Өнөө үед өвчтөнүүдийг рентген зураг, хэт авиан шинжилгээнд биш, харин цөмийн соронзон резонансын дүрслэлд шилжүүлдэг. Энэхүү судалгааны арга нь цөмийн соронзон дээр суурилдаг. Энэ нь юу вэ, ямар давуу талтай, ямар тохиолдолд үүнийг хийж байгааг авч үзье.

Энэхүү оношлогооны арга нь цөмийн соронзон резонанс дээр суурилдаг. Гадны соронзон орон дээр устөрөгчийн атом буюу протоны цөм нь хоёр эсрэг тэсрэг төлөвт байдаг. Та тодорхой давтамжтай цахилгаан соронзон туяагаар ажиллах замаар цөмийн соронзон моментийн чиглэлийг өөрчилж болно.

Протоныг гадны соронзон орон дээр байрлуулах нь түүний соронзон момент өөрчлөгдөж, анхны байрлалдаа буцаж ирдэг. Энэ нь тодорхой хэмжээний энерги ялгаруулдаг. ийм энергийн хэмжээний өөрчлөлтийг бүртгэдэг.

Томограф нь маш хүчтэй соронзон орон ашигладаг. Цахилгаан соронзон нь ихэвчлэн 3, заримдаа 9 Тесла хүртэл соронзон орон үүсгэх чадвартай байдаг. Энэ нь хүний ​​хувьд бүрэн гэм хоргүй юм. Томографийн систем нь хамгийн өндөр чанартай зураг авахын тулд соронзон орны чиглэлийг нутагшуулах боломжийг олгодог.

Цөмийн соронзон томограф

Оношилгооны арга нь өндөр эрчимтэй соронзон орон дахь цахилгаан соронзон долгионоор өдөөгдсөний улмаас атомын цөм (протон) -ын цахилгаан соронзон хариу үйлдлийг бүртгэхэд суурилдаг. Соронзон резонансын дүрслэлийг анх 1973 онд авч үзсэн. Дараа нь Америкийн эрдэмтэн П.Латербург биетийг өөрчлөгдөж буй соронзон орон дээр судлахыг санал болгов. Энэхүү эрдэмтний ажил нь анагаах ухааны шинэ эриний эхлэл болсон юм.

Соронзон резонансын томографийн тусламжтайгаар эд эсийг устөрөгчөөр ханасан байдлаас шалтгаалан хүний ​​биеийн эд, хөндийг судлах боломжтой болсон. Соронзон резонансын тодосгогч бодисыг ихэвчлэн ашигладаг. Ихэнхдээ эдгээр нь протоны хариу урвалыг өөрчилдөг гадолиний эм юм.
"Цөмийн MR дүрслэл" гэсэн нэр томъёо 1986 он хүртэл оршин байсан.

Чернобылийн АЦС-ын гамшигтай холбогдуулан хүн амын дунд радиофоби үүссэн тул оношилгооны шинэ аргын нэрнээс "цөмийн" гэсэн үгийг хасахаар шийдсэн. Гэсэн хэдий ч энэ нь соронзон резонансын дүрслэлийг олон өвчнийг оношлох практикт хурдан оруулах боломжийг олгосон. Өнөөдөр энэ арга нь өмнө нь оношлоход хэцүү байсан олон өвчнийг илрүүлэх гол арга юм.

Оношлогоо хэрхэн хийгддэг вэ?

MRI нь маш хүчтэй соронзон орон ашигладаг. Хэдийгээр энэ нь хүмүүст аюултай биш ч эмч, өвчтөн тодорхой дүрмийг дагаж мөрдөх шаардлагатай хэвээр байна.

Юуны өмнө, оношлогооны процедурын өмнө өвчтөн тусгай асуулга бөглөнө. Үүнд тэрээр эрүүл мэндийн байдал, мөн өөрийнхөө тухай мэдээллийг харуулдаг. Шалгалтыг хувцас, хувийн эд зүйлсээ солих кабин бүхий тусгайлан бэлтгэсэн өрөөнд явуулдаг.

Өвчтөн өөрийгөө гэмтээхгүйн тулд, мөн үр дүнгийн үнэн зөвийг баталгаажуулахын тулд металл агуулсан бүх зүйлийг зайлуулж, гар утас, зээлийн карт, цаг гэх мэтийг хувийн эд зүйлсийн шүүгээнд үлдээх ёстой. Эмэгтэйчүүдэд гоёл чимэглэлийн гоо сайхны бүтээгдэхүүнийг арьснаас нь угаахыг зөвлөж байна.
Дараа нь өвчтөнийг томографын хоолойд байрлуулна. Эмчийн зааврын дагуу шалгалтын талбайг тогтооно. Бүс бүрийг араваас хорин минутын турш шалгана. Энэ бүх хугацаанд өвчтөн хөдөлгөөнгүй байх ёстой. Зургийн чанар нь үүнээс хамаарна. Шаардлагатай бол эмч өвчтөний байрлалыг засах боломжтой.

Төхөөрөмжийг ажиллуулах явцад жигд дуу чимээ сонсогддог. Энэ нь хэвийн үзэгдэл бөгөөд судалгаа зөв явагдаж байгааг харуулж байна. Илүү нарийвчлалтай үр дүнд хүрэхийн тулд өвчтөнд тодосгогч бодисыг судсаар хийж болно. Зарим тохиолдолд ийм бодис хэрэглэх үед халууралт мэдрэгддэг. Энэ бол туйлын хэвийн үзэгдэл.

Судалгаанаас хойш ойролцоогоор хагас цагийн дараа эмч судалгааны протоколыг (дүгнэлт) хүлээн авах боломжтой. Үр дүн бүхий дискийг бас гаргадаг.

Цөмийн MRI-ийн ашиг тус

Ийм судалгааны давуу талууд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.

1. Гурван проекцоор биеийн эд эсийн өндөр чанартай зургийг авах чадвар. Энэ нь эд, эрхтнүүдийн харагдах байдлыг ихээхэн сайжруулдаг. Энэ тохиолдолд цөмийн MRI нь тооцоолсон томограф, рентген зураг, хэт авиан оношлогооноос хамаагүй дээр юм.
2. Өндөр чанартай эзэлхүүнтэй зураг нь үнэн зөв оношлох боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эмчилгээг сайжруулж, эдгэрэх магадлалыг нэмэгдүүлдэг.
3. MRI нь өндөр чанартай зураг гаргаж чаддаг тул ийм судалгаа нь хавдар, төв мэдрэлийн тогтолцооны эмгэг, булчингийн тогтолцооны эмгэгийн эмгэгийг илрүүлэхэд хамгийн сайн арга юм. Энэ нь саяхныг хүртэл илрүүлэхэд хэцүү эсвэл боломжгүй байсан өвчнийг оношлох боломжтой болгодог.
4. Орчин үеийн томографийн төхөөрөмжүүд нь өвчтөний байрлалыг өөрчлөхгүйгээр өндөр чанартай зураг авах боломжийг олгодог. Мэдээллийг кодлохын тулд компьютерийн томографийн нэгэн адил аргыг ашигладаг. Энэ нь эмч бүх эрхтнүүдийн гурван хэмжээст дүрсийг хардаг тул оношийг хялбар болгодог. Эмч мөн тодорхой эрхтний давхаргын зургийг авах боломжтой.
5. Ийм үзлэг нь эрхтнүүдийн хамгийн эртний эмгэг өөрчлөлтийг сайн тодорхойлдог. Ийм байдлаар өвчтөн шинж тэмдэг илрээгүй байгаа үе шатанд өвчнийг илрүүлж болно.
6. Ийм судалгаа хийх үед өвчтөн ионжуулагч цацрагт өртдөггүй. Энэ нь MRI програмын хамрах хүрээг ихээхэн өргөжүүлдэг.
7. MRI процедур нь бүрэн өвдөлтгүй бөгөөд өвчтөнд ямар нэгэн таагүй байдал үүсгэдэггүй.

MRI хийх заалтууд

Соронзон резонансын дүрслэлд олон заалт байдаг.

• Тархины цусны эргэлтийн эмгэг.
• Тархины хавдрын сэжиг, түүний мембраныг гэмтээх.
• Мэс заслын дараах эрхтнүүдийн нөхцөл байдлыг үнэлэх.
• Үрэвслийн үзэгдлийн оношлогоо.
• Таталт, эпилепси.
• Тархины гэмтэл.
• Цусны судасны нөхцөл байдлыг үнэлэх.
• Яс, үе мөчний нөхцөл байдлыг үнэлэх.
• Биеийн зөөлөн эдийг оношлох.
• Нурууны өвчин (остеоохондроз, спондилоартроз зэрэг).
• Нуруу нугасны гэмтэл.
• Нуруу нугасны нөхцөл байдлыг үнэлэх, түүний дотор хорт хавдрын үйл явцыг сэжиглэх.
• Ясны сийрэгжилт.
• Хэвлийн хөндийн эрхтнүүдийн байдал, түүнчлэн ретроперитонеаль орон зайг үнэлэх. MRI нь шарлалт, архаг гепатит, холецистит, цөсний чулуу, элэгний хавдар төст гэмтэл, нойр булчирхайн үрэвсэл, ходоод, гэдэс, дэлүү, бөөрний өвчинд зориулагдсан.
• Цистийн оношлогоо.
• Бөөрний булчирхайн нөхцөл байдлын оношлогоо.
• Аарцгийн эрхтнүүдийн өвчин.
• Урологийн эмгэг.
• Эмэгтэйчүүдийн өвчин.
• Цээжний эрхтнүүдийн өвчин.

Үүнээс гадна, хэрэв неоплазмыг сэжиглэж байгаа бол бүх биеийн соронзон резонансын дүрслэлийг зааж өгдөг. Хэрэв анхдагч хавдар оношлогдвол MRI ашиглан үсэрхийллийг хайж болно.

Энэ нь соронзон резонансын дүрслэлд хамаарах заалтуудын бүрэн жагсаалт биш юм. Энэхүү оношилгооны аргыг ашиглан илрүүлж чадаагүй организм, өвчин байхгүй гэж хэлж болно. Анагаах ухааны чадавхи өсөхийн хэрээр эмч нар олон аюултай өвчнийг оношлох, эмчлэх бараг хязгааргүй боломжуудтай тулгарч байна.

Соронзон резонансын дүрслэл хэзээ эсрэг заалттай вэ?

MRI-д хэд хэдэн үнэмлэхүй болон харьцангуй эсрэг заалтууд байдаг. Дараах нь туйлын эсрэг заалтууд юм.

