ЯМР - спектроскопія

Метод ЯМР - спектроскопії заснований на магнітних властивостях ядер. Ядра атомів несуть на собі позитивний заряд і обертаючись навколо своєї осі. Обертання заряду призводить до виникнення магнітного диполя.

Кутовий момент обертання, якого може бути описаний квантовим числом (I). Чисельне значення спінового квантового числа, дорівнює сумі спінових квантових чисел протонів і нейтронів входять до складу ядра.

Спіновий квантове число може приймати значення

Якщо кількість нуклонів парне, то величина I = 0, або цілому числу. Це такі ядра З 12. Н 2. N 14. такі ядра не поглинають радіочастотного випромінювання і не дають сигналів в ЯМР - спектроскопії.

I = ± 1/2 H 1. P 31. F 19 - поглинають радіочастотне випромінювання, дають сиг нал ЯМР спектру.

I = ± 1 + 1/2 CL 35. Br 79 - несиметрична розподіл зарядів по поверхні ядра. Що призводить до виникнення квадропольного моменту. Такі ядра методами ЯМР спектроскопії не вивчають.

ПМР - спектроскопія

Чисельне значення I (I = ± 1/2) визначає кількість можливих орієнтацій ядра в зовнішньому магнітному полі відповідно до формули:

З цієї формули видно, що кількість орієнтацій дорівнює 2.

Для того, що б здійснити перехід протона, що знаходиться на нижньому рівні, на більш високий йому потрібно повідомити енергію рівну різниці енергії цих рівнів, тобто опромінити випромінюванням строго певної чистотою. Різниця в енергії рівнів (ΔΕ) залежить від величини накладеного магнітного поля (H0) і магнітної природи ядер, що описують магнітним моментом (μ). Це величина визначається обертанням:

h - постійна Планка

- величина зовнішнього магнітного поля

γ - коефіцієнт пропорційності, називається гіромагнітного співвідношенням, визначає залежність між квантовим числом I і магнітним моментом μ.

- основне рівняння ЯМР. воно пов'язує величину зовнішнього магнітного поля, магнітну природу ядер і чистоту випромінювання при якому відбувається поглинання енергії випромінювань і ядра переходять міжрівневої.

З наведеної записі видно, що для одних і тих же ядер, протонів, існує сувора залежність між величиною Н0 і μ.

Так, наприклад для того, щоб ядра протонів перебували в зовнішньому магнітному полі 14000 Гс перейшли на більш високий магнітні рівень їх потрібно опромінити з частотою 60 МГц, якщо до 23000Гс, то буде потрібно випромінювання з частою 100МГц.

Таким чином з вище сказаного випливає, що основними частинами ЯМР спектрометра повинен бути, потужний магніт і джерело радіочастотного випромінювання.

Аналізує речовина поміщаємо в ампулу зі спеціальних сортів скла товщиною 5 мм. Ампулу поміщаємо в зазор магніту, для більш рівномірного розподілу магнітного поля всередині ампули, вона обертається навколо своєї осі, за допомогою котушки випромінювання генерується радіочастотним випромінюванням не безперервно. Частота цього випромінювання змінюється в невеликому діапазоні. У якийсь момент часу, коли частота в точності відповідає рівняння ЯМР спектроскопії, спостерігається поглинання енергії випромінювання і протони переорієнтують свій спін - це поглинання енергії реєструється приймальною котушкою вигляді вузького піку.

У деяких моделях спектрометра μ = const, а в невеликих межах змінюється величина H0. Для реєстрації спектра необхідно 0,4 мл речовини, якщо речовина тверде його розчиняють у відповідному розчині, необхідно взяти 10-50 мл / г речовини.

Для отримання якісного спектра необхідно використовувати розчини концентрації 10 - 20%. Межа чутливості ЯМР відповідає 5%.

Для збільшення чутливості з використанням ЕОМ застосовують багатогодинне накопичення сигналу при цьому корисний сигнал збільшується в інтенсивності.

В подальшому вдосконаленні методики ЯМР спектрораспределенія стало, застосування Фур'є - перетворення сигналу. В цьому випадку зразок опромінюється НЕ випромінюванням з повільно змінюється частотою, а випромінюванням з'єднують всі частоти в одному пакеті. При цьому відбувається поглинання випромінювання однієї частоти, і протони переходять на верхній енергетичний рівень, потім короткий імпульс вимикається і після цього збуджені протони починають втрачати поглинену енергію і переходити на нижній рівень. Це явище енергії реєструється системою у вигляді серії мілісекунд імпульсів, які затухають в часі.

Ідеальним розчинником є ​​речовина не містять протонів, тобто чотирьох хлористий вуглець і сірчаний вуглець, проте деякі речовини в цих розчинах не розчиняються, тому використовують будь-які розчинники в молекулах яких атоми легкого ізотопу H1 заміщені на атоми важкого ізотопу дейтерію. Ізотопна частота повинна відповідати 99%.

Дейтерій в ЯМР спектрах сигналу не дає. Подальшим розвитком методу стало використання швидкодіючого комп'ютера і фуріпреобразованіе сигналу. У цьому випадки замість останнього сканування частоти випромінювання на зразок накладається миттєве випромінювання, що містять всі можливі частоти. При цьому відбувається миттєве збудження всіх ядер і переорієнтація їх спинив. Після виключення випромінювання ядра починають викидати енергію і переходити на більш низький енергетичний рівень. Цей викид енергії триває кілька секунд і складається з ряду мікросекундних імпульсів, які системою реєстрації, реєструють у вигляді вилки.