Rezonancë magnetike. Rezonancat magnetike Zbatimi i metodës së rezonancës magnetike bërthamore në inxhinierinë mekanike

Thelbi i fenomenit
Para së gjithash, duhet të theksohet se megjithëse emri i këtij fenomeni përmban fjalën "bërthamore", NMR nuk ka asnjë lidhje me fizikën bërthamore dhe në asnjë mënyrë nuk lidhet me radioaktivitetin. Nëse flasim për një përshkrim të rreptë, atëherë nuk ka asnjë mënyrë për të bërë pa ligjet e mekanikës kuantike. Sipas këtyre ligjeve, energjia e bashkëveprimit të një bërthame magnetike me një fushë magnetike të jashtme mund të marrë vetëm disa vlera diskrete. Nëse bërthamat magnetike rrezatohen me një fushë magnetike alternative, frekuenca e së cilës korrespondon me diferencën midis këtyre niveleve diskrete të energjisë, të shprehura në njësi frekuence, atëherë bërthamat magnetike fillojnë të lëvizin nga një nivel në tjetrin, ndërsa thithin energjinë e alternimit. fushë. Ky është fenomeni i rezonancës magnetike. Ky shpjegim është formalisht i saktë, por jo shumë i qartë. Ka një shpjegim tjetër, pa mekanikën kuantike. Bërthama magnetike mund të imagjinohet si një top i ngarkuar elektrikisht që rrotullohet rreth boshtit të tij (edhe pse, në mënyrë rigoroze, nuk është kështu). Sipas ligjeve të elektrodinamikës, rrotullimi i një ngarkese çon në shfaqjen e një fushe magnetike, d.m.th., momentin magnetik të bërthamës, i cili drejtohet përgjatë boshtit të rrotullimit. Nëse ky moment magnetik vendoset në një fushë të jashtme konstante, atëherë vektori i këtij momenti fillon të paraprihet, d.m.th., të rrotullohet rreth drejtimit të fushës së jashtme. Në të njëjtën mënyrë, boshti i pjesës së sipërme preces (rrotullohet) rreth vertikalës nëse nuk është i zbërthyer rreptësisht vertikalisht, por në një kënd të caktuar. Në këtë rast, roli i fushës magnetike luhet nga forca e gravitetit.

Frekuenca e precesionit përcaktohet si nga vetitë e bërthamës ashtu edhe nga forca e fushës magnetike: sa më e fortë të jetë fusha, aq më e lartë është frekuenca. Pastaj, nëse, përveç një fushe magnetike të jashtme konstante, bërthama ndikohet nga një fushë magnetike alternative, atëherë bërthama fillon të ndërveprojë me këtë fushë - duket se bërthama e lëkundet më fort, amplituda e precesionit rritet dhe bërthama thith energjinë e fushës alternative. Sidoqoftë, kjo do të ndodhë vetëm në kushtet e rezonancës, d.m.th., koincidencës së frekuencës së precesionit dhe frekuencës së fushës së jashtme alternative. Ky është i ngjashëm me shembullin klasik nga fizika e shkollës - ushtarët që marshojnë nëpër një urë. Nëse frekuenca e hapit përkon me frekuencën natyrore të urës, atëherë ura lëkundet gjithnjë e më shumë. Eksperimentalisht, ky fenomen manifestohet në varësinë e përthithjes së një fushe alternative nga frekuenca e saj. Në momentin e rezonancës, përthithja rritet ndjeshëm, dhe spektri më i thjeshtë i rezonancës magnetike duket kështu:
Spektroskopia e transformimit Furier
Spektrometrat e parë NMR funksionuan saktësisht siç përshkruhet më sipër - mostra u vendos në një fushë magnetike konstante dhe rrezatimi i frekuencës së radios aplikohej vazhdimisht në të. Pastaj ose frekuenca e fushës alternative ose intensiteti i fushës magnetike konstante ndryshonte pa probleme. Thithja e energjisë së fushës alternative u regjistrua nga një urë radiofrekuence, sinjali nga i cili dilte në një regjistrues ose oshiloskop. Por kjo metodë e regjistrimit të sinjalit nuk është përdorur për një kohë të gjatë. Në spektrometrat modernë NMR, spektri regjistrohet duke përdorur impulse. Momentet magnetike të bërthamave ngacmohen nga një puls i shkurtër i fuqishëm, pas së cilës regjistrohet sinjali i induktuar në bobinën RF nga momentet magnetike që kalojnë lirshëm. Ky sinjal gradualisht zvogëlohet në zero ndërsa momentet magnetike kthehen në ekuilibër (ky proces quhet relaksim magnetik). Spektri NMR merret nga ky sinjal duke përdorur transformimin Furier. Kjo është një procedurë standarde matematikore që ju lejon të zbërtheni çdo sinjal në harmonikë të frekuencës dhe kështu të merrni spektrin e frekuencës së këtij sinjali. Kjo metodë e regjistrimit të spektrit ju lejon të zvogëloni ndjeshëm nivelin e zhurmës dhe të kryeni eksperimente shumë më shpejt.

Një impuls emocionues për të regjistruar një spektër është eksperimenti më i thjeshtë NMR. Megjithatë, në një eksperiment mund të ketë shumë impulse të tilla me kohëzgjatje, amplituda të ndryshme, me vonesa të ndryshme midis tyre etj., në varësi të llojit të manipulimeve që duhet të kryejë studiuesi me sistemin e momenteve magnetike bërthamore. Megjithatë, pothuajse të gjitha këto sekuenca pulsi përfundojnë në të njëjtën gjë - duke regjistruar një sinjal precesioni të lirë të ndjekur nga një transformim Furier.
Ndërveprimet magnetike në materie
Vetë rezonanca magnetike nuk do të mbetej asgjë më shumë se një fenomen fizik interesant nëse nuk do të ishin ndërveprimet magnetike të bërthamave me njëra-tjetrën dhe me shtresën elektronike të molekulës. Këto ndërveprime ndikojnë në parametrat e rezonancës, dhe me ndihmën e tyre, metoda NMR mund të sigurojë një shumëllojshmëri informacionesh në lidhje me vetitë e molekulave - orientimin e tyre, strukturën hapësinore (konformimin), ndërveprimet ndërmolekulare, shkëmbimin kimik, dinamikën rrotulluese dhe përkthimore. Falë kësaj, NMR është bërë një mjet shumë i fuqishëm për studimin e substancave në nivel molekular, i cili përdoret gjerësisht jo vetëm në fizikë, por kryesisht në kimi dhe biologji molekulare. Një shembull i një ndërveprimi të tillë është i ashtuquajturi zhvendosje kimike. Thelbi i saj është si më poshtë: guaska elektronike e një molekule i përgjigjet një fushe magnetike të jashtme dhe përpiqet ta kontrollojë atë - shqyrtimi i pjesshëm i fushës magnetike ndodh në të gjitha substancat diamagnetike. Kjo do të thotë se fusha magnetike në molekulë do të ndryshojë nga fusha magnetike e jashtme me një sasi shumë të vogël, e cila quhet zhvendosje kimike. Sidoqoftë, vetitë e shtresës elektronike në pjesë të ndryshme të molekulës janë të ndryshme, dhe zhvendosja kimike është gjithashtu e ndryshme. Prandaj, kushtet e rezonancës për bërthamat në pjesë të ndryshme të molekulës gjithashtu do të ndryshojnë. Kjo bën të mundur dallimin e bërthamave kimikisht jo ekuivalente në spektër. Për shembull, nëse marrim spektrin e bërthamave të hidrogjenit (protoneve) të ujit të pastër, atëherë do të ketë vetëm një linjë, pasi të dy protonet në molekulën H 2 O janë saktësisht të njëjta. Por për alkoolin metil CH 3 OH tashmë do të ketë dy linja në spektër (nëse neglizhojmë ndërveprimet e tjera magnetike), pasi ekzistojnë dy lloje protonesh - protonet e grupit metil CH 3 dhe protoni i lidhur me atomin e oksigjenit. Ndërsa molekulat bëhen më komplekse, numri i linjave do të rritet, dhe nëse marrim një molekulë kaq të madhe dhe komplekse si proteinë, atëherë në këtë rast spektri do të duket diçka si kjo:
Bërthamat magnetike
NMR mund të vërehet në bërthama të ndryshme, por duhet thënë se jo të gjitha bërthamat kanë një moment magnetik. Ndodh shpesh që disa izotopë të kenë një moment magnetik, por izotopë të tjerë të së njëjtës bërthamë jo. Në total, ka më shumë se njëqind izotope të elementeve të ndryshëm kimikë që kanë bërthama magnetike, por në kërkime zakonisht përdoren jo më shumë se 1520 bërthama magnetike, gjithçka tjetër është ekzotike. Çdo bërthamë ka raportin e vet karakteristik të fushës magnetike dhe frekuencës së precesionit, të quajtur raporti xhiromagnetik. Për të gjitha bërthamat këto marrëdhënie janë të njohura. Duke përdorur ato, ju mund të zgjidhni frekuencën në të cilën, nën një fushë magnetike të caktuar, do të vërehet një sinjal nga bërthamat që i nevojiten studiuesit.