1. Суурилуулсан зүрхний аппарат байгаа эсэх. Энэ нь соронзон орны хэлбэлзэл нь зүрхний хэмнэлд дасан зохицож, улмаар үхэлд хүргэдэгтэй холбоотой юм.
2. Дунд чихэнд суулгасан ферромагнит эсвэл электрон суулгац байгаа эсэх.
3. Том металл суулгац.
4. Бие дэх ферросоронзон хэлтэрхийнүүд байгаа эсэх.
5. Илизаровын аппаратын бэлэн байдал.

Харьцангуй эсрэг заалтууд (тодорхой нөхцөл хангагдсан тохиолдолд судалгаа хийх боломжтой) дараахь зүйлийг багтаана.

Эсрэг заалттай MRI хийх үед эсрэг заалтууд нь цус багадалт, архаг декомпенсацитай бөөрний дутагдал, жирэмслэлт, бие даасан үл тэвчих явдал юм.

Дүгнэлт

Оношлогооны хувьд соронзон резонансын дүрслэлийн ач холбогдлыг үнэлж баршгүй. Энэ бол олон өвчнийг илрүүлэх төгс, инвазив бус, өвдөлтгүй, хор хөнөөлгүй арга юм. Соронзон резонансын дүрслэлийг нэвтрүүлснээр эмч нар мэддэг тул өвчтөнүүдийн эмчилгээ ч сайжирсан.үнэн зөв оношлох, өвчтөний биед тохиолддог бүх үйл явцын онцлог шинж чанарууд.

MRI-аас айх шаардлагагүй. Үйл ажиллагааны явцад өвчтөн ямар ч өвдөлтийг мэдэрдэггүй. Энэ нь цөмийн болон рентген туяатай ямар ч холбоогүй юм. Ийм журмаас татгалзах нь бас боломжгүй юм.

Энэ бүлэг нь өмнөхтэй адил атом, молекулуудын энерги ялгарах, шингээхтэй холбоотой үзэгдлүүдийг авч үздэг.

Соронзон резонанс гэдэг нь соронзон орон дотор байрлуулсан бодисоор цахилгаан соронзон долгионыг сонгон шингээх явдал юм.

§ 25.1. Соронзон орон дахь атомын энергийн түвшинг хуваах

§ 13.1, 13.2-т соронзон орон дээр байрлуулсан гүйдэл дамжуулах хэлхээнд хүчний момент үйлчилдэг болохыг харуулсан. Хэлхээ тогтвортой тэнцвэрт байдалд байх үед түүний соронзон момент нь соронзон индукцийн векторын чиглэлтэй давхцдаг. Энэ байрлалыг өөрийн төхөөрөмжид үлдээсэн гүйдэл бүхий хэлхээ эзэлдэг. Соронзон талбарт бөөмсийн соронзон моментууд мэдэгдэхүйц өөр байдлаар чиглэгддэг. Энэ асуудлыг квант механикийн үүднээс авч үзье.

§ 23.6-д электроны өнцгийн импульсийн тодорхой чиглэлд проекц нь салангид утгыг авдаг гэж тэмдэглэсэн. Эдгээр төсөөллийг илрүүлэхийн тулд ямар нэгэн байдлаар чиглэлийг тусгаарлах шаардлагатай З.Хамгийн түгээмэл аргуудын нэг бол соронзон орныг тогтоох явдал бөгөөд энэ тохиолдолд тойрог замын өнцгийн импульсийн проекцийг тодорхойлно. (23.26)], спин проекц (23.27), электроны нийт өнцгийн импульсийн проекц [үзнэ үү. (23.30)] ба атомын өнцгийн импульсийн проекц L Аз[см. (23.37)] соронзон индукцийн векторын чиглэлд IN.

Өнцгийн импульс ба соронзон момент (13.30) ба (13.31) хоорондын хамаарал нь векторын чиглэлд харгалзах соронзон моментийн салангид проекцийг олохын тулд жагсаасан томъёог ашиглах боломжийг олгодог. IN.Тиймээс, сонгодог ойлголтоос ялгаатай нь бөөмсийн соронзон момент нь тодорхой өнцгөөр соронзон оронтой харьцуулахад чиглэгддэг.

Жишээлбэл, атомын хувьд (23.37) -аас бид соронзон моментийн төсөөллийн дараах утгыг олж авна. р тгсоронзон индукцийн векторын чиглэлд:

Хаана Бор магнетон(§ 13.1-ийг үзнэ үү), Т -электрон масс, м j- соронзон квант тоо, g- Лэндийн үржүүлэгч(g-фактор) (§ 13.4-ийг үзнэ үү), өгөгдсөн атомын энергийн түвшний хувьд энэ нь квант тооноос хамаарна. Л, Ж, С."-" тэмдэг (25.1) нь электроны сөрөг цэнэгтэй холбоотой.

Талбай байхгүй үед атомын энерги нь тэнцүү байна гэдгийг харгалзан соронзон орон дахь атомын энерги Өө,томъёогоор тодорхойлно

Соронзон квант тооноос хойш мж[см. (23.37)] 2-ыг авч болно J+-аас 1 утгууд +Жөмнө -Ж,Дараа нь (25.2) -аас харахад атомыг соронзон орон дээр байрлуулах үед энергийн түвшин бүр хуваагдана. 2J+1 дэд түвшин. Үүнийг схемийн дагуу Зураг дээр үзүүлэв. 25.1 нь Ж= 1/2. Хөрш хоорондын эрчим хүчний ялгаа

дэд түвшинтэй тэнцүү байна

Эрчим хүчний түвшний хуваагдал нь соронзон орон дээр байрлуулсан атомуудын спектрийн шугамыг хуваахад хүргэдэг. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг Зейман эффект.

Хоёр дэд түвшний илэрхийлэл (25.2) бичье E 1Тэгээд E 2,соронзон орны нөлөөгөөр үүссэн:

Хаана E 01Тэгээд E 02- соронзон орон байхгүй үед атомын энергийн түвшин. (23.31) ба (25.4) -ийг ашиглан бид атомаас ялгарах давтамжийн илэрхийлэлийг олж авна.

Соронзон орон байхгүй үед спектрийн шугамын давтамж;

Соронзон орон дахь спектрийн шугамын хуваагдал. (25.7)-аас Av нь соронзон квант тоо, Лэндийн үржүүлэгч, соронзон орны индукцаас хамаардаг нь тодорхой байна. Хэрэв g 1= g 2 = g,Тэр

Соронзон квант тоог сонгох дүрмийн дагуу бид байна

Энэ нь гурван боломжит давтамжтай тохирч байна: n 0 + gm B B/h, n 0 , n 0 - gm B B/h,өөрөөр хэлбэл соронзон орон дээр спектрийн шугам хуваагдаж, гурвалсан болж хувирдаг (Зураг 25.2). Үүнийг хуваах гэж нэрлэдэг хэвийн эсвэл энгийн Zeeman эффект. Энэ нь хүчтэй соронзон орон эсвэл хэзээ ажиглагдаж байна g 1= g2.

Сул соронзон орны үед g 1 ¹ g 2байдаг хэвийн бус Зееман эффект, мөн спектрийн шугамыг хуваах нь илүү төвөгтэй байдаг.

§ 25.2. Электрон парамагнит резонанс ба түүний биоанагаах ухааны хэрэглээ

Соронзон талбарт байрлуулсан атомын хувьд ижил түвшний дэд түвшний хооронд аяндаа шилжилт хийх магадлал багатай. Гэсэн хэдий ч ийм шилжилт нь гадны цахилгаан соронзон орны нөлөөн дор үүсдэг. Шаардлагатай нөхцөл бол цахилгаан соронзон орны давтамж нь фотоны давтамжтай давхцаж, хуваагдсан дэд түвшний энергийн зөрүүтэй тохирч байх явдал юм. Энэ тохиолдолд цахилгаан соронзон орны энергийн шингээлтийг ажиглаж болно соронзон резонанс.

Бөөмийн төрлөөс хамааран соронзон моментийн тээвэрлэгчид байдаг электрон парамагнит резонанс (EPR)Тэгээд цөмийн соронзон резонанс (NMR).

ESR нь парамагнит тоосонцор агуулсан бодисуудад тохиолддог: молекулууд, атомууд, ионууд, электронуудын улмаас соронзон моменттой радикалууд. Энэ тохиолдолд үүсдэг Зееман үзэгдлийг цахим түвшний хуваагдалаар тайлбарладаг (тиймээс резонансын нэр - "цахим"). Хамгийн түгээмэл EPR нь цэвэр ээрэх соронзон момент бүхий бөөмс дээр байдаг (гадаадын уран зохиолд энэ төрлийн EPR-ийг заримдаа нэрлэдэг. электрон эргэх резонанс).

ESR-ийг 1944 онд Е.П.Завойский нээсэн бөгөөд анхны туршилтаар төмрийн бүлгийн ионуудын давсанд резонансын шингээлт ажиглагдсан. Завойский энэ үзэгдлийн хэд хэдэн хэв маягийг судалж чадсан.

(23.31) ба (25.3) илэрхийллээс бид резонансын энерги шингээх дараах нөхцлийг олж авна.

Хэрэв бөөмс B res тогтмол индукцийн талбар ба v давтамжтай цахилгаан соронзон орны нөлөөлөлд нэгэн зэрэг нөлөөлж байвал соронзон резонанс ажиглагдана. Нөхцөл (25.9)-аас харахад резонансын шингээлтийг хоёр аргаар илрүүлж болно: тогтмол давтамжтайгаар соронзон индукцийг жигд өөрчлөх, эсвэл тогтмол соронзон индукцаар давтамжийг жигд өөрчлөх. Техникийн хувьд эхний сонголт нь илүү тохиромжтой юм.

Зураг дээр. Зураг 25.3-т электрон энергийн түвшний хуваагдал (a) ба чадлын өөрчлөлтийг үзүүлэв Рсоронзон орны индукцаас хамааран дээжээр дамжин өнгөрөх цахилгаан соронзон долгион (б).Нөхцөл (25.9) хангагдсан тохиолдолд EPR үүснэ.

EPR-д ажиглагдсан спектрийн шугамын хэлбэр, эрчмийг электронуудын соронзон моментууд, тухайлбал спин, бие биетэйгээ, хатуу биетийн тортой харилцан үйлчлэлээр тодорхойлно. спектрийн мөн чанар.

