МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЯВЛЕНИЯХ РЕЗОНАНСОВ
Резонансные методы основаны на квантовомеханических эффектах, которые заключаются в том, что магнитные диполи (которыми являются молекулы исследуемого образца) ориентируются во внешнем магнитном поле таким образом, чтобы проекции магнитных моментов направления поля могли принимать дискретный ряд значений. Каждое дискретное значение соответствует определенной энергии взаимодействия диполя с внешним магнитным полем. При комнатной температуре в объекте реализуются все разрешенные ориентации магнитного момента. Если же к молекуле подвести порцию энергии, в точности равную разности энергий молекулы в состояниях с различной величиной проекции магнитного момента, то этот квант энергии будет поглощен.
Энергия кванта определяется его частотой, поэтому имеет место поглощение энергии при строго определенной частоте. Явления резонансов, выражающиеся в интенсивном поглощении или излучении энергии веществом при возбуждении его переменными электрическим, магнитным или электромагнитным полями, порождают целый ряд тонких и высокоточныхрадиоспектрометрических методов изучения свойств компонентов пробы.
К радиоспектроскопическим методам анализа, изучающим взаимодействие вещества с излучением в радиочастотном диапазоне, относятся спектроскопия ЯМР и ЭПР. Оба метода основаны наявлении магнитного резонанса — избирательном поглощении электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне и обусловлены магнитными свойствами частиц (электронов и ядер).
Различают несколько видов магнитного резонанса в атомах и других субмикрочастицах.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — резонансное поглощение электромагнитной энергии в веществах, обусловленное магнетизмом ядер. Метод анализа, основанный на ЯМР, можно использовать для изучения всех ядер, которые обладают собственным моментом количества движения (спином) и связанным с ним магнитным моментом.
Резонанс наблюдается в сильном постоянном магнитном поле, на которое для получения эффекта резонансного поглощения накладывают более слабое радиочастотное магнитное поле. В магнитном поле для спина ядра могут реализоваться две ориентации: вдоль и против направления силовых линий внешнего поля. Каждому значению спина соответствует определенное значение энергии. Переориентация спина ядра из состояния с меньшей энергией (направление против поля) в состояние с большей энергией (направление вдоль поля), что, собственно, и происходит при наложении радиочастотного магнитного поля с определенной частотой, сопровождается поглощением энергии (т. е. наблюдается явление магнитного резонанса).
Поглощение энергии происходит при переориентации спина ядра из состояния с меньшей энергией (направление против поля) в состояние с большей энергией (направление вдоль поля), что и происходит при наложении радиочастотного магнитного поля.
Такое поглощение энергии может быть обнаружено по наведенной ЭДС в катушке индуктивности, окружающей исследуемую пробу. Процесс исследования сводится к снятию спектра ЯМР и его расшифровке. По спектру ядерного магнитного резонанса можно определить свойства ядер, строение молекул, подвижность частиц в различных условиях.
Чрезвычайно широко метод ЯМР применяется при исследовании протонного резонанса в атомах водорода — ядерный протонный резонанс (ЯПР). Рассмотрение спектра протонного резонанса неизвестного органического соединения дает сведения о том, в какие его радикалы (группы) входит водород и, следовательно, каково строение этого вещества.
О природе химических связей в веществе позволяет судить ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР), наблюдаемый при введении ядра в неоднородное электрическое поле. Квадрупольный момент характеризует отклонение распределения электрического заряда ядра от сферической симметрии, поэтому при неоднородности электрического поля у ядер атомов или ионов на спектре ЯКР появляется характерный сигнал.
Достарыңызбен бөлісу: |