Bërthamat më të rëndësishme për NMR janë protonet. Ato janë më të bollshmet në natyrë dhe kanë një ndjeshmëri shumë të lartë. Bërthamat e karbonit, azotit dhe oksigjenit janë shumë të rëndësishme për kiminë dhe biologjinë, por shkencëtarët nuk kanë pasur shumë fat me to: izotopet më të zakonshme të karbonit dhe oksigjenit, 12 C dhe 16 O, nuk kanë një moment magnetik, natyral. izotopi i azotit 14 N ka një moment, por për një sërë arsyesh është shumë i papërshtatshëm për eksperimente. Ka izotope 13 C, 15 N dhe 17 O që janë të përshtatshëm për eksperimente NMR, por bollëku i tyre natyror është shumë i ulët dhe ndjeshmëria e tyre është shumë e ulët në krahasim me protonet. Prandaj, mostrat speciale të pasuruara me izotop shpesh përgatiten për studime NMR, në të cilat izotopi natyror i një bërthame të veçantë zëvendësohet nga ai i nevojshëm për eksperimentet. Në shumicën e rasteve, kjo procedurë është shumë e vështirë dhe e shtrenjtë, por ndonjëherë është e vetmja mundësi për të marrë informacionin e nevojshëm.
Rezonanca paramagnetike dhe katërpolëshe e elektroneve
Duke folur për NMR, nuk mund të mos përmenden dy fenomene të tjera fizike të lidhura - rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR) dhe rezonanca katërpolëshe bërthamore (NQR). EPR është në thelb i ngjashëm me NMR, ndryshimi është se rezonanca vërehet në momentet magnetike jo të bërthamave atomike, por të shtresës elektronike të atomit. ESR mund të vërehet vetëm në ato molekula ose grupe kimike, shtresa elektronike e të cilave përmban një të ashtuquajtur elektron të paçiftuar, atëherë guaska ka një moment magnetik jo zero. Substancat e tilla quhen paramagnet. EPR, si NMR, përdoret gjithashtu për të studiuar vetitë e ndryshme strukturore dhe dinamike të substancave në nivel molekular, por qëllimi i përdorimit të tij është dukshëm më i ngushtë. Kjo është kryesisht për shkak të faktit se shumica e molekulave, veçanërisht në natyrën e gjallë, nuk përmbajnë elektrone të paçiftuara. Në disa raste, ju mund të përdorni një të ashtuquajtur sondë paramagnetike, domethënë një grup kimik me një elektron të paçiftuar që lidhet me molekulën në studim. Por kjo qasje ka disavantazhe të dukshme që kufizojnë aftësitë e kësaj metode. Për më tepër, EPR nuk ka një rezolucion kaq të lartë spektral (d.m.th., aftësinë për të dalluar një linjë nga tjetra në spektër) si në NMR.

Është më e vështirë të shpjegohet natyra e NQR "në gishta". Disa bërthama kanë atë që quhet moment elektrik katërpolësh. Ky moment karakterizon devijimin e shpërndarjes së ngarkesës elektrike të bërthamës nga simetria sferike. Ndërveprimi i këtij momenti me gradientin e fushës elektrike të krijuar nga struktura kristalore e substancës çon në ndarjen e niveleve energjetike të bërthamës. Në këtë rast, mund të vëzhgoni një rezonancë në një frekuencë që korrespondon me tranzicionet midis këtyre niveleve. Ndryshe nga NMR dhe EPR, NQR nuk kërkon një fushë magnetike të jashtme, pasi ndarja e nivelit ndodh pa të. NQR përdoret gjithashtu për të studiuar substancat, por fushëveprimi i tij i aplikimit është edhe më i ngushtë se ai i EPR.
Avantazhet dhe disavantazhet e NMR

NMR është metoda më e fuqishme dhe informuese për studimin e molekulave. Në mënyrë të rreptë, kjo nuk është një metodë, është një numër i madh i llojeve të ndryshme të eksperimenteve, d.m.th., sekuenca pulsi. Megjithëse të gjitha bazohen në fenomenin e NMR, secili prej këtyre eksperimenteve është krijuar për të marrë disa informacione specifike specifike. Numri i këtyre eksperimenteve matet në shumë dhjetëra, nëse jo qindra. Teorikisht, NMR mundet, nëse jo gjithçka, atëherë pothuajse gjithçka që munden të gjitha metodat e tjera eksperimentale për studimin e strukturës dhe dinamikës së molekulave, megjithëse në praktikë kjo është e realizueshme, natyrisht, jo gjithmonë. Një nga avantazhet kryesore të NMR është se, nga njëra anë, sondat e saj natyrore, d.m.th., bërthamat magnetike, shpërndahen në të gjithë molekulën, dhe nga ana tjetër, ai lejon që të dallohen këto bërthama nga njëra-tjetra dhe të përftohen selektive hapësinore. të dhëna për vetitë e molekulës. Pothuajse të gjitha metodat e tjera ofrojnë informacion ose mesatarisht për të gjithë molekulën ose vetëm për një pjesë të saj.

NMR ka dy disavantazhe kryesore. Së pari, është me ndjeshmëri të ulët në krahasim me shumicën e metodave të tjera eksperimentale (spektroskopia optike, fluoreshenca, ESR, etj.). Kjo çon në faktin se për të mesatarizuar zhurmën, sinjali duhet të grumbullohet për një kohë të gjatë. Në disa raste, një eksperiment NMR mund të kryhet për një periudhë edhe disa javë. Së dyti, është e shtrenjtë. Spektrometrat NMR janë ndër instrumentet shkencorë më të shtrenjtë, që kushtojnë të paktën qindra mijëra dollarë dhe spektrometrit më të shtrenjtë kushtojnë disa milionë. Jo të gjithë laboratorët, veçanërisht në Rusi, mund të përballojnë të kenë pajisje të tilla shkencore.
Magnet për spektrometrat NMR
Një nga pjesët më të rëndësishme dhe më të shtrenjta të spektrometrit është magneti, i cili krijon një fushë magnetike konstante. Sa më e fortë të jetë fusha, aq më e lartë është ndjeshmëria dhe rezolucioni spektral, kështu që shkencëtarët dhe inxhinierët vazhdimisht përpiqen t'i bëjnë fushat sa më të larta që të jetë e mundur. Fusha magnetike krijohet nga rryma elektrike në solenoid - sa më e fortë të jetë rryma, aq më e madhe është fusha. Sidoqoftë, është e pamundur të rritet rryma për një kohë të pacaktuar me një rrymë shumë të lartë, teli solenoid thjesht do të fillojë të shkrihet. Prandaj, për një kohë shumë të gjatë, magnetet superpërçues janë përdorur për spektrometrat NMR me fushë të lartë, d.m.th., magnet në të cilët teli solenoid është në një gjendje superpërcjellëse. Në këtë rast, rezistenca elektrike e telit është zero dhe nuk lëshohet energji në asnjë vlerë aktuale. Gjendja superpërcjellëse mund të arrihet vetëm në temperatura shumë të ulëta, vetëm disa gradë Kelvin, temperatura e heliumit të lëngshëm. (Superpërcjellshmëria e temperaturës së lartë është ende fusha e kërkimeve thjesht themelore.) Është me ruajtjen e një temperature kaq të ulët që lidhen të gjitha vështirësitë teknike në projektimin dhe prodhimin e magneteve, të cilat i bëjnë ato të shtrenjta. Një magnet superpërçues është ndërtuar në parimin e një termos-matryoshka. Solenoidi ndodhet në qendër, në dhomën e vakumit. Ajo është e rrethuar nga një guaskë që përmban helium të lëngshëm. Kjo guaskë është e rrethuar nga një predhë azoti i lëngshëm përmes një shtrese vakumi. Temperatura e azotit të lëngshëm është minus 196 gradë Celsius, për të siguruar që heliumi të avullojë sa më ngadalë. Së fundi, guaska e azotit izolohet nga temperatura e dhomës nga një shtresë e jashtme vakum. Një sistem i tillë është i aftë të mbajë temperaturën e dëshiruar të një magneti superpërçues për një kohë shumë të gjatë, megjithëse kjo kërkon shtimin e rregullt të azotit të lëngshëm dhe heliumit në magnet. Avantazhi i magneteve të tillë, përveç aftësisë për të marrë fusha të larta magnetike, është gjithashtu se ata nuk konsumojnë energji: pas ndezjes së magnetit, rryma kalon nëpër tela superpërçues me pothuajse asnjë humbje për shumë vite.
Tomografia
Në spektrometrat konvencionale NMR, ata përpiqen ta bëjnë fushën magnetike sa më uniforme të jetë e mundur, kjo është e nevojshme për të përmirësuar rezolucionin spektral. Por nëse fusha magnetike brenda kampionit, përkundrazi, bëhet shumë johomogjene, kjo hap mundësi thelbësisht të reja për përdorimin e NMR. Inhomogjeniteti i fushës krijohet nga të ashtuquajturat bobina gradient, të cilat punojnë së bashku me magnetin kryesor. Në këtë rast, madhësia e fushës magnetike në pjesë të ndryshme të kampionit do të jetë e ndryshme, që do të thotë se sinjali NMR mund të vëzhgohet jo nga e gjithë kampioni, si në një spektrometër konvencional, por vetëm nga shtresa e tij e ngushtë, për të cilën plotësohen kushtet e rezonancës, d.m.th., marrëdhënia e dëshiruar ndërmjet fushës magnetike dhe frekuencës. Duke ndryshuar madhësinë e fushës magnetike (ose, që është në thelb e njëjta gjë, frekuencën e vëzhgimit të sinjalit), mund të ndryshoni shtresën që do të prodhojë sinjalin. Në këtë mënyrë, është e mundur të "skanohet" mostra në të gjithë vëllimin e saj dhe "të shihet" struktura e saj e brendshme tredimensionale pa e shkatërruar mostrën në asnjë mënyrë mekanike. Deri më sot, janë zhvilluar një numër i madh teknikash që bëjnë të mundur matjen e parametrave të ndryshëm NMR (karakteristikat spektrale, kohët e relaksimit magnetik, shpejtësia e vetëdifuzionit dhe disa të tjera) me rezolucion hapësinor brenda kampionit. Aplikimi më interesant dhe më i rëndësishëm, nga pikëpamja praktike, i tomografisë NMR u gjet në mjekësi. Në këtë rast, "shembulli" që studiohet është trupi i njeriut. Imazhi NMR është një nga mjetet diagnostikuese më efektive dhe më të sigurta (por edhe të shtrenjta) në fusha të ndryshme të mjekësisë, nga onkologjia në obstetrikë. Është interesante të theksohet se mjekët nuk përdorin fjalën "bërthamore" në emër të kësaj metode, sepse disa pacientë e lidhin atë me reaksionet bërthamore dhe bombën atomike.
Historia e zbulimit