(25.9) нөхцөл хангагдсан гэж үзье. Эрчим хүчийг шингээхийн тулд бодисын атомууд дээд түвшнийхээс илүү доод түвшний хүн амтай байх шаардлагатай. Үгүй бол өдөөгдсөн энерги ялгаруулалт давамгайлах болно.

Электрон парамагнит резонансын үед энерги шингээх, дээд дэд түвшний популяци нэмэгдэхийн зэрэгцээ урвуу үйл явц явагддаг - доод дэд түвшинд цацрагийн бус шилжилт, бөөмийн энерги нь тор руу шилждэг.

Бөөмөөс энергийг тор руу шилжүүлэх процессыг нэрлэдэг ээрэх торны амралт,энэ нь цаг хугацааны t-ээр тодорхойлогддог.Гейзенбергийн харьцаа (23.11)-ийн дагуу энэ нь түвшнийг өргөжүүлэхэд хүргэдэг.

Тиймээс резонансын шингээлт нь яг нэг утгаараа үүсдэггүй In, and inзарим интервал ДВ(Зураг 25.4). Хязгааргүй нарийн шингээлтийн шугамын оронд хязгаарлагдмал өргөнтэй шугам байх болно: ээрэх торны сулрах хугацаа богино байх тусам шугамын өргөн их байх болно. (t 1< t 2 тус тус муруй 1 Тэгээд 2 Зураг дээр. 25.4).

EPR шугамын тэлэлт нь электрон спинүүдийн харилцан үйлчлэл (спин-спиний харилцан үйлчлэл) болон парамагнит хэсгүүдийн бусад харилцан үйлчлэлээс хамаарна. Өөр өөр төрлийн харилцан үйлчлэл нь зөвхөн шингээх шугамын өргөнөөс гадна түүний хэлбэрт нөлөөлдөг.

ESR-ийн үед шингэсэн энерги, өөрөөр хэлбэл, шугамын интеграл (нийт) эрчим нь тодорхой нөхцөлд парамагнит хэсгүүдийн тоотой пропорциональ байна. Үүнээс үзэхэд хэмжсэн интегралын эрчмээс эдгээр хэсгүүдийн концентрацийг шүүж болно.

Ганц (ганц) шингээлтийн шугамыг тодорхойлох чухал параметрүүд нь n pe з, res, g(25.9) нөхцөлтэй тохирч (резонанс цэгийн байрлал). Тогтмол давтамжтай үед v утга res g хүчин зүйлээс хамаарна. Хамгийн энгийн тохиолдолд g хүчин зүйл нь системийн соронзлолын шинж чанарыг тодорхойлох боломжийг олгодог (эргэлт эсвэл тойрог зам). Хэрэв электрон нь хатуу болор тор эсвэл ямар нэгэн молекулын системийн нэг хэсэг болох атомтай холбоотой бол түүнд хүчтэй дотоод орон нөлөөлнө. g-факторыг хэмжсэнээр талбарууд болон молекулын бондын талаархи мэдээллийг авах боломжтой.

Гэсэн хэдий ч хэрэв судалгаагаар зөвхөн ганц биет шингээлтийн шугамыг олж авсан бол соронзон резонансын аргыг олон удаа ашиглах боломжгүй болно. Ихэнх хэрэглээ, түүний дотор биоанагаах ухаан нь хэсэг шугамын шинжилгээнд тулгуурладаг. EPR спектрт ойрын шугамын бүлэг байгааг уламжлалт байдлаар нэрлэдэг хуваах. EPR спектрийг хуваах хоёр онцлог шинж чанартай байдаг.

Эхлээд - электрон хуваах- молекул эсвэл атом нь EPR үүсгэдэг нэг биш, хэд хэдэн электронтой тохиолдолд тохиолддог. Хоёрдугаарт - хэт нарийн хуваагдал- цөмийн соронзон моменттэй электронуудын харилцан үйлчлэлийн үед ажиглагдсан.

EPR-ийг хэмжих орчин үеийн техник нь цахилгаан соронзон энергийг шингээх үед үүсэх системийн аливаа параметрийн өөрчлөлтийг тодорхойлоход суурилдаг.

Энэ зорилгоор ашигласан төхөөрөмжийг нэрлэнэ EPR спектрометр.Энэ нь дараах үндсэн хэсгүүдээс бүрдэнэ (Зураг 25.5). 1 - индукц нь жигд өөрчлөгдөж болох хүчтэй жигд соронзон орон үүсгэдэг цахилгаан соронзон; 2 - цахилгаан соронзон орны богино долгионы цацраг үүсгэгч; 3 - Онцгой

"шингээх эс" нь богино долгионы цацрагийг дээж дээр төвлөрүүлж, дээжинд энерги шингээж байгааг илрүүлэх боломжийг олгодог (хөндий резонатор); 4 - EPR спектрийг ажиглах, бүртгэх цахим хэлхээ; 5 - дээж; 6 - осциллограф.

Орчин үеийн EPR спектрометр нь ойролцоогоор 10 GHz (долгионы урт 0.03 м) давтамжийг ашигладаг. Энэ нь (25.9)-д заасны дагуу EPR-ийн хамгийн их шингээлт гэсэн үг g = 2-т ажиглагдаж байна IN= 0.ZTl.

Практикт EPR спектрометр нь энерги шингээлтийн муруйг (Зураг 25.6а) биш харин түүний деривативыг (Зураг 2) бүртгэдэг. 25.6, b). EPR аргын биоанагаахын нэг хэрэглээ бол чөлөөт радикалуудыг илрүүлэх, судлах явдал юм. Жишээлбэл, цацраг идэвхт уургийн ESR спектр нь чөлөөт радикал үүсэх механизмыг тайлбарлах, үүнтэй холбогдуулан цацрагийн гэмтлийн анхдагч болон хоёрдогч бүтээгдэхүүний өөрчлөлтийг хянах боломжийг олгосон.

ESR нь фотохимийн процесс, ялангуяа фотосинтезийг судлахад өргөн хэрэглэгддэг. Зарим бодисын хорт хавдар үүсгэх үйл ажиллагааг судалдаг.

Ариун цэврийн болон эрүүл ахуйн зорилгоор EPR аргыг агаар дахь радикалуудын концентрацийг тодорхойлоход ашигладаг.

Харьцангуй саяхан спин-маркийн аргыг биологийн молекулуудыг судлахад тусгайлан санал болгосон бөгөөд түүний мөн чанар нь сайн мэддэг бүтэцтэй парамагнит нэгдэл нь судалж буй объектын молекултай холбоотой байдаг. Молекул дахь ийм эргэх тэмдгийн байрлалыг EPR спектрээс олж болно. Молекулын өөр өөр хэсгүүдэд шошго оруулснаар янз бүрийн бүлгийн атомуудын байршил, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг тодорхойлох, химийн бондын шинж чанар, чиг баримжааг судлах, молекулын хөдөлгөөнийг илрүүлэх боломжтой. Молекулд нэг биш хэд хэдэн ээрэх шошго, жишээ нь хоёрыг хавсаргаснаар шошготой бүлгүүдийн зай, тэдгээрийн харьцангуй чиглэлийн талаарх мэдээллийг авах боломжтой.

Спин датчикийг мөн ашигладаг - молекулуудтай ковалент бус холболттой парамагнит хэсгүүд. Спингийн датчикуудын EPR спектрийн өөрчлөлт нь хүрээлэн буй молекулуудын төлөв байдлын талаар мэдээлэл өгдөг. Зураг дээр. Зураг 25.7-д глицеринд эргүүлэх датчик болгон байрлуулсан нитроксидын радикалын EPR спектрийг үзүүлэв. Температур нэмэгдэхийн хэрээр глицеролын зуурамтгай чанар буурч, энэ нь EPR спектрийн дүр төрхийг өөрчилдөг. Тиймээс, EPR спектрийн хэлбэрээс микро наалдамхай чанарыг тодорхойлох боломжтой - эргэлтийн датчикийн ойр орчны зуурамтгай чанар. Тиймээс, ялангуяа мембраны липидийн давхаргын бичил наалдамхай чанарыг тодорхойлох боломжтой (§ 11.2-ыг үзнэ үү).

Ерөнхийдөө EPR аргыг ашиглан биологийн объектуудыг судлах нь өргөн хүрээний хэрэглээтэй байдаг.

§ 25.3. Цөмийн соронзон резонанс. NMR интроскопи (соронзон резонансын дүрслэл)

Цөмийн соронзон резонансын атом ба молекулын физикийн бүлэгт хамааралгүй боловч соронзон резонансын үзэгдэл гэж EPR-тай нэг бүлэгт авч үзсэн болно.

Цөмийн соронзон моментийг нуклонуудын соронзон моментуудаас нэгтгэн гаргадаг. Ихэвчлэн энэ мөчийг цөмийн соронзон (m i) -ээр илэрхийлдэг; m i = 5.05 10 -27 А м 2. Протоны соронзон момент ойролцоогоор тэнцүү байна p mp= 2.79м i, нейтрон r tp= -1.91м i. "-" тэмдэг нь нейтроны соронзон момент нь эргэлтийн эсрэг чиглэсэн байна гэсэн үг юм.

Соронзон мөчүүдийг танилцуулъя р чазарим цөм, цөмийн магнетонд илэрхийлэгддэг.

Хүснэгт 32

Соронзон талбарт байрлуулсан цөмийн соронзон момент нь зөвхөн салангид чиглэлтэй байж болно. Энэ нь цөмийн энерги нь дэд түвшнийхтэй тохирч, тэдгээрийн хоорондох зай нь соронзон орны индукцээс хамаарна гэсэн үг юм.

Хэрэв эдгээр нөхцөлд цөм нь цахилгаан соронзон орны нөлөөлөлд өртвөл дэд түвшний хооронд шилжилт үүсч болно. Эдгээр шилжилт, түүнчлэн цахилгаан соронзон орны энергийг шингээхийн тулд (25.9)-тай төстэй нөхцөлийг биелүүлэх шаардлагатай.

хаана би - цөмийн Лэндийн үржүүлэгч.

Цөмийн соронзон моментийн чиглэлийг өөрчилснөөр үүссэн тогтмол соронзон орон дахь бодис тодорхой давтамжийн цахилгаан соронзон долгионыг сонгон шингээхийг цөмийн соронзон резонанс гэж нэрлэдэг.

