Referatas
Branduolių magnetinis rezonansas. Elektroninis paramagnetinis rezonansas.
mesbauerio efekto taikymas.
Vilnius
2003
TurinysBranduolių magnetinis
rezonansas……………………………………………. 2
Elektronų paramagnetinis
rezonansas………………………………………… 7
Mesbauerio
efektas……………………………………………………………
…… 10
Naudota
literatūra…………………………………………………………
……….. 12
Branduolių magnetinis rezonansas.Išorinis kintamasis elektromagnetinis laukas gali sukelti priverstinį
energijos šuolį tarp branduolio magnetinių lygmenų, dėl to branduolio
energija pakinta dydžiu
ΔΕ=gI(NB0. (1)
Šuolio metu energija ΔE gali būti sugeriama arba išspinduliuojama. Tai
priklauso nuo Δm1 ir g1 ženklų. Jei g1>0, energija sugeriama, kai Δm1 = -1,
o išspinduliuojama – kai Δm1 = 1. Jei g1<0, energija sugeriama, kai Δm1 =
1, o išspinduliuojama – kai Δm1 = -1. Magnetinio rezonanso spektrometrijoje
dažniau susiduriama su energijos sugerties atvejais. Tad sugerties kvanto
energija
[pic] (2)
Kadangi ( =γL1 (čia L1 – judesio kiekio didžiausia projekcija, kai m1 =
I, o ji savo ruožtu lygi [pic]I, nesunkiai randamas branduolio magnetinio
razonanso dažnis:
[pic] (3)
arba [pic] (4)
(4) formulė sutampa su Larmaro teoremos, aprašančios makroskopinio
magnetinio dipolio precesiją magnetiniame lauke, skaliarine išraiška.
Taigi matome, kad BMR dažnis pirmiausia priklauso nuo magnetinio lauko
indukcijos B0 ir branduolių giromagnetinio santykio γ. Jis yra kiekvieno
cheminio elemento kiekvieno izotopo charakteristika, randama
eksperimentiniais būdais.
Sudarant branduolių rezonansinių dažnių lenteles, dažai nurodomi
rezonansiniai dažniai 1T magnetiniame lauke, t.y. nurodomas santykis
[pic]. (5)
Kai kurių izotopų [pic], ( bei I vertės nurodomos priedo 1 ir 2
lentelėse. Lentelėse pateiktų duomenų analizė rodo, kad rasti BMR dažnių
verčių dėsningumų sunku; kartais net to paties elemento izotopai turi labai
skirtingus dažnius (pvz., H, N). Tačiau vidutinės indukcijos (1 – 3T)
magnetiniame lauke branduolių rezonansiniai dažniai yra radijo dažnių
srityje.
Daugumoje eksperimentų BMR rezonansas registruojamas nedidelio tūrio
bandiniuose, todėl kintamąjį magnetinį lauką patogiausia sukurti nedidelėse
induktyvumo ritėse. Jos atlieka du uždavinius: sukuria aukštojo dažnio
kintamąjį magnetinį lauką ie padeda aptikti branduolinio įmagnetėjimo
signalą. Pasirodo, kad ati galima atlikti naudojant arba dvi atskiras
rites, arba pasitenkinant viena iš populiariausių sistemų tiek
netrūkiuosiuose, tiek impulsiniuose BMR prietaisuose. BMR signalų jutiklį
šiuo atveju sudaro dvi ritės, kurių viena nukreipta x ašies kryptimi ir
prijungia prie aukštojo dažnio generatoriaus. Ji sukuria kintamąjį
magnetinį lauką B1.
Impulsiniuose BMR prietaisuose ypač paplitę vienos ritės jutikliai.
Palyginti su dviejų ričių jutikliu, vienos ritės atveju labai supaprastėja
konstrukcija, reikiamas vektoriaus m pasukimas gaunamas turint mažesnės
galios aukštojo dažnio impulsą. O kadangi BMR signalai registruojami tada,
kai neveikia aukštojo dažnio generatorius, tai net nebūtina naudoti
tiltelio. Užtenka, pavyzdžiui, diodinio perjungimo (1 pav.).
[pic]
1 pav. Vienos ritės jutiklis impulsiniame BMR prietaise: 1 – impulsinis
aukštojo dažnio virpesių generatorius; 2, 4 – komutaciniai diodai, 3 –
virpesių kontūras su tiriamuoju bandiniu; 5 – signalų imtuvas; λ – bangos
ilgis.Šiame jutiklyje įjungtų puslaidininkinių diodų porų varža labai didelė,
jei įtampa neviršija kelių dešimtųjų volto dalių; jei įtampa didesnė –
varža maža. Iš generatoriaus didelės įtampos radijo impulsai patenka tik į
kontūrą, bet napatenka į signalų imtuvą, o tarpuose tarp impulsų ritėje
indukuoti BMR signalai gali patekti tik į imtuvą. Impulsiniuose jutikliuose
negalima naudoti aukštos kokybės Q kontūrų, nes, esant mažam kontūro
laisvųjų signalų gesimui, tarpuose tarp impulsų jie apsunkina sukinių
ansamblio indukuotų signalų stebėjimą.
Naudojant tiltelio ar sukryžiuotųjų ričių jutiklius netrūkiuosiuose
BMR eksperimentuose, dažnai iškyla būtinumas registruoti tik vieną –
derinant tiltelį ar sukryžiuotųjų ričių sistemą, kad atsirastų reikalingos
fazės nesukompensuotas įtampos likutis, eile ar daugiau didesnis už BMR
signalą.
Kiekvienam magnetiniam branduoliui eksperimento technika šiek tiek
skiriasi, nes tame pačiame magnetiniame lauke skirtingų branduolių
rezonansiniai dažniai iš esmės skiriasi; ypač skiriasi santykiniai BMR
signalų intensyvumai. Šiuolaikiniai BMR spektrometrai tinka bet
kokių
magnetinių branduolių spektrams registruoti. Tačiau ir tokiais prietaisais
nevienodai paprasta gauti, pavyzdžiui, 1H spektrą ir 17O spektrą. Pirmuoju
atveju eksperimentas trunka tik keletą minučių, o antruoju (jei 17O
koncentracija natūrali) – signalai kaupiami dešimtis valandų.
BMR spektrometrija teikia informacijos apie medžiagų bei molekulių
struktūrą ir tarpmolekulines sąveikas. Branduoliai tarytum mikrozondai