Viti i zbulimit të NMR-së konsiderohet të jetë viti 1945, kur amerikanët Felix Bloch nga Stanford dhe, pavarësisht nga ai, Edward Purcell dhe Robert Pound nga Harvard për herë të parë vëzhguan sinjalin NMR në protone. Në atë kohë, tashmë dihej shumë për natyrën e magnetizmit bërthamor, vetë efekti NMR ishte parashikuar teorikisht dhe ishin bërë disa përpjekje për ta vëzhguar atë në mënyrë eksperimentale. Është e rëndësishme të theksohet se një vit më parë në Bashkimin Sovjetik, në Kazan, fenomeni EPR u zbulua nga Evgeniy Zavoisky. Tani dihet mirë se Zavoisky gjithashtu vëzhgoi sinjalin NMR, ky ishte para luftës, në 1941. Megjithatë, ai kishte në dispozicion një magnet të cilësisë së ulët me uniformitet të dobët të fushës, rezultatet ishin të dobëta të riprodhueshme dhe për këtë arsye mbetën të pabotuara. Për të qenë të drejtë, duhet theksuar se Zavoisky nuk ishte i vetmi që vëzhgoi NMR përpara zbulimit të tij "zyrtar". Në veçanti, fizikani amerikan Isidor Rabi (fitues i çmimit Nobel në 1944 për studimin e tij të vetive magnetike të bërthamave në rrezet atomike dhe molekulare) gjithashtu vëzhgoi NMR në fund të viteve '30, por e konsideroi atë një objekt instrumental. Në një mënyrë apo tjetër, vendi ynë ka përparësi në zbulimin eksperimental të rezonancës magnetike. Edhe pse vetë Zavoisky filloi të merrej me probleme të tjera menjëherë pas luftës, zbulimi i tij luajti një rol të madh në zhvillimin e shkencës në Kazan. Kazani mbetet ende një nga qendrat kryesore shkencore në botë për spektroskopinë EPR.
Çmimet Nobel në Rezonancën Magnetike
Në gjysmën e parë të shekullit të 20-të, disa çmime Nobel iu dhanë shkencëtarëve pa punën e të cilëve zbulimi i NMR nuk do të kishte ndodhur. Mes tyre janë Peter Zeeman, Otto Stern, Isidor Rabi, Wolfgang Pauli. Por kishte katër çmime Nobel të lidhura drejtpërdrejt me NMR. Në vitin 1952, çmimi iu dha Felix Bloch dhe Edward Purcell për zbulimin e rezonancës magnetike bërthamore. Ky është i vetmi çmim Nobel "NMR" në fizikë. Në vitin 1991, zvicerani Richard Ernst, i cili punonte në ETH të famshëm në Cyrih, mori çmimin për kimi. Atij iu dha për zhvillimin e metodave të spektroskopisë shumëdimensionale NMR, të cilat bënë të mundur rritjen rrënjësore të përmbajtjes së informacionit të eksperimenteve NMR. Në vitin 2002, fituesi i çmimit, gjithashtu në kimi, ishte Kurt Wüthrich, i cili punoi me Ernst në ndërtesat fqinje në të njëjtën Shkollë Teknike. Ai mori çmimin për zhvillimin e metodave për përcaktimin e strukturës tre-dimensionale të proteinave në zgjidhje. Më parë, metoda e vetme për të përcaktuar konformacionin hapësinor të biomakromolekulave të mëdha ishte analiza e difraksionit me rreze X. Më në fund, në vitin 2003, amerikani Paul Lauterbur dhe anglezi Peter Mansfield morën çmimin mjekësor për shpikjen e tomografisë NMR. Zbuluesi sovjetik i EPR, E.K Zavoisky, mjerisht, nuk mori çmimin Nobel.

Spektroskopia e rezonancës magnetike bërthamore është një nga metodat më të zakonshme dhe shumë të ndjeshme për përcaktimin e strukturës së përbërjeve organike, duke lejuar marrjen e informacionit jo vetëm për përbërjen cilësore dhe sasiore, por edhe vendndodhjen e atomeve në lidhje me njëri-tjetrin. Teknika të ndryshme NMR kanë shumë mundësi për përcaktimin e strukturës kimike të substancave, gjendjeve të konfirmimit të molekulave, efekteve të ndikimit të ndërsjellë dhe transformimeve intramolekulare.

Metoda e rezonancës magnetike bërthamore ka një numër karakteristikash dalluese: në kontrast me spektrat molekularë optikë, thithja e rrezatimit elektromagnetik nga një substancë ndodh në një fushë magnetike të jashtme uniforme të fortë. Për më tepër, për të kryer një studim NMR, eksperimenti duhet të plotësojë një numër kushtesh që pasqyrojnë parimet e përgjithshme të spektroskopisë NMR:

1) regjistrimi i spektrave NMR është i mundur vetëm për bërthamat atomike me momentin e tyre magnetik ose të ashtuquajturat bërthama magnetike, në të cilat numri i protoneve dhe neutroneve është i tillë që numri masiv i bërthamave të izotopeve është tek. Të gjitha bërthamat me një numër masiv tek kanë spin I, vlera e të cilit është 1/2. Pra, për bërthamat 1 H, 13 C, l 5 N, 19 F, 31 R vlera e rrotullimit është e barabartë me 1/2, për bërthamat 7 Li, 23 Na, 39 K dhe 4 l R rrotullimi është i barabartë me 3/2 . Bërthamat me një numër masiv çift ose nuk kanë fare rrotullim nëse ngarkesa bërthamore është çift, ose kanë vlera të plota të rrotullimit nëse ngarkesa është tek. Vetëm ato bërthama rrotullimi i të cilave është I 0 mund të prodhojnë një spektër NMR.

Prania e rrotullimit shoqërohet me qarkullimin e ngarkesës atomike rreth bërthamës, prandaj, lind një moment magnetik μ . Një ngarkesë rrotulluese (për shembull, një proton) me moment këndor J krijon një moment magnetik μ=γ*J . Momenti këndor bërthamor J dhe momenti magnetik μ që lind gjatë rrotullimit mund të përfaqësohen si vektorë. Raporti i tyre konstant quhet raporti xhiromagnetik γ. Është kjo konstante që përcakton frekuencën rezonante të bërthamës (Fig. 1.1).

Figura 1.1 - Një ngarkesë rrotulluese me një moment këndor J krijon një moment magnetik μ=γ*J.

2) metoda NMR shqyrton thithjen ose emetimin e energjisë në kushte të pazakonta të formimit të spektrit: në kontrast me metodat e tjera spektrale. Spektri NMR regjistrohet nga një substancë e vendosur në një fushë magnetike të fortë uniforme. Bërthamat e tilla në një fushë të jashtme kanë vlera të ndryshme të energjisë potenciale në varësi të disa këndeve të orientimit të mundshëm (kuantizuar) të vektorit μ në lidhje me vektorin e fuqisë së fushës magnetike të jashtme H 0. Në mungesë të një fushe magnetike të jashtme, momentet magnetike ose rrotullimet e bërthamave nuk kanë një orientim specifik. Nëse bërthamat magnetike me rrotullim 1/2 vendosen në një fushë magnetike, atëherë disa nga rrotullimet bërthamore do të jenë paralele me vijat e fushës magnetike, dhe pjesa tjetër do të jetë antiparalele. Këto dy orientime nuk janë më energjikisht ekuivalente dhe rrotullimet thuhet se shpërndahen në dy nivele energjie.

Rrotullimet me një moment magnetik të orientuar përgjatë fushës +1/2 përcaktohen me simbolin | α >, me një orientim antiparalel me fushën e jashtme -1/2 - simbol | β > (Fig. 1.2) .

Figura 1.2 - Formimi i niveleve të energjisë kur aplikohet një fushë e jashtme H 0.

1.2.1 Spektroskopia NMR në bërthamat 1 H Parametrat e spektrave PMR.

Për të deshifruar të dhënat e spektrave 1H NMR dhe për të caktuar sinjale, përdoren karakteristikat kryesore të spektrave: zhvendosja kimike, konstanta e ndërveprimit spin-spin, intensiteti i sinjalit integral, gjerësia e sinjalit [57].

A) Zhvendosja kimike (C.C). Shkalla H.S Zhvendosja kimike është distanca midis këtij sinjali dhe sinjalit të substancës referente, e shprehur në pjesë për milion të forcës së fushës së jashtme.

Tetrametilsilani [TMS, Si(CH 3) 4], që përmban 12 protone strukturor ekuivalent, shumë të mbrojtur, përdoret më shpesh si standard për matjen e zhvendosjeve kimike të protoneve.

B) Konstanta e ndërveprimit spin-spin. Në spektrat NMR me rezolucion të lartë, vërehet ndarje e sinjalit. Kjo strukturë e ndarë ose e imët në spektrat me rezolucion të lartë rezulton nga ndërveprimet spin-spin midis bërthamave magnetike. Ky fenomen, së bashku me zhvendosjen kimike, shërben si burimi më i rëndësishëm i informacionit për strukturën e molekulave organike komplekse dhe shpërndarjen e resë elektronike në to. Nuk varet nga H0, por varet nga struktura elektronike e molekulës. Sinjali i një bërthame magnetike që ndërvepron me një bërthamë tjetër magnetike ndahet në disa rreshta në varësi të numrit të gjendjeve të rrotullimit, d.m.th. varet nga rrotullimet e bërthamave I.