Зөвхөн чөлөөт атомын цөмд (25.10) нөхцөл хангагдсан тохиолдолд NMR ажиглагдаж болно. Атом ба молекул дахь цөмийн резонансын давтамжийн туршилтын утга нь (25.10) -тай тохирохгүй байна. Энэ тохиолдолд электрон гүйдлийн атомын дотор үүссэн орон нутгийн соронзон орны нөлөөллийн үр дүнд үүсдэг "химийн шилжилт" үүсдэг. бигадны соронзон орны нөлөөгөөр өдөөгдсөн. Энэхүү "диамагнитын эффект"-ийн үр дүнд нэмэлт соронзон орон үүсдэг бөгөөд түүний индукц нь гадаад соронзон орны индукцтэй пропорциональ боловч эсрэг чиглэлд байна. Тиймээс цөмд үйлчлэх нийт үр дүнтэй соронзон орон нь индукцаар тодорхойлогддог

Энд s нь скрининг тогтмол, 10 -6 магнитудын дарааллаар тэнцүү ба цөмийн электрон орчноос хамаарна.

Эндээс үзэхэд өөр өөр орчинд (өөр өөр молекулууд эсвэл ижил молекулын өөр өөр, эквивалент бус газар) байрладаг өгөгдсөн төрлийн цөмд янз бүрийн давтамжтайгаар резонанс ажиглагддаг. Энэ нь химийн шилжилтийг тодорхойлдог. Энэ нь химийн бондын шинж чанар, молекулуудын электрон бүтэц, бодисын концентраци, уусгагчийн төрөл, температур гэх мэтээс хамаарна.

Хэрэв молекул дахь хоёр ба түүнээс дээш цөм өөр өөрөөр хамгаалагдсан бол, өөрөөр хэлбэл молекул дахь цөмүүд химийн хувьд эквивалент бус байрлалыг эзэлдэг бол тэдгээр нь өөр химийн шилжилттэй байдаг. Ийм молекулын NMR спектр нь өгөгдсөн төрлийн цөмийн химийн хувьд эквивалент бус бүлгүүдтэй адил олон резонансын шугамыг агуулдаг. Шугам бүрийн эрчим нь тухайн бүлгийн бөөмийн тоотой пропорциональ байна.

NMR спектрийн хувьд хоёр төрлийн шугамыг өргөнөөр нь ялгадаг. Хатуу биетүүдийн спектр нь том өргөнтэй байдаг ба NMR-ийн энэхүү хэрэглээг NMR гэж нэрлэдэг өргөн шугамууд.Шингэн дотор нарийн шугамууд ажиглагддаг бөгөөд үүнийг NMR гэж нэрлэдэг өндөр нарийвчлалтай.

Зураг дээр. Зураг 25.8-д хатуу (а) болон шингэний цөмийн соронзон резонансын муруйг үзүүлэв (б).Шингэн дэх оргилын хурц байдал нь дараах байдалтай холбоотой. Цөм бүр хөршүүдтэйгээ харьцдаг. Тухайн төрлийн цөмийг тойрсон цөмийн соронзон моментуудын чиглэл нь тухайн бодисын цэгээс цэг рүү өөрчлөгддөг тул ижил төрлийн өөр өөр цөмд үйлчлэх нийт соронзон орон мөн өөрчлөгддөг. Энэ нь бүх бөөмийн хувьд резонансын бүс нь өргөн шугам байх ёстой гэсэн үг юм. Гэвч шингэн дэх молекулуудын хурдацтай хөдөлгөөнөөс болж орон нутгийн соронзон орон удаан үргэлжлэхгүй. Үүний үр дүнд шингэний цөм ижил дундаж талбарт өртдөг тул резонансын шугам нь хурц байна.

Молекул дахь химийн эквивалент цэгүүдийг эзэлдэг цөмийн NMR ажиглагдаж буй химийн нэгдлүүдийн хувьд нэг шугам ажиглагдаж байна. Илүү нарийн бүтэцтэй нэгдлүүд нь олон шугамын спектрийг өгдөг.

Химийн шилжилт, спектрийн шугамын тоо, байрлал дээр үндэслэн молекулуудын бүтцийг тодорхойлж болно.

Химичид, биохимичид NMR аргыг органик бус бодисын хамгийн энгийн молекулуудаас амьд биетүүдийн хамгийн нарийн төвөгтэй молекулуудын бүтцийг судлах, түүнчлэн химийн урвал явагдахтай холбоотой олон асуудлыг шийдвэрлэх, эхлэлийн бодисуудын бүтцийг судлах, химийн урвалыг бий болгоход өргөнөөр ашигладаг. урвалын үр дүнд бий болсон бүтээгдэхүүн. Энэхүү шинжилгээний нэг давуу тал нь жишээлбэл, химийн шинжилгээнд тохиолддог шиг судалгааны объектыг устгадаггүй явдал юм.

Дээжний олон цэгт NMR спектрийн параметрүүдийг тодорхойлох нь анагаах ухаанд маш сонирхолтой боломжийг олгодог. Аажмаар дээжийн давхаргыг бүхэлд нь давж (сканнердах) жишээлбэл, устөрөгч эсвэл фосфорын атом агуулсан молекулуудын орон зайн тархалтын бүрэн дүр зургийг (протон эсвэл фосфорын цөмөөс соронзон резонансаар) авах боломжтой.

Энэ бүхэн нь дээжийг устгахгүйгээр хийгддэг тул амьд объектууд дээр судалгаа хийх боломжтой. Энэ аргыг нэрлэдэг NMR интроскопи(Танилцуулахын тулд § 19.8-аас үзнэ үү) эсвэл соронзон резонанс Томографи (MRI). Энэ нь яс, цусны судас, хэвийн эд, эд эсийг хорт хавдрын эмгэгээр ялгах боломжийг олгодог. NMR-ийн интроскопи нь зөөлөн эдүүдийн дүрсийг ялгах боломжийг олгодог, жишээлбэл, тархины саарал материалын дүрсийг цагаан бодисоос, хавдрын эсийг эрүүл эсээс ялгах боломжийг олгодог бол эмгэгийн "оролт" -ын хамгийн бага хэмжээ нь фракц байж болно. миллиметрийн. NMR интроскопи нь эрхтэн, эд эсийн нөхцөл байдлын өөрчлөлттэй холбоотой өвчнийг оношлох үр дүнтэй арга болно гэж найдаж байна.

EPR ба NMR-ийн үед энергийн төлөв хоорондын шилжилтийг үүсгэдэг цахилгаан соронзон долгионы давтамж нь радио долгионы хүрээтэй тохирч байна. Тиймээс эдгээр хоёр үзэгдэл хоёулаа хамааралтай радио спектроскопи.

цөмийн соронзон резонансын спектрометр

NMR бол молекулуудыг судлах хамгийн хүчирхэг, мэдээлэл сайтай арга юм. Хатуухан хэлэхэд энэ бол нэг арга биш, энэ нь олон тооны янз бүрийн төрлийн туршилтууд, өөрөөр хэлбэл импульсийн дараалал юм. Хэдийгээр тэдгээр нь бүгд NMR-ийн үзэгдэл дээр суурилдаг боловч эдгээр туршилт бүр нь тодорхой тодорхой мэдээллийг олж авах зорилготой юм. Эдгээр туршилтуудын тоог хэдэн зуугаар биш юмаа гэхэд олон арван тоогоор хэмждэг. Онолын хувьд NMR нь бүх зүйл биш юмаа гэхэд молекулын бүтэц, динамикийг судлах бусад бүх туршилтын аргуудыг бараг бүгдийг нь хийж чадна, гэхдээ практик дээр үүнийг хийх боломжтой, мэдээжийн хэрэг үргэлж биш юм. NMR-ийн гол давуу талуудын нэг нь нэг талаас түүний байгалийн датчикууд, өөрөөр хэлбэл соронзон цөмүүд нь молекул даяар тархсан, нөгөө талаас эдгээр цөмүүдийг бие биенээсээ ялгаж, орон зайн сонгомол өгөгдлийг олж авах боломжийг олгодог. молекулын шинж чанар дээр. Бараг бүх бусад аргууд нь бүхэл бүтэн молекулын дунджаар эсвэл зөвхөн нэг хэсгийнх нь тухай мэдээллийг өгдөг.

NMR нь хоёр үндсэн сул талтай. Нэгдүгээрт, энэ нь бусад туршилтын аргуудтай (оптик спектроскопи, флюресцент, EPR гэх мэт) харьцуулахад бага мэдрэмжтэй байдаг. Энэ нь дуу чимээг дундажлахын тулд дохиог удаан хугацаанд хуримтлуулах шаардлагатай болдог. Зарим тохиолдолд NMR туршилтыг хэдэн долоо хоног хүртэл хийж болно. Хоёрдугаарт, энэ нь үнэтэй. NMR спектрометр нь шинжлэх ухааны хамгийн үнэтэй хэрэгслүүдийн нэг бөгөөд тэдгээрийн өртөг нь дор хаяж хэдэн зуун мянган доллараар хэмжигддэг бөгөөд хамгийн үнэтэй спектрометр нь хэдэн саяын үнэтэй байдаг. Бүх лаборатори, ялангуяа ОХУ-д ийм шинжлэх ухааны тоног төхөөрөмж байх боломжгүй.

