Ядерний магнітний резонанс
Ядерний магнітний резонанс
Nuclear magnetic resonance
Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) - резонансне поглинання електромагнітних хвиль атомними ядрами, що відбувається при зміні орієнтації векторів їх власних моментів кількості руху (спинив). ЯМР виникає в зразках, поміщених в сильне постійне магнітне поле, при одночасному впливі на них слабкого змінного електромагнітного поля радіочастотного діапазону (силові лінії змінного поля повинні бути перпендикулярні силовим лініям постійного поля). Для ядер водню (протонів) в постійному магнітному полі напруженістю 10 4 Ерстед резонанс настає при частоті радіохвиль 42.58 МГц. Для інших ядер в магнітних полях 10 3 -10 4 Ерстед ЯМР спостерігається в діапазоні частот 1-10 МГц. ЯМР широко використовується у фізиці, хімії і біохімії для дослідження структури твердих тіл і складних молекул. У медицині за допомогою ЯМР з дозволом 0.5-1 мм отримують просторове зображення внутрішніх органів людини.
Переворот спина протона в зовнішніх полях
Розглянемо явище ЯМР на прикладі найпростішого ядра - водню. Ядро водню це протон, що має певне значення власного механічного моменту кількості руху (спина). Відповідно до квантовою механікою вектор спина протона може мати тільки два взаємно протилежні напрямки в просторі, умовно позначаються словами "вгору" і "вниз". Протон має також і магнітний момент, напрямок вектора якого жорстко прив'язане до напрямку вектора спина. Тому і вектор магнітного моменту протона може бути направлений або "вгору", або "вниз". Таким чином, протон можна уявити як мікроскопічний магнітик з двоякою можливої орієнтацією в просторі. Якщо помістити протон у зовнішнє постійне магнітне поле, то енергія протона в цьому полі буде залежати від того, куди спрямований його магнітний момент. Енергія протона буде більше в тому випадку, якщо його магнітний момент (і спин) спрямований в бік, протилежний полю. Цю енергію позначимо E ↑ ↓. Якщо магнітний момент (спін) протона спрямований в ту ж сторону, що і поле, то енергія протона, що позначається E ↑↑. буде менше (E ↑↑