Distanca midis këtyre linjave karakterizon energjinë e bashkimit spin-spin midis bërthamave dhe quhet konstanta e çiftëzimit spin-spin n J, ku n-numri i lidhjeve që ndajnë bërthamat ndërvepruese.

Ka konstante direkte J HH, konstante geminale 2 J HH , konstante vicinale 3 J HH dhe disa konstante me rreze të gjatë 4 J HH , 5 J HH .

- konstantet geminale 2 J HH mund të jenë pozitive dhe negative dhe zënë diapazonin nga -30 Hz në +40 Hz.

Konstantat vicinale 3 J HH zënë diapazonin 0 20 Hz; ato janë pothuajse gjithmonë pozitive. Është vërtetuar se ndërveprimi vicinal në sistemet e ngopura varet shumë nga këndi midis lidhjeve karbon-hidrogjen, domethënë nga këndi dihedral - (Fig. 1.3).

Figura 1.3 - Këndi dihedral φ ndërmjet lidhjeve karbon-hidrogjen.

Ndërveprimi spin-spin me rreze të gjatë (4 J HH , 5 J HH ) - bashkëveprimi i dy bërthamave të ndara nga katër ose më shumë lidhje; konstantet e një bashkëveprimi të tillë zakonisht janë nga 0 në +3 Hz.

Tabela 1.1 – Konstantet e ndërveprimit spin-spin

B) Intensiteti i integruar i sinjalit. Zona e sinjaleve është proporcionale me numrin e bërthamave magnetike që rezonojnë në një forcë të caktuar fushe, kështu që raporti i zonave të sinjaleve jep numrin relativ të protoneve të çdo varieteti strukturor dhe quhet intensiteti i sinjalit të integruar. Spektrometrat modernë përdorin integrues të veçantë, leximet e të cilëve regjistrohen në formën e një kurbë, lartësia e hapave të së cilës është proporcionale me sipërfaqen e sinjaleve përkatëse.

D) Gjerësia e vijave. Për të karakterizuar gjerësinë e vijave, është zakon të matet gjerësia në një distancë prej gjysmës së lartësisë nga vija zero e spektrit. Gjerësia e linjës së vëzhguar eksperimentalisht përbëhet nga gjerësia e vijës natyrore, e cila varet nga struktura dhe lëvizshmëria, dhe nga zgjerimi për arsye instrumentale.

Gjerësia e zakonshme e linjës në PMR është 0.1-0.3 Hz, por mund të rritet për shkak të mbivendosjes së tranzicioneve ngjitur, të cilat nuk përkojnë saktësisht, por nuk zgjidhen si linja të veçanta. Zgjerimi është i mundur në prani të bërthamave me një rrotullim më të madh se 1/2 dhe shkëmbim kimik.

1.2.2 Aplikimi i të dhënave 1H NMR për të përcaktuar strukturën e molekulave organike.

Gjatë zgjidhjes së një numri problemesh të analizës strukturore, përveç tabelave të vlerave empirike, Kh.S. Mund të jetë e dobishme të përcaktohen sasia e efekteve të zëvendësuesve fqinjë në Ch.S. sipas rregullit të aditivitetit të kontributeve efektive të shqyrtimit. Në këtë rast, zakonisht merren parasysh zëvendësuesit që janë jo më shumë se 2-3 lidhje të largëta nga një proton i caktuar, dhe llogaritja bëhet duke përdorur formulën:

δ=δ 0 +ε i *δ i (3)

ku δ 0 është zhvendosja kimike e protoneve të grupit standard;

δi është kontributi i shqyrtimit nga zëvendësuesi.

1.3 Spektroskopia NMR 13 C. Marrja dhe mënyrat e regjistrimit të spektrave.

Raportet e para të vëzhgimit të 13 C NMR u shfaqën në 1957, por transformimi i spektroskopisë 13 C NMR në një metodë praktikisht të përdorur të kërkimit analitik filloi shumë më vonë.

Rezonanca magnetike 13 C dhe 1 H kanë shumë të përbashkëta, por ka edhe dallime të rëndësishme. Izotopi më i zakonshëm i karbonit 12 C ka I=0. Izotopi 13 C ka I=1/2, por përmbajtja e tij natyrore është 1,1%. Kjo është së bashku me faktin se raporti xhiromagnetik i bërthamave 13 C është 1/4 e raportit xhiromagnetik për protonet. E cila zvogëlon ndjeshmërinë e metodës në eksperimentet në vëzhgimin e 13 C NMR me 6000 herë në krahasim me bërthamat 1 H.

a) pa shtypur ndërveprimin spin-spin me protonet. Spektrat 13 C NMR të marra në mungesë të shtypjes së plotë të rezonancës spin-spin me protone u quajtën spektra me rezolucion të lartë. Këto spektra përmbajnë informacion të plotë rreth konstanteve 13 C - 1 H. Në molekulat relativisht të thjeshta, të dy llojet e konstantave - të drejtpërdrejta dhe me rreze të gjatë - gjenden mjaft thjesht. Pra, 1 J (C-H) është 125 - 250 Hz, megjithatë, ndërveprimi spin-spin mund të ndodhë edhe me protone më të largët me konstante më të vogla se 20 Hz.

b) shtypja e plotë e ndërveprimit spin-spin me protonet. Progresi i parë i madh në fushën e spektroskopisë 13 C NMR lidhet me përdorimin e shtypjes së plotë të ndërveprimit spin-spin me protonet. Përdorimi i shtypjes së plotë të ndërveprimit spin-spin me protonet çon në bashkimin e shumëfishtë me formimin e linjave të vetme nëse nuk ka bërthama të tjera magnetike në molekulë, të tilla si 19 F dhe 31 P.

c) shtypje jo e plotë e ndërveprimit spin-spin me protonet. Sidoqoftë, përdorimi i mënyrës së shkëputjes së plotë nga protonet ka të metat e veta. Meqenëse të gjitha sinjalet e karbonit janë tani në formën e njësive, i gjithë informacioni rreth konstantave të ndërveprimit spin-spin 13 C- 1 H është propozuar një metodë që bën të mundur rivendosjen e pjesërishme të informacionit rreth konstantave të ndërveprimit spin-spin 13. C-1 H dhe në të njëjtën kohë ruajnë më shumë një pjesë të përfitimeve të shkëputjes së brezit të gjerë. Në këtë rast, ndarjet do të shfaqen në spektra për shkak të konstantave të ndërveprimit direkt spin-spin 13 C - 1 H. Kjo procedurë bën të mundur zbulimin e sinjaleve nga atomet e karbonit të paprotonuar, pasi këta të fundit nuk kanë protone të lidhur drejtpërdrejt me 13 C dhe shfaqen në spektra me shkëputje jo të plotë nga protonet si teke.

d) modulimi i konstantës së ndërveprimit CH, spektri JMODCH. Një problem tradicional në spektroskopinë 13C NMR është përcaktimi i numrit të protoneve të lidhur me çdo atom karboni, d.m.th., shkalla e protonimit të atomit të karbonit. Shtypja e pjesshme nga protonet bën të mundur zgjidhjen e sinjalit të karbonit nga shumëfishimi i shkaktuar nga konstantat e ndërveprimit spin-spin me rreze të gjatë dhe marrjen e ndarjes së sinjalit për shkak të konstantave të drejtpërdrejta të bashkimit 13 C-1 H Megjithatë, në rastin e sistemeve të centrifugimit fort të çiftëzuar dhe mbivendosja e shumëfishtëve në modalitetin OFFR e bën të vështirë zgjidhjen e qartë të sinjaleve.

Rezonanca magnetike bërthamore

V.K. Voronov

Universiteti Teknik Shtetëror Irkutsk

HYRJE

Deri kohët e fundit, kuptimi ynë për strukturën e atomeve dhe molekulave bazohej në studime duke përdorur spektroskopinë optike. Në lidhje me përmirësimin e metodave spektrale, të cilat kanë avancuar fushën e matjeve spektroskopike në rangun e frekuencave ultra të larta (afërsisht 10^3 – 10^6 MHz; valët mikroradio) dhe frekuencave të larta (afërsisht 10^(-2) – 10^2 MHz radiovalët), burime të reja janë shfaqur informacione për strukturën e materies. Kur thithni dhe emetoni rrezatim në këtë interval të frekuencës, ndodh i njëjti proces themelor si në rangjet e tjera të spektrit elektromagnetik, domethënë, kur lëvizni nga një nivel energjie në tjetrin, sistemi thith ose lëshon një sasi energjie.

Dallimi në nivelet e energjisë dhe energjia e kuanteve të përfshira në këto procese është rreth 10^(-7) eV për rajonin e radiofrekuencës dhe rreth 10^(-4) eV për frekuencat ultra të larta. Në dy lloje të spektroskopisë radio, përkatësisht spektroskopinë e rezonancës magnetike bërthamore (NMR) dhe spektroskopisë së rezonancës katërpolëshe bërthamore (NQR), ndryshimi në energjitë e nivelit shoqërohet me orientime të ndryshme, përkatësisht, të momenteve të dipolit magnetik të bërthamave në një fushë magnetike të aplikuar dhe momentet katërpolëshe elektrike të bërthamave në fushat elektrike molekulare, nëse këto të fundit nuk janë sferike simetrike.

Ekzistenca e momenteve bërthamore u zbulua fillimisht duke studiuar strukturën hiperfine të spektrave elektronikë të atomeve të caktuara duke përdorur spektrometra optikë me rezolucion të lartë.