NMR-ийн хэрэглээ

NMR спектроскопийн хэрэглээ. NMR спектроскопи нь үл эвдэх шинжилгээний арга юм. Орчин үеийн импульсийн NMR Фурье трансформаторын спектроскопи нь 80 соронзон цөмд дүн шинжилгээ хийх боломжийг олгодог. NMR спектроскопи нь физик-химийн шинжилгээний үндсэн аргуудын нэг бөгөөд түүний өгөгдлийг химийн урвалын завсрын бүтээгдэхүүн болон зорилтот бодисыг хоёрдмол утгагүй тодорхойлоход ашигладаг. Бүтцийн даалгавар, тоон шинжилгээнээс гадна NMR спектроскопи нь конформацийн тэнцвэрт байдал, хатуу биет дэх атом, молекулуудын тархалт, дотоод хөдөлгөөн, шингэн дэх устөрөгчийн холбоо, холбоо, таутомеризм, металл ба прототропи, полимер хэлхээний нэгжийн дараалал, тархалт зэрэг мэдээллийг авчирдаг. ионы талст, шингэн талст гэх мэт электрон бүтэц. ЯМР спектроскопи нь биополимер, түүний дотор уусмал дахь уургийн молекулуудын бүтцийн талаарх мэдээллийн эх сурвалж бөгөөд найдвартай байдлын хувьд рентген туяаны дифракцийн шинжилгээний өгөгдөлтэй харьцуулах боломжтой. 80-аад онд Нарийн төвөгтэй өвчний оношлогоо, хүн амын эрүүл мэндийн үзлэгт зориулж NMR спектроскопи, томографийн аргыг анагаах ухаанд хурдан нэвтрүүлж эхэлсэн. NMR спектр дэх шугамын тоо, байрлал нь түүхий тос, синтетик резин, хуванцар, занар, нүүрс, эм, бэлдмэл, химийн болон эмийн бүтээгдэхүүн гэх мэт бүх фракцуудыг хоёрдмол утгагүйгээр тодорхойлдог. Ус эсвэл газрын тосны NMR шугамын эрч хүч, өргөн үрийн чийг, тосны агууламж, үр тарианы хадгалалтыг нарийн хэмжих боломжтой болгоно. Усны дохионоос салгахдаа үр тариа тус бүрийн цавуулаг агууламжийг бүртгэх боломжтой бөгөөд энэ нь газрын тосны агууламжийн шинжилгээний нэгэн адил хөдөө аж ахуйн сонгон шалгаруулалтыг түргэсгэх боломжийг олгодог. үр тариа Илүү хүчтэй соронзон орон (цуваа төхөөрөмжид 14 Тесла хүртэл, туршилтын суурилуулалтад 19 Тесла хүртэл) ашиглах нь уусмал дахь уургийн молекулуудын бүтцийг бүрэн тодорхойлох, биологийн шингэний хурдан шинжилгээ (цусан дахь эндоген метаболитуудын концентраци) хийх боломжийг олгодог. , шээс, лимф, тархи нугасны шингэн) , шинэ полимер материалын чанарын хяналт. Энэ тохиолдолд олон квант ба олон хэмжээст Фурье хувиргах спектроскопийн аргуудын олон хувилбаруудыг ашигладаг.

Цөмийн соронзон резонанс (NMR) нь бүх физикийн шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг цөмийн спектроскопи юм. NMR-д зориулагдсан атомын цөмийн дотоод эргэлтийн шинж чанарыг судлахтом соронз ашигладаг. Аливаа спектроскопийн нэгэн адил энэ нь эрчим хүчний түвшний (резонанс) хоорондын шилжилтийг бий болгохын тулд цахилгаан соронзон цацрагийг (VHF муж дахь радио давтамжийн долгион) ашигладаг. Химийн хувьд NMR нь жижиг молекулуудын бүтцийг тодорхойлоход тусалдаг. Анагаах ухаанд цөмийн соронзон резонансын хэрэглээ нь соронзон резонансын дүрслэлд (MRI) хэрэглэгдэх болсон.

Нээлт

NMR-ийг 1946 онд Харвардын их сургуулийн эрдэмтэн Пурселл, Паунд, Торри, Стэнфордын Блок, Хансен, Паккард нар нээжээ. Тэд 1 H ба 31 P цөм (протон ба фосфор-31) нь атом бүрт өвөрмөц хүч чадалтай соронзон орны нөлөөлөлд өртөх үед радио давтамжийн энергийг шингээх чадвартай болохыг анзаарсан. Шингээх үед тэдгээр нь элемент бүр өөрийн давтамжтайгаар цуурайтаж эхлэв. Энэхүү ажиглалт нь молекулын бүтцийг нарийвчлан шинжлэх боломжийг олгосон. Түүнээс хойш NMR нь хатуу, шингэн, хийн кинетик болон бүтцийн судалгаанд хэрэглэгдэж, 6 Нобелийн шагнал хүртсэн.

Спин ба соронзон шинж чанарууд

Цөм нь нейтрон ба протон гэж нэрлэгддэг энгийн хэсгүүдээс бүрдэнэ. Тэд өөрсдийн гэсэн өнцгийн импульстэй бөгөөд үүнийг спин гэж нэрлэдэг. Электронуудын нэгэн адил цөмийн спинийг I квант тоогоор болон соронзон орон m-ээр тодорхойлж болно. Тэгш тооны протон ба нейтронтой атомын цөм нь тэг спинтэй, бусад нь тэг биш спинтэй байдаг. Мөн тэгээс өөр спиралтай молекулууд соронзон момент μ = γ байна I, энд γ нь гиромагнитын харьцаа, атом бүрийн хувьд өөр өөр байдаг соронзон диполь момент ба өнцгийн хоорондох пропорциональ тогтмол.

Цөмийн соронзон момент нь түүнийг жижигхэн соронз шиг ажиллахад хүргэдэг. Гадаад соронзон орон байхгүй тохиолдолд соронз бүр санамсаргүй байдлаар чиглэгддэг. ЯМР туршилтын явцад дээжийг B0 гадаад соронзон орон дотор байрлуулсан бөгөөд энэ нь бага энергитэй баар соронзыг B0 чиглэлд, харин эсрэг чиглэлд өндөр энергитэй баар соронзыг тэгшлэхэд хүргэдэг. Энэ тохиолдолд соронзны эргэлтийн чиглэл өөрчлөгдөнө. Энэхүү хийсвэр ойлголтыг ойлгохын тулд NMR туршилтын явцад цөмийн энергийн түвшинг авч үзэх хэрэгтэй.

Эрчим хүчний түвшин

Эргүүлэхийн тулд бүхэл тооны квант шаардлагатай. Аливаа м-ийн хувьд 2м + 1 энергийн түвшин байдаг. Спингийн 1/2 цөм нь зөвхөн 2 байдаг - бага нь B0-тэй зэрэгцсэн эргэлтүүд, өндөр нь B0-ийн эсрэг чиглэсэн эргэлтүүд байдаг. Эрчим хүчний түвшин бүрийг E = -mℏγB 0 илэрхийллээр тодорхойлно, энд m нь соронзон квант тоо, энэ тохиолдолд +/- 1/2 байна. Квадруполь цөм гэж нэрлэгддэг m > 1/2-ийн энергийн түвшин илүү төвөгтэй байдаг.

Түвшин хоорондын энергийн зөрүү нь: ΔE = ℏγB 0, энд ℏ нь Планкийн тогтмол юм.

Эндээс харахад соронзон орны хүч чадал нь маш чухал бөгөөд учир нь байхгүй тохиолдолд түвшин нь доройтдог.

Эрчим хүчний шилжилтүүд

Цөмийн соронзон резонанс үүсэхийн тулд энергийн түвшний хооронд эргэлт хийх ёстой. Хоёр төлөвийн энергийн ялгаа нь цахилгаан соронзон цацрагийн энергитэй тохирч байгаа нь цөмийн энергийн түвшинг өөрчлөхөд хүргэдэг. Ихэнх хүмүүсийн хувьд NMR спектрометр B 0 нь 1 Тесла (T), γ нь 10 7 зэрэгтэй. Тиймээс шаардлагатай цахилгаан соронзон цацраг нь 10 7 Гц давтамжтай байна. Фотоны энергийг E = hν томъёогоор илэрхийлнэ. Иймд шингээхэд шаардагдах давтамж нь: ν= γB 0 /2π.

Цөмийн хамгаалалт

NMR-ийн физик нь цөмийн хамгаалалтын үзэл баримтлал дээр суурилдаг бөгөөд энэ нь бодисын бүтцийг тодорхойлох боломжийг олгодог. Атом бүр нь цөмийг тойрон эргэдэг электронуудаар хүрээлэгдсэн байдаг ба түүний соронзон орон дээр ажилладаг бөгөөд энэ нь эргээд энергийн түвшинд бага зэргийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг. Үүнийг хамгаалалт гэж нэрлэдэг. Орон нутгийн электрон харилцан үйлчлэлтэй холбоотой өөр өөр соронзон оронтой цөмүүдийг эквивалент бус гэж нэрлэдэг. Эрчим хүчний түвшинг эргүүлэхийн тулд өөрчлөхөд өөр давтамж шаардлагатай бөгөөд энэ нь NMR спектрийн шинэ оргилыг бий болгодог. Скрининг нь Фурье хувиргалтыг ашиглан NMR дохиог шинжлэх замаар молекулуудын бүтцийг тодорхойлох боломжийг олгодог. Үүний үр дүнд тус бүр нь өөр өөр химийн орчинд тохирсон олон тооны оргилуудаас бүрдэх спектр юм. Оргил талбай нь бөөмийн тоотой шууд пропорциональ байна. Бүтцийн нарийвчилсан мэдээллийг гаргаж авсан NMR харилцан үйлчлэл, спектрийг өөр өөр аргаар өөрчлөх.

Амралт

Тайвшрах гэдэг нь цөмүүд рүүгээ буцаж ирэх үзэгдлийг хэлдэг термодинамикийн хувьдөндөр энергийн түвшинд өдөөхөд тогтвортой байдаг төлөвүүд. Энэ нь доод түвшнээс өндөр түвшинд шилжих явцад шингэсэн энергийг чөлөөлдөг. Энэ бол өөр өөр цаг хугацаанд явагддаг нэлээд төвөгтэй үйл явц юм. Хамгийн их хоёр нийтлэгТайвшралын төрлүүд нь spin-lattice ба spin-spin юм.

Амралтыг ойлгохын тулд хэв маягийг бүхэлд нь авч үзэх шаардлагатай. Хэрэв цөмүүдийг гадны соронзон орон дээр байрлуулсан бол тэдгээр нь Z тэнхлэгийн дагуу эзэлхүүний соронзлолыг бий болгоно.Тэдний эргэлт нь мөн уялдаатай бөгөөд дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог. NMR нь их хэмжээний соронзлолыг Z тэнхлэгээс XY хавтгайд шилжүүлдэг бөгөөд тэнд гарч ирдэг.

Спин-торны сулрал нь Z тэнхлэгийн дагуу эзэлхүүний соронзлолтын 37%-ийг сэргээхэд шаардагдах T 1 хугацаагаар тодорхойлогддог.Тайлбарын үйл явц илүү үр дүнтэй байх тусам T 1 бага байна. Хатуу бодисын хувьд молекулуудын хоорондох хөдөлгөөн хязгаарлагдмал байдаг тул амрах хугацаа урт байдаг. Хэмжилтийг ихэвчлэн импульсийн аргыг ашиглан хийдэг.

Spin-spin амралт нь харилцан уялдаатай байх хугацаа T 2 алдагдсанаар тодорхойлогддог. Энэ нь T1-ээс бага эсвэл тэнцүү байж болно.

