Вопросы к зачету по «Резонансным методам измерений»
1-я часть
- Спектроскопия ЯМР основные возможности, достоинства и ограничения метода.
- Основные характеристики атомного ядра. Расщепление ядерных энергетических уровней в магнитном поле.
- Связь механического и магнитного моментов ядра.
- Поведение магнитного момента ядра в магнитном поле, основное уравнение ЯМР.
- Вращающаяся система координат, эффективное магнитное поле
- Уравнение Блоха. Процессы ядерной релаксации.
- Химический сдвиг (понятие, определение)
- Влияние электроотрицательности соседних групп на величину магнитного экранирования
- Анизотропия кратных связей
- Влияние растворителей и температуры на химический сдвиг
- Природа спин-спинового взаимодействия.
- Константа спин-спинового взаимодействия. Правила первого порядка.
- Геминальные константы.
- Зависимость вицинальной константы спин-спинового взаимодействия от величины двугранного угла и заместителей
- Зависимость вицинальной константы спин-спинового взаимодействия от величины валентного угла и длины химической связи
- Особенности спектроскопии ЯМР С13.
- Приготовление образцов, растворители и ампулы для спектроскопии ЯМР
- Схема ЯМР спектрометра
2-я часть
|
|
1. Масс-спектрометрия основные возможности метода. Разрешение метода.
Принципиальная схема масс-спектрометра
Принципиальная схема разделения пучка ионов в магнитном поле
Ионизация электронным ударом
Химическая ионизация
Фотоионизация
7. Электроспрей
8. Лазерная и полевая десорбция
Химическая ионизация при атмосферном давлении
10. Принципиальная схема магнитного масс-спектрометра
11. Электрический анализатор
Квадрупольный анализатор
Времяпролетный анализатор
Ионная ловушка
15. Молекулярный ион, определение элементного состава молекул
Основные реакции фрагментации молекулярного иона.
Спектроскопия ЯМР основные возможности, достоинства и ограничения метода.
Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), открытое в 1945 г. Ф. Блохом и Э. Перселлом, ныне лауреатами Нобелевской премии, легло в основу создания нового вида спектроскопии, который в очень короткий срок превратился в один из самых информативных методов исследования молекулярной структуры и динамики молекул, межмолекулярных взаимодействий, механизмов химических реакций и количественного анализа веществ в различных агрегатных состояниях. Возможность идентификации всех без исключения линий спектра позволяет идентифицировать промежуточные продукты химических реакций (ионы, радикалы, ион-радикалы и др.), в том числе относительно короткоживущие, образование которых в ходе химических процессов ранее лишь постулировалось. Нередко оказывается возможным исследовать кинетику и механизмы химических реакций по расходованию и накоплению начальных, промежуточных и конечных продуктов.
|
|
Уникальная специфика метода ЯМР заключается в возможности изучения кинетики и механизмов равновесных химических превращений – так называемых обменных процессов (обмен атомов, электронов, групп атомов, конформационные превращения, валентная изомеризация и др.), в том числе между идентичными молекулами (вырожденный обмен). Применение специальных методов (мультиплетные резонансы, двухмерная спектроскопия) позволяет однозначно устанавливать механизмы таких процессов.
ЯМР-спектроскопию с успехом используют для исследования межмолекулярных взаимодействий – водородных связей, комплексообразования, структуры жидкокристаллических и мицеллярных систем.
Первые успехи использования метода в органической химии связаны с развитием ЯМР-спектроскопии 1Н, поскольку ядра атомов водорода (протоны) входят в состав большинства органических соединений, имеют высокое (99,98%) естественное содержание и, кроме того, их сигналы наиболее интенсивны по сравнению с сигналами других магнитных ядер. 80-е гг. характеризуются широким практическим применением ЯМР-спектроскопии главного элемента органической химии - углерода (13С), а также развитием резонансной спектроскопии таких важных для органической химии ядер, как 15N и 17О. Дальнейшее развитие ЯМР-спектроскопии определяется, в первую очередь, внедрением в повседневную практику импульсных Фурье ЯМР-спектрометров с резонансными частотами 300 МГц и более (для протонов), совершенствованием и без того многообразных импульсных методик и на этой основе – широким развитием ЯМР-спектроскопии «редких» ядер, формированием теории и методов исследования быстрых необратимых реакций, использованием данных по определению времен релаксации, эволюцией спектроскопии высокого разрешения в твердом теле и другими техническими усовершенствованиями, многие из которых в настоящее время даже трудно себе представить (см. табл.5.1).
Массовое число | Нечетное | Четное | Четное |
Атомное число (порядковый номер элемента) | Четное или нечетное | Четное | Нечетное |
Результирующий ядерный спин I | ½, 3/2, 5/2 | 1, 2, 3 | |
Пример | 1H, 13С – ½ 11B, 35Cl, 37Cl, 79Br, 81Br 17O, 127I | 12С, 16О, 32S | 2H, 10B, 16O, 14N, 30P |
В последние годы, особенно благодаря усовершенствованию используемого оборудования, повышению его быстродействия и разрешающей способности, возрос интерес к ЯМР-спектроскории не только как к методу исследования, но и как к одному из очень перспективных методов контроля качества разнообразной продукции. В соответствии с этим быстро расширяется круг специалистов, активно стремящихся овладеть этим методом.