Nën ndikimin e një fushe magnetike të jashtme, momentet magnetike të bërthamave orientohen në një mënyrë të caktuar dhe bëhet e mundur të vëzhgohen kalimet midis niveleve të energjisë bërthamore të lidhura me këto orientime të ndryshme: tranzicione që ndodhin nën ndikimin e rrezatimit të një frekuence të caktuar. Kuantizimi i niveleve të energjisë bërthamore është pasojë e drejtpërdrejtë e natyrës kuantike të momentit këndor të bërthamës, duke marrë 2 I+ 1 vlera. Numri kuantik spin (spin) Unë mund të marr çdo vlerë që është shumëfish i 1/2; vlera më e lartë e njohur I(> 7)ka Lu. Vlera më e madhe e matshme e momentit këndor (vlera më e madhe e projeksionit të momentit në drejtimin e zgjedhur) është e barabartë me i ћ , Ku ћ = h / 2 π , A h- Konstante e Planck-ut.

Vlerat I nuk mund të parashikohet për bërthama specifike, por është vënë re se izotopet në të cilat numri i masës dhe numri atomik janë madje kanë I= 0, dhe izotopet me numra masiv tek kanë vlera spin gjysmë të plotë. Kjo është situata kur numri i protoneve dhe neutroneve në bërthamë janë të barabartë dhe të barabartë ( I= 0), mund të konsiderohet si një gjendje me "çiftim të plotë", analoge me çiftimin e plotë të elektroneve në një molekulë diamagnetike.

Në fund të vitit 1945, dy grupe fizikanësh amerikanë të udhëhequr nga F. Bloch (Universiteti Stanfor) dhe E.M. Purcell (Universiteti i Harvardit) ishte i pari që mori sinjale të rezonancës magnetike bërthamore. Bloch vëzhgoi thithjen rezonante në protonet në ujë dhe Purcell ishte i suksesshëm në zbulimin e rezonancës bërthamore në protonet në parafinë. Për këtë zbulim ata u nderuan me çmimin Nobel në 1952.

Thelbi i fenomenit NMR dhe tiparet e tij dalluese janë përshkruar më poshtë.

SPEKTROSKOPI NMR me rezolucion të lartë

Thelbi i fenomenit NMR

Thelbi i fenomenit NMR mund të ilustrohet si më poshtë. Nëse një bërthamë që ka një moment magnetik vendoset në një fushë uniforme N 0 , drejtuar përgjatë boshtit z, atëherë energjia e tij (në raport me energjinë në mungesë të fushës) është e barabartë me μ z H 0, Ku μ z, – projeksioni i momentit magnetik bërthamor në drejtimin e fushës.

Siç është përmendur tashmë, thelbi mund të vendoset në 2 I+ 1 shtete. Në mungesë të një fushe të jashtme H 0 të gjitha këto gjendje kanë të njëjtën energji. Nëse vlerën më të madhe të matshme të komponentit të momentit magnetik e shënojmë me μ , pastaj të gjitha vlerat e matshme të komponentit të momentit magnetik (në këtë rast μ z,) shprehen në formë m μ, Ku m– numri kuantik, i cili mund të marrë, siç dihet, vlerat

m= I, I- 1,I- 2...-(I- 1),-I.

Meqenëse distanca midis niveleve të energjisë që korrespondon me secilin nga 2 I+ 1 gjendje, e barabartë m N 0 /I, pastaj bërthama me rrotullim I ka nivele diskrete të energjisë

- μ H0,-(I-1)μ z H 0 /Unë,..., (I-1)μ z H 0 /Unë, μ H0.

Ndarja e niveleve të energjisë në një fushë magnetike mund të quhet ndarje bërthamore Zeeman, pasi është e ngjashme me ndarjen e niveleve elektronike në një fushë magnetike (efekti Zeeman). Ndarja e Zeeman është ilustruar në Fig. 1 për sistemin me I= 1 (me tre nivele energjie).

Oriz. 1. Ndarja e Zeeman e niveleve të energjisë bërthamore në një fushë magnetike.

Fenomeni NMR konsiston në thithjen rezonante të energjisë elektromagnetike për shkak të magnetizmit të bërthamave. Kjo çon në emrin e qartë të fenomenit: bërthamore - po flasim për një sistem bërthamash, magnetike - nënkuptojmë vetëm vetitë e tyre magnetike, rezonancën - vetë fenomeni është i natyrës rezonante. Në të vërtetë, nga rregullat e frekuencës së Bohr-it rezulton se frekuenca ν e fushës elektromagnetike që shkakton kalime midis niveleve ngjitur përcaktohet nga formula

, (1)

Meqenëse vektorët e momentit këndor (momenti këndor) dhe momenti magnetik janë paralelë, shpesh është e përshtatshme të karakterizohen vetitë magnetike të bërthamave me vlerën γ, të përcaktuar nga relacioni

, (2)

Ku γ është raporti xhiromagnetik, i cili ka dimensionin radian * eersted^(- 1) * second^(- 1) (rad * E^(- 1) * s*(- 1) ) ose radian/(oersted * second) (rad/ (E*s)). Duke marrë parasysh këtë, ne gjejmë

, (3)

Kështu, frekuenca është proporcionale me fushën e aplikuar.

Nëse, si shembull tipik, marrim vlerën e γ për një proton të barabartë me 2,6753 * 10:4 rad / (E * s), dhe H 0 = 10,000 Oe, pastaj frekuenca rezonante

Një frekuencë e tillë mund të gjenerohet me metoda konvencionale të inxhinierisë radio.

Spektroskopia NMR karakterizohet nga një sërë veçorish që e dallojnë atë nga metodat e tjera analitike. Rreth gjysma (~150) e bërthamave të izotopeve të njohura kanë momente magnetike, por vetëm një pakicë përdoret sistematikisht.

Para ardhjes së spektrometrit pulsues, shumica e studimeve u kryen duke përdorur fenomenin e NMR në bërthamat e hidrogjenit (protonet) 1 H (rezonancë magnetike protonike - PMR) dhe fluor 19 F. Këto bërthama kanë veti ideale për spektroskopinë NMR:

Përmbajtja e lartë natyrore e izotopit "magnetik" ( 1H 99,98%, 19 F 100%); Për krahasim, mund të përmendet se përmbajtja natyrore e izotopit "magnetik" të karbonit 13 C është 1,1%;

Moment i madh magnetik;

Rrotullimi I = 1/2.

Kjo përcakton kryesisht ndjeshmërinë e lartë të metodës kur zbulon sinjalet nga bërthamat e mësipërme. Për më tepër, ekziston një rregull teorikisht i vërtetuar rreptësisht, sipas të cilit vetëm bërthamat me një rrotullim të barabartë ose më të madh se njësia kanë një moment elektrik katërpolësh. Prandaj, eksperimentet NMR 1 H dhe 19 F nuk ndërlikohen nga bashkëveprimi i momentit katërpolësh bërthamor të bërthamës me mjedisin elektrik. Një numër i madh veprash i janë kushtuar rezonancës së të tjerëve (përveç 1 H dhe 19 F) bërthama si p.sh 13 C, 31 P, 11 B, 17 O në fazën e lëngshme (njëlloj si në bërthamat 1 1 H dhe 19 F).

Futja e spektrometrave pulsues NMR në praktikën e përditshme ka zgjeruar ndjeshëm aftësitë eksperimentale të këtij lloji të spektroskopisë. Në veçanti, regjistrimi i spektrave NMR 13 Zgjidhjet C - izotopi më i rëndësishëm për kiminë - tani është praktikisht një procedurë e zakonshme. Gjithashtu është bërë e zakonshme zbulimi i sinjaleve nga bërthamat, intensiteti i sinjaleve NMR të të cilave është shumë herë më i ulët se intensiteti i sinjaleve nga 1 H, duke përfshirë në fazën e ngurtë.

Spektrat NMR me rezolucion të lartë zakonisht përbëhen nga linja (sinjale) të ngushta dhe të zgjidhura mirë që korrespondojnë me bërthamat magnetike në mjedise të ndryshme kimike. Intensitetet (zonat) e sinjaleve gjatë regjistrimit të spektrave janë proporcionale me numrin e bërthamave magnetike në secilin grup, gjë që bën të mundur kryerjen e analizave sasiore duke përdorur spektrat NMR pa kalibrim paraprak.

Një tipar tjetër i NMR është ndikimi i proceseve të shkëmbimit në të cilat bërthamat rezonuese marrin pjesë në pozicionin dhe gjerësinë e sinjaleve rezonante. Kështu, natyra e proceseve të tilla mund të studiohet nga spektri NMR. Linjat NMR në spektrat e lëngjeve zakonisht kanë një gjerësi prej 0,1 - 1 Hz (NMR me rezolucion të lartë), ndërsa të njëjtat bërthama të studiuara në fazën e ngurtë do të shkaktojnë shfaqjen e linjave me gjerësi të rendit 1 * 10^ 4. Hz (pra koncepti i linjave të gjera NMR).

Në spektroskopinë NMR me rezolucion të lartë, ekzistojnë dy burime kryesore informacioni rreth strukturës dhe dinamikës së molekulave:

Zhvendosja kimike;

Konstantet e ndërveprimit spin-spin.

Zhvendosja kimike

Në kushte reale, bërthamat rezonuese, sinjalet NMR të të cilave zbulohen, janë pjesë përbërëse e atomeve ose molekulave. Kur vendosen substancat e provës në një fushë magnetike ( H 0 ) lind një moment diamagnetik i atomeve (molekulave), i shkaktuar nga lëvizja orbitale e elektroneve. Kjo lëvizje e elektroneve formon rryma efektive dhe për këtë arsye krijon një fushë magnetike dytësore, proporcionale sipas ligjit të Lenz-it me fushën. H 0 dhe në drejtim të kundërt. Kjo fushë dytësore vepron në thelb. Kështu, fusha lokale në vendin ku ndodhet bërthama rezonuese është

, (4)

Ku σ është një konstante pa dimension, e quajtur konstante e shqyrtimit dhe e pavarur nga H 0 , por shumë i varur nga mjedisi kimik (elektronik); karakterizon një rënie Hlock krahasuar me H 0 .