Цөмийн соронзон резонанс ба түүний хэрэглээ

NMR нь маш чухал гэдгийг нотолсон хоёр гол салбар бол анагаах ухаан, хими боловч өдөр бүр шинэ програмууд боловсруулагдаж байна.

Цөмийн соронзон резонансын дүрслэл нь соронзон резонансын дүрслэл (MRI) юм. эмнэлгийн оношлогооны чухал хэрэгсэл, хүний ​​биеийн үйл ажиллагаа, бүтцийг судлахад ашигладаг. Энэ нь аливаа эрхтэн, ялангуяа зөөлөн эдүүдийн нарийвчилсан зургийг боломжтой бүх хавтгайд авах боломжийг олгодог. Зүрх судас, мэдрэл, яс-булчин, хавдар судлалын чиглэлээр ашигладаг. Альтернатив компьютерийн дүрслэлээс ялгаатай нь соронзон резонансын дүрслэл нь ионжуулагч цацрагийг ашигладаггүй тул бүрэн аюулгүй байдаг.

MRI нь цаг хугацааны явцад тохиолддог нарийн өөрчлөлтүүдийг илрүүлж чаддаг. NMR дүрслэл нь өвчний явцын явцад үүссэн бүтцийн гажиг, тэдгээрийн цаашдын хөгжилд хэрхэн нөлөөлж, тэдгээрийн явц нь эмгэгийн сэтгэцийн болон сэтгэл хөдлөлийн талуудтай хэрхэн уялдаж байгааг тодорхойлоход ашиглаж болно. MRI нь ясыг сайн дүрсэлж чаддаггүй тул гавлын дотоод болон гавлын ясны маш сайн зургийг гаргадаг intravertebralагуулга.

Оношлогоонд цөмийн соронзон резонансын ашиглах зарчим

MRI процедурын үед өвчтөн том, хөндий цилиндр хэлбэртэй соронзон дотор хэвтэж, хүчтэй, тогтвортой соронзон орны нөлөөнд автдаг. Биеийн сканнердсан хэсэг дэх өөр өөр атомууд өөр өөр талбайн давтамжтайгаар цуурайтдаг. MRI нь жижиг соронзон оронтой ээрэх протоны цөм агуулсан устөрөгчийн атомын чичиргээг илрүүлэхэд голчлон ашиглагддаг. MRI-д арын соронзон орон нь эд эс дэх бүх устөрөгчийн атомуудыг эгнээнд оруулдаг. Арын дэвсгэр талбараас өөрөөр чиглэгдсэн хоёр дахь соронзон орон нь секундэд олон удаа асч унтардаг. Тодорхой давтамжтайгаар атомууд цуурайтаж, хоёр дахь талбарт эгнэнэ. Унтрахад атомууд арын дэвсгэртэй зэрэгцэн буцаж харайдаг. Энэ нь хүлээн авч дүрс болгон хувиргах дохиог үүсгэдэг.

Хүний биед усны нэг хэсэг болох их хэмжээний устөрөгч агуулсан эдүүд тод дүр төрхийг бий болгож, устөрөгчийн агууламж багатай эсвэл огт байхгүй (жишээлбэл, яс) нь бараан өнгөтэй харагддаг. MRI-ийн гэрэлтэлтийг өвчтөнүүд процедурын өмнө авдаг гадидамид гэх мэт тодосгогч бодисоор сайжруулдаг. Хэдийгээр эдгээр агентууд зургийн чанарыг сайжруулж чаддаг ч процедурын мэдрэмж харьцангуй хязгаарлагдмал хэвээр байна. MRI-ийн мэдрэмжийг нэмэгдүүлэх аргуудыг боловсруулж байна. Хамгийн ирээдүйтэй нь соронзны орон зайд маш мэдрэмтгий молекулын эргэлтийн өвөрмөц шинж чанартай устөрөгчийн нэг хэлбэр болох парагидрогенийг ашиглах явдал юм.

MRI-д ашигласан соронзон орны шинж чанарыг сайжруулснаар эд эсийн маш өвөрмөц шинж чанарыг дүрслэн харуулах зориулалттай тархалт ба функциональ MRI гэх мэт өндөр мэдрэмжтэй дүрслэлийн аргуудыг хөгжүүлэхэд хүргэсэн. Нэмж дурдахад соронзон резонансын ангиографи хэмээх MRI технологийн өвөрмөц хэлбэрийг цусны хөдөлгөөнийг дүрслэн харуулахад ашигладаг. Энэ нь зүү, катетер, тодосгогч бодис хэрэглэхгүйгээр артери, судсыг дүрслэх боломжийг олгодог. MRI-ийн нэгэн адил эдгээр аргууд нь биоанагаахын судалгаа, оношлогоонд хувьсгал хийхэд тусалсан.

Компьютерийн дэвшилтэт технологи нь радиологичдод MRI сканнераар олж авсан дижитал хэсгүүдээс гурван хэмжээст голограмм үүсгэх боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь гэмтлийн байршлыг нарийн тодорхойлоход хэрэглэгддэг. Томографи нь тархи, нугас, давсаг, яс зэрэг аарцагны эрхтнүүдийг судлахад онцгой ач холбогдолтой. Энэ арга нь хавдрын гэмтлийн хэмжээг хурдан бөгөөд тодорхой тодорхойлж, цус харвалтын улмаас учирч болзошгүй хохирлыг үнэлж, эмч нарт зохих эмчилгээг цаг тухайд нь зааж өгөх боломжийг олгодог. MRI нь артрографи, мөгөөрс, шөрмөсний гэмтлийг харуулахын тулд үе мөчний тодосгогч бодис тарих хэрэгцээ, миелографи буюу нугасны суваг руу тодосгогч бодис тарих аргыг сольж, нугасны болон нугалам хоорондын дискний хэвийн бус байдлыг харуулсан.

Хими дэх хэрэглээ

Өнөөдөр олон лаборатори химийн болон биологийн чухал нэгдлүүдийн бүтцийг тодорхойлохын тулд цөмийн соронзон резонансыг ашигладаг. NMR спектрт өөр өөр оргилууд нь тодорхой химийн орчин, атомуудын хоорондох холбооны талаар мэдээлэл өгдөг. Ихэнх нийтлэгСоронзон резонансын дохиог илрүүлэхэд ашигладаг изотопууд нь 1 H ба 13 C байдаг боловч 2 H, 3 He, 15 N, 19 F гэх мэт бусад олон изотопууд тохиромжтой.

Орчин үеийн NMR спектроскопи нь биомолекулын системд өргөн хэрэглээг олж, бүтцийн биологид чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Арга зүй, багаж хэрэгслийг хөгжүүлснээр NMR нь биомакромолекулуудыг шинжлэх хамгийн хүчирхэг, олон талт спектроскопийн аргуудын нэг болсон бөгөөд энэ нь тэдгээрийн болон тэдгээрийн цогцолборуудын шинж чанарыг 100 кДа хүртэлх хэмжээтэй тодорхойлох боломжийг олгодог. Рентген кристаллографийн хамт энэ нь нэг юм бүтцийг тодорхойлох хоёр тэргүүлэх технологийнатомын түвшинд. Нэмж дурдахад NMR нь эмийн хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг уургийн үйл ажиллагааны талаар өвөрмөц бөгөөд чухал мэдээллийг өгдөг. Зарим хэрэглээ NMR спектроскопидоор өгөв.

• Энэ нь усан уусмал дахь биомакромолекулуудын атомын бүтцийг тодорхойлох цорын ганц арга юм. физиологийннөхцөл эсвэл мембраныг дуурайсан орчин.
• Молекулын динамик. Энэ бол хамгийн хүчирхэг биомакромолекулуудын динамик шинж чанарыг тоон тодорхойлох арга.
• Уураг нугалах. NMR спектроскопинь задарсан уураг, нугалах зуучлагчдын үлдэгдэл бүтцийг тодорхойлох хамгийн хүчирхэг хэрэгсэл юм.
• Ионжуулалтын төлөв. Энэ арга нь иончлол зэрэг биомакромолекул дахь функциональ бүлгүүдийн химийн шинж чанарыг тодорхойлоход үр дүнтэй байдаг. ферментийн идэвхтэй сайтуудын ионждог бүлгийн төлөв байдал.
• Цөмийн соронзон резонанс нь макробиомолекулуудын хоорондын сул үйл ажиллагааны харилцан үйлчлэлийг судлах боломжийг олгодог (жишээлбэл, микромоляр ба миллимолярын муж дахь диссоциацийн тогтмолууд), үүнийг бусад аргыг ашиглан хийх боломжгүй юм.
• Уургийн чийгшил. NMR нь дотоод ус болон түүний биомакромолекулуудтай харилцан үйлчлэлийг илрүүлэх хэрэгсэл юм.
• Энэ бол өвөрмөц юм шууд харилцан үйлчлэлийг илрүүлэх аргаустөрөгчийн холбоо.
• Скрининг хийх, эм боловсруулах. Ялангуяа цөмийн соронзон резонанс нь эмийг тодорхойлох, фермент, рецептор болон бусад уурагтай холбоотой нэгдлүүдийн бүтцийг тодорхойлоход онцгой ач холбогдолтой юм.
• Төрөлхийн мембран уураг. Хатуу төлөвт NMR боломжтой мембраны уургийн талбайн атомын бүтцийг тодорхойлохуугуул мембраны орчинд, түүний дотор холбосон лигандуудтай.
• Бодисын солилцооны шинжилгээ.
• Химийн шинжилгээ. Синтетик болон байгалийн химийн бодисын химийн тодорхойлолт, конформацийн шинжилгээ.
• Материалын шинжлэх ухаан. Полимер хими, физикийг судлах хүчирхэг хэрэгсэл.

Бусад програмууд

Цөмийн соронзон резонанс ба түүний хэрэглээ нь зөвхөн анагаах ухаан, химийн чиглэлээр хязгаарлагдахгүй. Энэ арга нь цаг уурын туршилт, газрын тосны үйлдвэрлэл, үйл явцын хяналт, дэлхийн талбарын NMR, соронзон хэмжигч зэрэг бусад салбарт маш ашигтай болох нь батлагдсан. Үл эвдэх сорил нь үнэтэй биологийн дээжийг хэмнэж, нэмэлт шинжилгээ хийх шаардлагатай бол дахин ашиглах боломжтой. Геологийн шинжлэх ухаанд цөмийн соронзон резонанс нь чулуулгийн сүвэрхэг чанар, газрын доорх шингэний нэвчилтийг хэмжихэд ашиглагддаг. Соронзон хэмжигчийг янз бүрийн соронзон орныг хэмжихэд ашигладаг.

