниттік
жазықтығының біркелкі еместігі әкеледі.

1.5 Магнитті релаксацияның табиғаты

Релаксация механизмі нәтижелі әрекет ету үшін, 2 шартты орындау керек.
Кейбір қатынастар болатындай :
– спинге үлкен әсер ету керек;
– уақытқа байланысты.
Кез келген қозғалыс статикалық қатынас спектрі сызықтардың
қарқындылығына,үлкейтпей әсер етеді.
Кез келген қозғалыс типтерімен пайда болатын ядро типтерімен қатынаста
болатын релаксацияның механизмін шарттары бар :
– өз арасындағы магнитті ядроның диполь дипольдық қатынастары;
– локальдық жазықтықтың флуктуациясы хаотикалық қозғалыс жасайтын,
молекулада қатты онизотроптық химиялық ығысуға негізделген.
– зерттеліп жатқан үлгідегі спиндер арқылы буланбаған электрондар
парамагнитті қоспаны күшті магниттік жазықтармен.
Релакционды процестер-үлкен және айтарлықтай қиын магниттік
резонанстың бөлімі.Әр механизмнің теориялық түсіндіру мен жекелей
қарастыруды талап етеді.Квадрупольдық қатынастың әсерін қарастырсақ, ЯМР
спетрлерінің көп заттарына айтылып отырған релаксация түрі өте көп әсерін
тигізеді.
Спині бар ядро, ½ мөлшерінен асса,сферикалық симметриясы жоқ ядерлік
зарядтың орналасуын білідреді.Нәтижесінде,бұндай ядролар квадрупольді Q
моментіне ие.Теріс немесе оң Q белгісі спин бағытымен бірдей ,ось бойына
заряд орналасқан тартылған немесе жалпиған эллипсоид орамада болады.Ядролар
электрондық дипольдық моментке ие емес, сондықтан дро энергиясы біркелкі
электрлік жазықтықтың орналасуынан ядроның энергиясына қатысты емес. Бірақ
,электрлік жазықтықтың градиентінің болуы квадрупольдықмоментпен процеске
түсіп,ядролық магниттік деңгейдің ығысуын шақырады.
Электрлік жазықтықтың градиенті молекуласының өзімен пайда болса, солай
кристалдағы айналасымен де бола береді.Броун қозғалысы қатысымен сұйықтық
пен газда электрлік жазықтықтың молекулааралық градиенті нөлге
жақындайды.Бірақ бұл ковалентті байланыстағы молекула ішілік градиентке
жатпайды.Орташаланған … жалғасы

Дереккөз: https://stud.kz