Madhësia σ varion nga një vlerë e rendit 10^(- 5) për një proton në vlerat e rendit të 10^(- 2) për bërthamat e rënda. Duke marrë parasysh shprehjen për Hlock ne kemi

, (5)

Efekti mbrojtës konsiston në zvogëlimin e distancës midis niveleve të energjisë magnetike bërthamore ose, me fjalë të tjera, çon në konvergjencën e niveleve të Zeeman (Fig. 2). Në këtë rast, kuantet e energjisë që shkaktojnë kalime ndërmjet niveleve bëhen më të vogla dhe, për rrjedhojë, rezonanca ndodh në frekuenca më të ulëta (shih shprehjen (5)). Nëse kryeni një eksperiment duke ndryshuar fushën H 0 derisa të ndodhë rezonanca, forca e fushës së aplikuar duhet të jetë më e madhe se në rastin kur bërthama nuk është e mbrojtur.

Oriz. 2. Ndikimi i mbrojtjes elektronike në nivelet Zeeman të bërthamës: a – i pambrojtur, b – i mbrojtur.

Në shumicën dërrmuese të spektrometrit NMR, spektrat regjistrohen kur fusha ndryshon nga e majta në të djathtë, kështu që sinjalet (majat) e bërthamave më të mbrojtura duhet të jenë në anën e djathtë të spektrit.

Zhvendosja e sinjalit në varësi të mjedisit kimik, për shkak të dallimeve në konstantet e skanimit, quhet zhvendosje kimike.

Zbulimi i zhvendosjes kimike u raportua për herë të parë në disa botime midis 1950 dhe 1951. Midis tyre, është e nevojshme të theksohet puna e Arnoldit dhe bashkëautorëve (1951), të cilët morën spektrin e parë me linja të veçanta që korrespondojnë me pozicione kimikisht të ndryshme të bërthamave identike. 1 H në një molekulë. Po flasim për alkool etilik CH 3 CH 2 OH, spektri tipik NMR 1 H prej të cilave me rezolucion të ulët është paraqitur në Fig. 3.

Oriz. 3. Spektri i rezonancës protonike të alkoolit etilik të lëngshëm i marrë me rezolucion të ulët.

Ekzistojnë tre lloje protonesh në këtë molekulë: tre protone të grupit metil CH 3 –, dy protone të grupit metilen –CH 2 – dhe një proton të grupit hidroksil –OH. Mund të shihet se tre sinjale të veçanta korrespondojnë me tre lloje të protoneve. Meqenëse intensiteti i sinjalit është në raportin 3: 2: 1, deshifrimi i spektrit (caktimi i sinjalit) nuk është i vështirë.

Meqenëse zhvendosjet kimike nuk mund të maten në një shkallë absolute, domethënë në lidhje me një bërthamë të zhveshur nga të gjitha elektronet e saj, sinjali i një përbërjeje referencë përdoret si zero referencë. Në mënyrë tipike, vlerat e zhvendosjes kimike për çdo bërthamë jepen në formën e një parametri pa dimension 8, të përcaktuar si më poshtë:

, (6)

Ku H- Nrështë ndryshimi në zhvendosjet kimike për kampionin në studim dhe standardin, Nr– pozicioni absolut i sinjalit të referencës me një fushë të aplikuar H 0 .

Në kushte reale eksperimentale, është e mundur të matet më saktë frekuenca sesa fusha, kështu që δ zakonisht gjendet nga shprehja

, (7)

Ku ν - ν katështë ndryshimi në zhvendosjet kimike për kampionin dhe standardin, i shprehur në njësi frekuence (Hz); Spektrat NMR zakonisht kalibrohen në këto njësi.

Në mënyrë të rreptë, nuk duhet të përdoret ν 0 – frekuenca e funksionimit të spektometrit (zakonisht është fikse) dhe frekuenca ν kat, pra frekuenca absolute në të cilën vërehet sinjali rezonant i standardit. Sidoqoftë, gabimi i paraqitur nga një zëvendësim i tillë është shumë i vogël, pasi ν 0 Dhe ν kat pothuajse e barabartë (diferenca është 10^ (-5), domethënë nga shuma σ për një proton). Sepse spektrometra të ndryshëm NMR funksionojnë në frekuenca të ndryshme ν 0 (dhe, për rrjedhojë, për fusha të ndryshme H 0 ), nevoja për t'u shprehur është e dukshme δ në njësi pa dimensione.

Njësia e zhvendosjes kimike merret si një e milionta e fuqisë së fushës ose frekuencës rezonante (ppm). Në literaturën e huaj, kjo shkurtim korrespondon me ppm (pjesë për milion). 59 Për shumicën e bërthamave që përbëjnë komponimet diamagnetike, diapazoni i zhvendosjeve kimike të sinjaleve të tyre është qindra e mijëra ppm, duke arritur në 20,000 ppm. në rastin e NMR 1 Co (kobalt). Në spektrat

Sinjalet e protonit H të shumicës dërrmuese të komponimeve shtrihen në intervalin 0 – 10 ppm.

Ndërveprimi spin-spin Në 1951 - 1953, gjatë regjistrimit të spektrave NMR të një numri lëngjesh, u zbulua se spektri i disa substancave kishte më shumë linja sesa rezulton nga një vlerësim i thjeshtë i numrit të bërthamave joekuivalente. Një nga shembujt e parë është rezonanca mbi fluorin në molekulën POCl 2 F. Spektri 19

F përbëhet nga dy linja me intensitet të barabartë, megjithëse ka vetëm një atom fluori në molekulë (Fig. 4). Molekulat e komponimeve të tjera dhanë sinjale të shumëfishta simetrike (treshe, kuarteta, etj.). H 0 Një faktor tjetër i rëndësishëm i gjetur në spektra të tillë ishte se distanca e linjës, e matur në një shkallë frekuence, është e pavarur nga fusha e aplikuar.

, në vend që të jetë proporcionale me të, siç do të ndodhte nëse shumëfishimi do të krijohej për shkak të dallimeve në konstantet e shqyrtimit. Oriz. 4. Dyfishim në spektrin e rezonancës në bërthamat e fluorit në molekulën POCl

2F Ramsey dhe Purcell në 1952 ishin të parët që shpjeguan këtë ndërveprim, duke treguar se ishte për shkak të një mekanizmi të tërthortë të komunikimit përmes mjedisit elektronik. Spin bërthamor tenton të orientojë rrotullimet e elektroneve që rrethojnë një bërthamë të caktuar. ν ). Është e qartë se nuk ka nevojë (ndryshe nga zhvendosja kimike) për ta shprehur atë në njësi relative, pasi ndërveprimi në diskutim, siç u përmend më lart, nuk varet nga forca e fushës së jashtme. Madhësia e ndërveprimit mund të përcaktohet duke matur distancën midis përbërësve të multipletit përkatës.

Shembulli më i thjeshtë i ndarjes për shkak të bashkimit spin-spin që mund të haset është spektri i rezonancës së një molekule që përmban dy lloje të bërthamave magnetike A dhe X. Bërthamat A dhe X mund të përfaqësojnë ose bërthama të ndryshme ose bërthama të të njëjtit izotop (për shembull , 1 H) në rastin kur zhvendosjet kimike ndërmjet sinjaleve të rezonancës së tyre janë të mëdha.

Oriz. 5. Pamje e spektrit NMR të një sistemi të përbërë nga bërthama magnetike A dhe X me rrotullim I = 1/2 kur plotësohet kushti δ AXH > J AXH .

Në Fig. Figura 5 tregon se si duket spektri NMR nëse të dy bërthamat, domethënë A dhe X, kanë një rrotullim prej 1/2. Distanca ndërmjet komponentëve në çdo dyshe quhet konstanta e bashkimit spin-spin dhe zakonisht shënohet si J (Hz); në këtë rast është konstanta J AH.

Shfaqja e dyfisheve është për faktin se çdo bërthamë ndan linjat e rezonancës së bërthamës fqinje në 2I+1 komponent. Dallimet e energjisë midis gjendjeve të ndryshme të rrotullimit janë aq të vogla sa në ekuilibër termik probabilitetet e këtyre gjendjeve, në përputhje me shpërndarjen e Boltzmann-it, rezultojnë të jenë pothuajse të barabarta. Rrjedhimisht, intensitetet e të gjitha linjave të shumëfishtë që rezultojnë nga bashkëveprimi me një bërthamë do të jenë të barabarta. Në rast se ka n bërthamat ekuivalente (d.m.th., të mbrojtura në mënyrë të barabartë, kështu që sinjalet e tyre kanë të njëjtin zhvendosje kimike), sinjali rezonant i bërthamës fqinje ndahet në 2nI + 1

linjat.

PËRFUNDIM

Aktualisht, është e vështirë të tregohet një fushë e shkencave natyrore ku NMR nuk përdoret në një shkallë ose në një tjetër. Metodat e spektroskopisë NMR përdoren gjerësisht në kimi, fizikë molekulare, biologji, agronomi, mjekësi, në studimin e formacioneve natyrore (mika, qelibar, gurë gjysmë të çmuar, minerale të djegshme dhe lëndë të tjera të para minerale), domethënë në fusha të tilla shkencore. në të cilën studiohet struktura e materies, struktura e saj molekulare, natyra e lidhjeve kimike, ndërveprimet ndërmolekulare dhe format e ndryshme të lëvizjes së brendshme.

Metodat NMR përdoren gjithnjë e më shumë për të studiuar proceset teknologjike në laboratorët e fabrikës, si dhe për të monitoruar dhe rregulluar ecurinë e këtyre proceseve në komunikime të ndryshme teknologjike drejtpërdrejt në prodhim.