ЦӨМИЙН СОНОРОНЗОН РЕЗОНАНС(NMR), радио давтамжийн цахилгаан соронзон долгионы резонансын шингээлтийн үзэгдэл. тэг биш маг-тай энергийн-вом. гадна талд байрлах цөмийн моментууд байнгын илбэчин. талбар. Тэг биш цөмийн соронзон. 1 H, 2 H, 13 C, 14 N, 15 N, 19 F, 29 Si, 31 P гэх мэт цөмүүд нь моменттэй байдаг.NMR нь ихэвчлэн жигд тогтмол соронзон орон дээр ажиглагддаг. талбар B 0 , B 0 талбарт перпендикуляр B 1 сул радио давтамжийн талбар түүн дээр наасан байна. Цөмийн I = 1/2 (1 H, 13 C, 15 N, 19 F, 29 Si, 31 P гэх мэт) бодисын хувьд B 0 талбарт хоёр соронзон чиг баримжаа авах боломжтой. "талбайн дагуу" ба "талбайн эсрэг" цөм. харилцан үйлчлэлийн улмаас шинээр гарч ирж буй хоёр энергийн түвшин Е. маг. Б талбартай цөмийн момент 0 интервалаар тусгаарлагдсан
Хэрэв h -, v 0 нь радио давтамжийн талбайн давтамж B 1 бол дугуй давтамж гэж нэрлэгддэг. гиромагн. цөмийн харьцаа, талбайн энергийн резонансын шингээлт B 1 ажиглагдаж байна , NMR гэж нэрлэдэг. 1 H, 13 C, 31 P-ийн хувьд B 0 = 11.7 T талбар дахь NMR давтамж тус тус тэнцүү байна. (МГц-ээр): 500, 160.42 ба 202.4; утгууд (MHz/T): 42.58, 10.68 ба 17.24. Квантын загварын дагуу B 0 талбарт 2I+1 энергийн түвшин үүсдэг ба тэдгээрийн хоорондын шилжилтийг m нь маг байх үед зөвшөөрнө. квант тоо.

Туршилтын техник. NMR спектрийн параметрүүд. NMR үзэгдэл дээр үндэслэсэн. NMR спектрийг радио спектрометр ашиглан бүртгэнэ (Зураг). Судалгаанд хамрагдаж буй бодисын дээжийг үүсгэгч хэлхээний ороомгийн цөм болгон (B 1 талбар) байрлуулсан бөгөөд энэ нь B 0 талбар үүсгэдэг соронзны завсарт байрладаг бөгөөд ингэснээр резонансын шингээлт үүсэх үед хүчдэл уналт үүсдэг. хэлхээн дээр, хэлхээнд нь дээж бүхий ороомог. Хүчдэлийн уналтыг илрүүлж, олшруулж, осциллографын шүүрдэх эсвэл бичлэг хийх төхөөрөмжид өгдөг. Орчин үед NMR радио спектрометр нь ихэвчлэн 1-12 Tesla-ийн чадалтай шидэт талбарыг ашигладаг. Нэг буюу хэд хэдэн дохиог илрүүлэх боломжтой спектрийн муж. максима, гэж нэрлэдэг NMR шингээх шугам. Ажиглагдсан шугамын өргөнийг дээд тал нь хагасаар хэмжсэн. эрчим ба Гц-ээр илэрхийлсэн, гэж нэрлэдэг. NMR шугамын өргөн. NMR спектрийн нарийвчлал - мин. Энэ спектрометрийн ажиглах боломжийг олгодог NMR шугамын өргөн. Дамжуулах хурд нь соронзон эрч хүч өөрчлөгдөх хурд (Гц/с) юм. NMR спектрийг олж авах үед дээжинд нөлөөлөх радио давтамжийн цацрагийн талбар эсвэл давтамж.

NMR спектрометрийн диаграмм: 1 - дээж бүхий ороомог; 2 - соронзон туйлууд; 3 - радио давтамжийн талбайн генератор; 4 - өсгөгч ба илрүүлэгч; 5 - модуляцлах хүчдэлийн генератор; 6 - талбайн модуляцын ороомог B 0; 7 - осциллограф.

Систем нь өөртөө шингээсэн энергийг дахин хуваарилж (эргэлтийн эргэлт, эсвэл хөндлөн гэж нэрлэдэг; онцлог хугацаа T 2), түүнийг (эргэлтийн тор, цаг T 1) ялгаруулдаг. T 1 ба T 2 цагууд нь цөмийн хоорондын зай, харилцан хамаарлын хугацааны талаархи мэдээллийг агуулдаг. Тэд хэлэхдээ хөдөлгөөнүүд. T 1 ба T 2-ийн температур ба давтамжаас хамаарах хэмжилт v 0 нь дулааны хөдөлгөөний шинж чанар, химийн талаар мэдээлэл өгдөг. , гэх мэт. Хатуу тортой үед T 2 = 10 μs, ба T 1 > 10 3 сек, учир нь ердийн ээрэх торны механизм байхгүй бөгөөд парамагнитаас үүдэлтэй. хольц. T2-ийн жижиг байдлаас шалтгаалан NMR шугамын байгалийн өргөн нь маш том (хэдэн арван кГц) бөгөөд тэдгээрийн бүртгэл нь өргөн шугамын NMR бүсэд байдаг. Жижиг T 1 T 2-д, секундээр хэмжигддэг. Хариулах NMR шугамууд нь 10-1 Гц (өндөр нарийвчлалтай NMR) дарааллын өргөнтэй байдаг. Шугамын хэлбэрийг гажуудалгүй хуулбарлахын тулд 100 секундын турш 0.1 Гц өргөнтэй шугамыг нэвтрүүлэх шаардлагатай. Энэ нь NMR спектрометрийн мэдрэмжинд ихээхэн хязгаарлалт тавьдаг.
NMR спектрийн гол параметр нь химийн бодис юм. шилжилт - ажиглагдсан NMR дохионы давтамж ба зохих тэмдгээр авсан тодорхой уламжлалт сонгосон лавлагааны дохионы хоорондох зөрүүний харьцаа. жишиг дохионы давтамжийн стандарт (сая дахь хэсгээр илэрхийлсэн, ppm). Хими. NMR шилжилтийг жишиг дохионы оргилоос хэмжсэн хэмжээсгүй хэмжигдэхүүнээр хэмждэг. Хэрэв стандарт v 0 давтамжтай дохио өгдөг бол Судалж буй цөмийн шинж чанараас хамааран протоны NMR буюу PMR ба 13 C NMR-ийн хооронд ялгааг гаргадаг (химийн шилжилтийн утгын хүснэгтийг эзэлхүүний төгсгөлийн цаасан дээр өгсөн болно). NMR 19 F (харна уу), NMR 31 P (харна уу) гэх мэт. Хэмжигдэхүүн нь чухал шинж чанартай бөгөөд NMR спектрээс тодорхой моль байгаа эсэхийг тодорхойлох боломжтой болгодог. хэлтэрхий. Холбогдох химийн өгөгдөл. шилжилтийн ялгаа. Цөмийг лавлах ном, сурах бичигт хэвлүүлж, орчин үеийн мэдээллийн санд оруулдаг. NMR спектрометр. Ижил бүтэцтэй химийн нэгдлүүдийн цувралд . шилжилт нь харгалзах цөмтэй шууд пропорциональ байна.
PMR ба 13 C NMR-ийн нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн стандарт нь тетраметилсилан (TMS) юм. Стандарт m.b. туршилтын уусмалд ууссан (дотоод стандарт) эсвэл жишээ нь, дээжийн ампулын дотор байрлах битүүмжилсэн хялгасан судсанд (гадаад стандарт) байрлуулна. Зөвхөн өөрийн шингээлт нь судалгааны сонирхлын бүстэй давхцдаггүй хүмүүсийг л p-үлдэгдэл болгон ашиглаж болно. PMR-ийн хувьд хамгийн сайн тээвэрлэгчид нь агуулаагүй (CC1 4, CDC1 3, CS 2, D 2 O гэх мэт) байдаг.
Химийн хувьд ижил биш байр суурь эзэлдэг ижил цөмийн олон атомт цөмд өөр өөр химийн найрлагатай байдаг. соронзон ялгааны улмаас шилжилт цөмийг валенттай (ийм цөмийг анизохрон гэж нэрлэдэг) хамгаалах. 1-р цөмийн хувьд Байнгын онош хаана байна. Хамгаалах, ppm-ээр хэмжигддэг.Ердийн хэлбэлзлийн хувьд 20 ppm хүртэл байдаг; илүү хүнд цөмийн хувьд эдгээр интервалууд 2-3 дахин их байдаг.
NMR-ийн спектрийн чухал параметр бол спин-спиний харилцан үйлчлэл юм. ( TCO) - ялгаа хоорондын шууд бус TCO-ийн хэмжүүр. маг. нэг цөм (харна уу); Гц-ээр илэрхийлсэн.
Харилцаа холбоо i ба j цөмүүдийн хооронд агуулагдах цөмийн co нь B 0 (SSV) талбарт эдгээр цөмүүдийг харилцан чиглүүлэхэд хүргэдэг. Хангалттай нарийвчлалтай SSV нь нэмэлт рүү хөтөлдөг. тодорхой химийн утгад тохирсон шугамууд. ээлж: хаана J ij - SSV; F ij - утгууд нь мольд харгалзах i ба j цөмөөр тодорхойлогддог хэмжигдэхүүнүүд. фрагмент, химийн хоорондох хоёр талт өнцөг. SSV-д оролцож буй цөмүүдийн хоорондын холболт ба эдгээр холболтын тоо.
Хэрэв хим. шилжилтүүд нь хангалттай том, өөрөөр хэлбэл min max (J ij), дараа нь SSWs нь binomial эрчмийн тархалттай (эхний эрэмбийн спектр) энгийн мультиплетт хэлбэрээр гарч ирнэ. Ийнхүү этилийн бүлэгт метилийн дохио нь 1:2:1 эрчимтэй харьцаатай, метилен дохио нь 1:3:3:1 эрчимтэй дөрвөлжин хэлбэртэй хэлбэрээр гарч ирдэг. 13 C NMR спектрт метиний бүлгүүд нь давхар (1:1) ба метилен ба метилийн бүлгүүд юм. ба дөрвөлжин, гэхдээ протоны спектрээс өндөр SER утгатай. Хими. Нэгдүгээр эрэмбийн спектрийн шилжилтүүд нь мультиплетийн төвүүдийн хоорондох интервалтай тэнцүү ба J ij - олон тооны зэргэлдээ оргилуудын хоорондох зай. Хэрэв нэгдүгээр эрэмбийн нөхцөл хангагдаагүй бол спектрүүд нарийн төвөгтэй болдог: тэдгээрийн дотор J ij-ийн аль нэгтэй нь нэг ч интервал тэнцүү байдаггүй. Спектрийн параметрийн тодорхой утгыг квант механикаас авдаг. тооцоолол. Холбогдох хөтөлбөрүүдийг дэвсгэрт оруулсан болно. орчин үеийн хангах NMR спектрометр. Химийн мэдээллийн агуулга. shifts болон SSV нь өндөр нарийвчлалыг чанарын хамгийн чухал аргуудын нэг болгосон. болон тоо хэмжээ. нарийн төвөгтэй хольц, систем, эм, найрлагад дүн шинжилгээ хийх, түүнчлэн бүтэц, урвалын судалгаа. чадварууд. Суралцахдаа доройтож, бусад динамик. систем, геом. уусмал дахь уургийн бүтэц, үл эвдэх орон нутгийн химийн найрлагатай. амьд биетийн шинжилгээ гэх мэт NMR аргын чадавхи нь өвөрмөц юм.

Арал дахь цөмийн соронзлол. N-ийн хоёр түвшний ээрэх систем дэх Больцманы тархалтын дагуу доод түвшний N + тоон дээд түвшний N тоотой харьцуулсан харьцаа нь k - -тай тэнцүү байна; Т-т-ра. B 0 = 1 T ба T = 300 K үед N + /N - .= 1.00005 харьцаатай. Энэ харьцаа нь B 0 талбайд байрлуулсан бодисын цөмийн соронзлолын хэмжээг тодорхойлно. Маг. мөчм цөм бүр нь z тэнхлэгтэй харьцуулахад прецессийн хөдөлгөөнд ордог бөгөөд үүний дагуу B 0 талбарыг чиглүүлдэг; энэ хөдөлгөөний давтамж нь NMR давтамжтай тэнцүү байна. Цөмийн моментуудын z тэнхлэг дээрх проекцуудын нийлбэр нь макроскопийг үүсгэдэг. соронзлолт M z = 10 18 xy хавтгайд, z тэнхлэгт перпендикуляр, прецессийн үе шатуудын санамсаргүй байдлаас шалтгаалсан проекцууд нь тэгтэй тэнцүү байна: M xy = 0. NMR дахь энерги шингээлт нь нэгж хугацаанд доод хэсгээс илүү их явдаг гэсэн үг юм. түвшин эсрэг чиглэлээс дээд , өөрөөр хэлбэл, хүн амын ялгаа N + - N - буурна (эргэлтийн системийн халаалт, NMR ханалт). Хөдөлгөөнгүй горимд ханасан үед системийн соронзлол ихээхэн нэмэгдэж болно. Энэ нь гэж нэрлэгддэг зүйл юм Overhauser эффект нь цөмийн хувьд NOE (Nuclear Overhauser эффект) гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь мэдрэмтгий байдлыг нэмэгдүүлэх, түүнчлэн тулгууруудыг судлахдаа цөмийн хоорондын зайг тооцоолоход өргөн хэрэглэгддэг. геометрийн аргууд.

Вектор NMR загвар. NMR-г бүртгэхдээ xy хавтгайд ажилладаг радио давтамжийн талбарыг дээжинд хэрэглэнэ. Энэ хавтгайд B 1 талбарыг B 1м/2 далайцтай, эсрэг чиглэлд давтамжтайгаар эргэдэг хоёр гэж үзэж болно. Эргэдэг координатын x"y"z системийг нэвтрүүлж, x тэнхлэг нь B 1m/2-тэй давхцаж, ижил чиглэлд эргэлддэг Түүний нөлөөлөл нь цөмийн соронзон моментуудын прецессийн конусын оройн өнцгийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг; Цөмийн соронзлол M z нь цаг хугацаанаас хамаарч эхэлдэг ба x"y" хавтгайд цөмийн соронзлолын 0 биш проекц гарч ирдэг.Тогтмол координатын системд энэ проекц давтамжтайгаар эргэдэг, өөрөөр хэлбэл индукторт радио давтамжийн хүчдэл үүснэ. , энэ нь илрүүлсний дараа NMR дохиог өгдөг - давтамжаас цөмийн соронзлолт, удаан өөрчлөлт (шүүрдэх горим) ба импульсийн NMR нь ялгагдана. Цөмийн соронзлолын бодит цогц хөдөлгөөн нь x"y" хавтгайд бие даасан хоёр дохио үүсгэдэг. : M x, (радио давтамжийн хүчдэлтэй үе шатанд B 1) ба M y" ( B 1-тэй харьцуулахад фазын 90 ° C-аар шилжсэн). M x" ба M y" (квадрат илрүүлэлт) -ийг нэгэн зэрэг бүртгэх нь NMR спектрометрийн мэдрэмжийг хоёр дахин нэмэгдүүлдэг. Хангалттай том далайцтай B 1м проекцын M z = M x " = M y " = 0 (NMR ханалт). Тиймээс B 1 талбайн тасралтгүй үйл ажиллагааны дор ажиглалтын анхны нөхцөлийг өөрчлөхгүй байхын тулд түүний далайц маш бага байх ёстой.
Импульсийн NMR-д B 1-ийн утгыг эсрэгээр нь маш том сонгосон тул t ба T 2 хугацааны туршид M z эргэдэг координатын системд z тэнхлэгээс өнцгөөр хазайдаг. = 90 ° үед импульсийг 90 ° (/2-импульс) гэж нэрлэдэг; Түүний нөлөөн дор цөмийн соронзлол нь x "y" хавтгайд гарч ирдэг, өөрөөр хэлбэл импульс дууссаны дараа M y" нь түүний үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн фазын зөрүүгээс болж T 2 хугацааны туршид далайц буурч эхэлдэг (спин-спин). ) Цөмийн соронзлолтын тэнцвэрт байдал M z цаг хугацааны эргэлтийн торны T 1. = 180°-д (импульс) M z нь z тэнхлэгийн сөрөг чиглэлийн дагуу таарч, импульс дууссаны дараа тэнцвэрт байрлалдаа тайвширдаг. импульс нь орчин үеийн олон импульсийн сонголтуудад өргөн хэрэглэгддэг.
Эргэдэг координатын системийн чухал шинж чанар нь түүний болон хөдөлгөөнгүй координатын систем дэх резонансын давтамжийн ялгаа юм: хэрэв B 1 V lok (статик орон нутгийн талбар) бол M нь оронтой харьцуулахад эргэлдэх координатын системд ордог. Нарийн тохируулсан үед. резонансын хувьд эргэдэг координатын систем дэх NMR давтамж нь материйн удаан процессыг судлахад NMR-ийн чадварыг мэдэгдэхүйц өргөжүүлэх боломжийг олгодог.

Хими. солилцоо ба NMR спектр(динамик NMR). Хоёр байрлалтай солилцооны А В параметрүүд нь оршин суух хугацаа ба оршин суух магадлал юм болон бага температурт NMR спектр нь Гц-ээр тусгаарлагдсан хоёр нарийн шугамаас бүрдэнэ; дараа нь буурах тусам шугамууд байрандаа үлдэж, өргөжиж эхэлдэг. Солилцооны давтамж нь шугамын хоорондох анхны зайнаас хэтэрч эхлэхэд шугамууд ойртож эхэлдэг бөгөөд 10 дахин хэтэрсэн тохиолдолд интервалын төвд (v A, v B) нэг өргөн шугам үүснэ. температурын өсөлт нь энэ хосолсон шугам нарийсдаг. Туршилтын харьцуулалт. Тооцоолсон спектртэй спектр нь t-ry бүрт химийн бодисын яг давтамжийг зааж өгөх боломжийг олгодог. солилцох, эдгээр өгөгдлөөс термодинамикийг тооцоолно. үйл явцын шинж чанар. Онолын хувьд нарийн төвөгтэй NMR спектрийн олон байрлалын солилцоотой. спектрийг квантмехээс гаргаж авдаг. тооцоо. Динамик NMR бол гол зүйлүүдийн нэг юм стереохимийн судлах арга хатуу бус, конформаци гэх мэт.

Ид шидийн өнцгөөр эргүүл.Диполь-диполь харилцан үйлчлэлийн потенциалын илэрхийлэл. үржүүлэгчийг агуулдаг В 0 ба цөмийн r ij хоорондох өнцөг хаана байна. = arccos 3 -1/2 = 54°44" ("шидэт" өнцөг) үед эдгээр хүчин зүйлс алга болно, өөрөөр хэлбэл, шугамын өргөнд хамаарах хувь нэмэр алга болно. Хэрэв та хатуу дээжийг налуу тэнхлэгийн эргэн тойронд маш өндөр хурдтайгаар эргүүлэх юм бол шидэт доор B 0 өнцгөөр, дараа нь бараг л нарийн шугамтай өндөр нарийвчлалтай спектрүүдийг олж авах боломжтой.

Өргөн шугамууд.Хатуу торонд NMR шугамын хэлбэрийг статик байдлаар тодорхойлно. орон нутгийн соронзон тархалт талбайнууд. Харгалзан үзэж буй цөмийн эргэн тойронд орчуулга-инвариант V 0 эзэлхүүнээс бусад бүх торны цөмүүд нь Гауссын тархалтыг өгдөг g(v) = exp(-v 2 /2a 2), энд v нь төвөөс хол байна. шугамын; Гауссын a-ийн өргөн нь дундаж геомтой урвуу пропорциональ байна. V 0 ба V 1, V 1 эзэлхүүн нь соронзон орны дундаж утгыг тодорхойлдог. цөм. Дотор нь V 0 соронзон. цөм нь дунджаас том, диполь-диполь харилцан үйлчлэлийн улмаас ойролцоох цөмүүд. ба хими. шилжилт нь (-b, b) интервалаар хязгаарлагдмал спектрийг үүсгэдэг бөгөөд b нь a-аас ойролцоогоор хоёр дахин том байна. Эхний ойролцоо байдлаар спектрийг тэгш өнцөгт гэж үзэж болно, дараа нь шугамын Фурье хувиргалт, өөрөөр хэлбэл эргэлтийн системийн 90 ° импульсийн хариу үйлдэл болно.