Hulumtimet gjatë pesëdhjetë viteve të fundit kanë treguar se metodat e rezonancës magnetike mund të zbulojnë shqetësimet në proceset biologjike në një fazë shumë të hershme.

Janë zhvilluar dhe po prodhohen instalime për studimin e të gjithë trupit të njeriut duke përdorur metodat e rezonancës magnetike (metodat e tomografisë NMR).

Sa i përket vendeve të CIS, dhe kryesisht Rusisë, metodat e rezonancës magnetike (veçanërisht NMR) tani kanë zënë një vend të fortë në laboratorët kërkimorë të këtyre vendeve. Në qytete të ndryshme (Moskë, Novosibirsk, Kazan, Talin, Shën Petersburg, Irkutsk, Rostov-on-Don, etj.) janë shfaqur shkolla shkencore duke përdorur këto metoda me problemet e tyre origjinale dhe qasjet për zgjidhjen e tyre.

1. Pople J., Schneider W., Bernstein G. Spektrat e rezonancës magnetike bërthamore me rezolucion të lartë. M.: IL, 1962. 292 f.

2. Carrington A., McLachlan E. Rezonanca magnetike dhe aplikimi i saj në kimi. M.: Mir, 1970. 447 f.

3. Bovi F.A. NMR me rezolucion të lartë të makromolekulave M.: Khimiya, 1977. 455 f.

4. Heberlen U., Mehring M. NMR me rezolucion të lartë në trupat e ngurtë. M.: Mir, 1980. 504 f.

5. Slikter Ch. Bazat e teorisë së rezonancës magnetike. M.: Mir, 1981. 448 f.

6. Ionin B.I., Ershov B.A., Koltsov A.I.

Spektroskopia NMR në kiminë organike. L.: Kimi, 1983. 269 f.

7. Voronov V.K. Metodat e aditivëve paramagnetikë në spektroskopinë NMR. Novosibirsk: Nauka, 1989. 168 f.

Të njëjtat bërthama atomike në mjedise të ndryshme në një molekulë tregojnë sinjale të ndryshme NMR. Dallimi midis një sinjali të tillë NMR dhe sinjalit të një substance standarde bën të mundur përcaktimin e të ashtuquajturit zhvendosje kimike, e cila përcaktohet nga struktura kimike e substancës që studiohet. Teknikat NMR kanë shumë mundësi për përcaktimin e strukturës kimike të substancave, konformacioneve molekulare, efekteve të ndikimit të ndërsjellë dhe transformimeve intramolekulare.

YouTube Enciklopedike

1 / 5

Fenomeni i rezonancës magnetike bërthamore bazohet në vetitë magnetike të bërthamave atomike, të përbërë nga nukleone me rrotullim gjysmë të plotë 1/2, 3/2, 5/2…. Bërthamat me masë çift dhe numra ngarkues (bërthamat çift-çift) nuk kanë moment magnetik.

Momenti këndor dhe momenti magnetik i bërthamës kuantizohen, dhe vlerat e veta të projeksionit të momenteve këndore dhe magnetike në boshtin z të një sistemi koordinativ të zgjedhur në mënyrë arbitrare përcaktohen nga relacioni

J z = ℏ μ I (\displaystyle J_(z)=\hbar \mu _(I)) Dhe μ z = γ ℏ μ I (\displaystyle \mu _(z)=\gama \hbar \mu _(I)),

Ku μ I (\displaystyle \mu _(I))- numri magnetik kuantik i gjendjes vetjake të bërthamës, vlerat e tij përcaktohen nga numri kuantik spin i bërthamës

μ I = I , I − 1 , I − 2 , .,

. ., − I (\displaystyle \mu _(I)=I,I-1,I-2,...,-I)

domethënë, bërthama mund të vendoset në I = 1/2 2 I + 1 (\displaystyle 2I+1)

shteteve.,

Pra, për një proton (ose një bërthamë tjetër me

- 13 C, 19 F, 31 P, etj.) mund të jenë vetëm në dy gjendje μ z = ± γ ℏ I = ± ℏ / 2 (\displaystyle \mu _(z)=\pm \gama \hbar I=\pm \hbar /2) një bërthamë e tillë mund të përfaqësohet si një dipol magnetik, z-komponenti i të cilit mund të orientohet paralel ose antiparalel me drejtimin pozitiv të boshtit z të një sistemi koordinativ arbitrar. I Duhet të theksohet se në mungesë të një fushe magnetike të jashtme, të gjitha gjendjet janë të ndryshme μ z (\style ekrani \mu _(z)) kanë të njëjtën energji, pra janë të degjeneruar. Degjenerimi hiqet në një fushë magnetike të jashtme, dhe ndarja në lidhje me gjendjen e degjeneruar është proporcionale me madhësinë e fushës magnetike të jashtme dhe momentin magnetik të gjendjes dhe për një bërthamë me një numër kuantik spin në një fushë magnetike të jashtme shfaqet një sistem nga, domethënë, rezonanca magnetike bërthamore ka të njëjtën natyrë si efekti Zeeman i ndarjes së niveleve elektronike në një fushë magnetike.

Në rastin më të thjeshtë, për një bërthamë me spin c I = 1/2- për shembull, për një proton, duke u ndarë

δ E = ± μ z B 0 (\displaystyle \delta E=\pm \mu _(z)B_(0))

dhe diferenca energjetike e gjendjeve të rrotullimit

Δ E = 2 μ z B 0 (\style ekrani \Delta E=2\mu _(z)B_(0))

Vëzhgimi i NMR lehtësohet nga fakti se në shumicën e substancave atomet nuk kanë momente magnetike të përhershme të elektroneve të predhave atomike për shkak të fenomenit të ngrirjes së momentit orbital.

Frekuencat e rezonancës NMR në metale janë më të larta se në materialet diamagnetike (Knight Shift).

Polarizimi kimik i bërthamave

Kur ndodhin disa reaksione kimike në një fushë magnetike, në spektrat NMR të produkteve të reaksionit zbulohet ose një përthithje anormalisht e madhe ose emetim radio. Ky fakt tregon një popullatë jo ekuilibër të niveleve bërthamore Zeeman në molekulat e produkteve të reaksionit. Popullata e tepërt e nivelit më të ulët shoqërohet me përthithje anormale. Popullsia e përmbysur (niveli i sipërm është më i populluar se i poshtëmi) çon në emetim radio. Ky fenomen quhet polarizim kimik i bërthamave.

Frekuencat e larmorit të disa bërthamave atomike

bërthamë	Frekuenca Larmor në MHz në 0,5 Tesla	Frekuenca e Larmorit në MHz në 1 Tesla	Frekuenca Larmor në MHz në 7.05 Tesla
1 H (Hidrogjen)	21,29	42,58	300.18
²D (Deuterium)	3,27	6,53	46,08
13 C (karbon)	5,36	10,71	75,51
23 Na (natrium)	5,63	11,26	79.40
39 K (kalium)	1,00	1,99

Frekuenca për rezonancën e protonit është në intervalin e gjatësisë së valës së shkurtër (gjatësia e valës rreth 7 m).

Aplikimet e NMR

Spektroskopia

Pajisjet

Zemra e një spektometri NMR është një magnet i fuqishëm. Në një eksperiment të kryer fillimisht në praktikë nga Purcell, një kampion i vendosur në një ampulë qelqi me një diametër rreth 5 mm vendoset midis poleve të një elektromagneti të fortë. Pastaj, për të përmirësuar uniformitetin e fushës magnetike, ampula fillon të rrotullohet dhe fusha magnetike që vepron mbi të forcohet gradualisht. Një gjenerator i frekuencës radio të lartë Q përdoret si burim rrezatimi. Nën ndikimin e një fushe magnetike në rritje, bërthamat në të cilat është akorduar spektrometri fillojnë të rezonojnë. Në këtë rast, bërthamat e mbrojtura rezonojnë me një frekuencë pak më të ulët se bërthamat pa predha elektronike. Thithja e energjisë zbulohet nga një urë radiofrekuence dhe më pas regjistrohet nga një regjistrues. Frekuenca rritet derisa të arrijë një kufi të caktuar, mbi të cilin rezonanca është e pamundur.

Meqenëse rrymat që vijnë nga ura janë shumë të vogla, ato nuk kufizohen në marrjen e një spektri, por bëjnë disa dhjetëra kalime. Të gjitha sinjalet e marra përmblidhen në grafikun përfundimtar, cilësia e të cilit varet nga raporti sinjal-zhurmë i pajisjes.

Në këtë metodë, kampioni i ekspozohet rrezatimit me radiofrekuencë të një frekuence konstante, ndërsa forca e fushës magnetike ndryshon, kështu që quhet edhe metoda e rrezatimit me valë të vazhdueshme (CW).

Metoda tradicionale e spektroskopisë NMR ka shumë disavantazhe. Së pari, kërkon një sasi të madhe kohe për të ndërtuar çdo spektër. Së dyti, është shumë kërkuese për mungesën e ndërhyrjeve të jashtme dhe, si rregull, spektrat që rezultojnë kanë zhurmë të konsiderueshme. Së treti, është i papërshtatshëm për krijimin e spektrometrit me frekuencë të lartë (300, 400, 500 dhe më shumë MHz). Prandaj, instrumentet moderne NMR përdorin metodën e të ashtuquajturës spektroskopi pulsuese (PW), bazuar në transformimet Furier të sinjalit të marrë. Aktualisht, të gjithë spektrometrit NMR janë ndërtuar në bazë të magneteve të fuqishëm superpërcjellës me një fushë magnetike konstante.

Ndryshe nga metoda CW, në versionin pulsues, bërthamat ngacmohen jo me një "valë konstante", por me ndihmën e një pulsi të shkurtër që zgjat disa mikrosekonda. Amplituda e komponentëve të frekuencës së pulsit zvogëlohet me rritjen e distancës nga ν 0 . Por meqenëse është e dëshirueshme që të gjitha bërthamat të rrezatohen në mënyrë të barabartë, është e nevojshme të përdoren "pulse të forta", domethënë impulse të shkurtra me fuqi të lartë. Kohëzgjatja e pulsit zgjidhet në mënyrë që gjerësia e brezit të frekuencës të jetë një ose dy renditje të madhësisë më e madhe se gjerësia e spektrit. Fuqia arrin disa mijëra vat.

Si rezultat i spektroskopisë pulsuese, nuk merret spektri i zakonshëm me majat e dukshme të rezonancës, por një imazh i lëkundjeve rezonante të amortizuara, në të cilat të gjitha sinjalet nga të gjitha bërthamat rezonuese janë të përziera - i ashtuquajturi "shkatërrim i induksionit të lirë" (FID, pa pagesë prishja e induksionit). Për të transformuar këtë spektër përdoren metoda matematikore, i ashtuquajturi transformim Furier, sipas të cilit çdo funksion mund të paraqitet si shuma e një grupi lëkundjesh harmonike.

Spektrat NMR

Për analizën cilësore duke përdorur NMR, përdoret analiza e spektrit, bazuar në karakteristikat e mëposhtme të jashtëzakonshme të kësaj metode:

sinjalet nga bërthamat e atomeve që i përkasin grupeve të caktuara funksionale shtrihen në rajone të përcaktuara rreptësisht të spektrit;
zona integrale e kufizuar nga kulmi është rreptësisht proporcionale me numrin e atomeve rezonuese;
bërthamat që shtrihen përmes 1-4 lidhjeve janë të afta të prodhojnë sinjale të shumëfishta si rezultat i të ashtuquajturave. duke u ndarë mbi njëri-tjetrin.

Pozicioni i sinjalit në spektrat NMR karakterizohet nga zhvendosja e tyre kimike në raport me sinjalin e referencës. Tetrametilsilani Si(CH 3) 4 (TMS) përdoret si i fundit në 1H dhe 13 C NMR. Njësia e zhvendosjes kimike është pjesa për milion (ppm) e frekuencës së instrumentit. Nëse marrim sinjalin TMS si 0, dhe zhvendosja e sinjalit në një fushë të dobët konsiderohet një zhvendosje kimike pozitive, atëherë marrim të ashtuquajturën shkallë δ. Nëse rezonanca e tetrametilsilanit është e barabartë me 10 ppm. dhe përmbysni shenjat, atëherë shkalla që rezulton do të jetë shkalla τ, e cila praktikisht nuk përdoret aktualisht. Nëse spektri i një substance është shumë kompleks për t'u interpretuar, ju mund të përdorni metoda kimike kuantike për të llogaritur konstantet e shqyrtimit dhe për të lidhur sinjalet e bazuara në to.

Introskopia NMR

Fenomeni i rezonancës magnetike bërthamore mund të përdoret jo vetëm në fizikë dhe kimi, por edhe në mjekësi: trupi i njeriut është një koleksion i të njëjtave molekula organike dhe inorganike.

Për të vëzhguar këtë fenomen, një objekt vendoset në një fushë magnetike konstante dhe ekspozohet ndaj frekuencës së radios dhe fushave magnetike të gradientit. Në bobinën e induktorit që rrethon objektin në studim, lind një forcë elektromotore alternative (EMF), spektri amplitudë-frekuencë i së cilës dhe karakteristikat kalimtare kohore përmbajnë informacion rreth densitetit hapësinor të bërthamave atomike rezonuese, si dhe parametrave të tjerë specifikë vetëm për rezonancë magnetike bërthamore. Përpunimi kompjuterik i këtij informacioni gjeneron një imazh tredimensional që karakterizon densitetin e bërthamave kimikisht ekuivalente, kohët e relaksimit të rezonancës magnetike bërthamore, shpërndarjen e shpejtësisë së rrjedhës së lëngjeve, difuzionin e molekulave dhe proceset metabolike biokimike në indet e gjalla.

Rezonanca magnetike bërthamore

Rezonanca magnetike bërthamore (NMR) - thithja rezonante ose emetimi i energjisë elektromagnetike nga një substancë që përmban bërthama me spin jo zero në një fushë magnetike të jashtme, në një frekuencë ν (e quajtur frekuenca NMR), për shkak të riorientimit të momenteve magnetike të bërthamave. Fenomeni i rezonancës magnetike bërthamore u zbulua në vitin 1938 nga Isaac Rabi në rrezet molekulare, për të cilat ai u nderua me çmimin Nobel në 1944. Në vitin 1946, Felix Bloch dhe Edward Mills Purcell morën rezonancë magnetike bërthamore në lëngje dhe trupa të ngurtë (Çmimi Nobel 1952). .

Përshkrimi matematik Momenti magnetik i bërthamës mu=y*l ku l është rrotullimi bërthamor;

konstante y-bar Frekuenca në të cilën vërehet NMR

Polarizimi kimik i bërthamave Kur ndodhin disa reaksione kimike në një fushë magnetike, në spektrat NMR të produkteve të reaksionit zbulohet ose një përthithje anormalisht e madhe ose emetim radio. Ky fakt tregon një popullatë jo ekuilibër të niveleve bërthamore Zeeman në molekulat e produkteve të reaksionit. Popullata e tepërt e nivelit më të ulët shoqërohet me përthithje anormale. Popullsia e përmbysur (niveli i sipërm është më i populluar se ai i poshtëm) çon në emetim radio. Ky fenomen quhet

polarizimi kimik i bërthamave Në NMR përdoret për të rritur magnetizimin bërthamor

bërthamë	Frekuencat e larmorit të disa bërthamave atomike	Frekuenca Larmor në MHz në 0,5 Tesla	Frekuenca e Larmorit në MHz në 1 Tesla
Frekuenca Larmor në MHz në 7.05 Tesla 1H()
Hidrogjeni ²D ()
Deuterium 13 C ()
Karboni 23 Na()
Natriumi 39 K ()

Kaliumi Frekuenca e rezonancës së protonit është në interval valë të shkurtra .

(gjatësia vale rreth 7 m)

Aplikimet e NMR

Spektroskopia

Spektroskopia NMR

Pajisjet

Si rezultat i spektroskopisë pulsore, nuk merret spektri i zakonshëm me majat e dukshme të rezonancës, por një imazh i lëkundjeve rezonante të amortizuara, në të cilat të gjitha sinjalet nga të gjitha bërthamat rezonuese janë të përziera - i ashtuquajturi "shkatërrim i induksionit të lirë" (FID, falas induksioni prishje). Për të transformuar këtë spektër përdoren metoda matematikore, i ashtuquajturi transformim Furier, sipas të cilit çdo funksion mund të paraqitet si shuma e një grupi lëkundjesh harmonike.

Spektrat NMR

Spektri i 1H4-etoksibenzaldehidit. Në një fushë të dobët (të vetme ~ 9,25 ppm) sinjali është nga protoni i grupit aldehid, në një fushë të fortë (treshe ~ 1,85-2 ppm) - nga protonet e grupit metil etoksi.

Për analizën cilësore duke përdorur NMR, përdoret analiza e spektrit, bazuar në karakteristikat e mëposhtme të jashtëzakonshme të kësaj metode:

sinjalet nga bërthamat e atomeve që i përkasin grupeve të caktuara funksionale shtrihen në rajone të përcaktuara rreptësisht të spektrit;

zona integrale e kufizuar nga kulmi është rreptësisht proporcionale me numrin e atomeve rezonuese;

bërthamat që shtrihen përmes 1-4 lidhjeve janë të afta të prodhojnë sinjale të shumëfishta si rezultat i të ashtuquajturave. duke u ndarë mbi njëri-tjetrin.

Introskopia NMR

Thelbi i introskopisë NMR (ose imazhit të rezonancës magnetike) është, në fakt, zbatimi i një lloji të veçantë analize sasiore të amplitudës së sinjalit të rezonancës magnetike bërthamore. Në spektroskopinë konvencionale NMR, njeriu përpiqet të arrijë rezolucionin më të mirë të mundshëm të linjave spektrale. Për të arritur këtë, sistemet magnetike rregullohen në atë mënyrë që të krijojnë uniformitetin më të mirë të mundshëm të fushës brenda kampionit. Në metodat e introskopisë NMR, përkundrazi, fusha magnetike e krijuar është padyshim jo uniforme. Atëherë ka arsye të pritet që frekuenca e rezonancës magnetike bërthamore në secilën pikë të kampionit të ketë vlerën e vet, të ndryshme nga vlerat në pjesët e tjera. Duke vendosur çdo kod për gradimet e amplitudës së sinjaleve NMR (shkëlqimi ose ngjyra në ekranin e monitorit), mund të merrni një imazh konvencional (tomogram) të seksioneve të strukturës së brendshme të objektit.

Introskopia NMR dhe tomografia NMR u shpikën për herë të parë në botë në vitin 1960 nga V. A. Ivanov. Një ekspert i paaftë hodhi poshtë kërkesën për një shpikje (metodë dhe pajisje) "... për shkak të padobishmërisë së dukshme të zgjidhjes së propozuar", kështu që certifikata e autorit për këtë u lëshua vetëm më shumë se 10 vjet më vonë. Kështu, zyrtarisht pranohet se autori i tomografisë NMR nuk është ekipi i laureatëve të Nobelit të renditur më poshtë, por një shkencëtar rus. Përkundër këtij fakti juridik, çmimi Nobel për tomografinë NMR nuk iu dha V. A. Ivanov.