Спектроскопия магнитного резонанса

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса – вид спектроскопии, которая регистрирует переходы между магнитными энергетическими уровнями атомных ядер, вызываемые радиочастотным излучением. При помещении вещества в магнитное поле происходит взаимодействие магнитных моментов ядер и электронов с полем и расщепление соответствующих уровней на подуровни.

ЯМР-спектроскопия основана на явлении резонансного поглощения ЭМИ веществом при нахождении его в постоянном магнитном поле. Явление ЯМР обусловлено тем, что ядра атомов и электроны вращаются вокруг своей оси, создавая магнитное поле, и обладают магнитным моментом. Для ядер вектор магнитного момента во внешнем магнитном поле может ориентироваться по полю m=+1/2 и против поля m=-1/2 (оно и обладает наибольшей энергией). Когда вещество находится вне магнитного поля, вектора магнитных моментов ядер расположены хаотично, а все частицы имеют одинаковую энергию Е₀. При помещении вещества в магнитное поле уровень Е₀ расщепляется на 2 подуровня.

Расстояние между энергетическими подуровнями ∆Е определяется природой ядра и напряженностью магнитного поля Н₀: ∆Е=μН₀/I

I – спиновое квантовое число (1/2)

Для перехода ядер с низшего энергетического уровня на высший (резонанс) необходимо сообщить энергию ∆Е=hv

Поглощение будет происходить, если кванты излучения будут соответствовать энергии перехода между 2мя подуровнями: ∆Е=μН₀/I = =hv

Обычно применяется магнитное поле напряженностью 10³-10⁴ Э, поглощаемая энергия будет соответствовать квантам 10^-6 эВ, то есть радиоволновой области электромагнитного спектра. Магнитные свойства ядра характеризуют величиной гиромагнитного отношения y=2Пμ/hI которое является постоянным для каждого вида ядер.

V=yH₀/2П – основное уравнение ЯМР, которое показывает, что При постоянном значении напряженности магнитного поля Н₀ частота поглощающего излучения зависит от типа ядра (его гиромагнитного отношения). v-частота

Для ядер с одинаковыми спиновыми квантовыми числами резонансная частота определяется магнитным моментом.

Снятие спектров можно осущ. Путем изменения частоты излучения при пост. Н₀, и наоборот. Спектр представляет собой зависимость интенсивности поглощения от напряженности магнитного поля при v=const или от частоты при H=const. Максимум на кривой соответствует V=yH₀/2П.

Резонансный сдвиг протона должен иметь только одну характеристическую частоту при данной напряженности магнитного поля.

Для характеристик спектров ЯМР используют величину химического сдвига. Химический сдвиг представляет собой расстояние между максимами поглощения 2х химически неэквивалентных протонов. На каждое ядро по химическим связям оказывает влияние магнитный момент соседнего ядра, в результате пик каждого протона расщепляется – спин-спиновое взаимодействие.

Качественный анализ основан на измерении химических сдвигов и отнесении их с помощью таблиц к различным группам протонов. По площади пиков можно определить число протонов в группах и по спин-спиновому взаимодействию получить дополнительные сведения о строении вещества.

Количественный анализ основан на измерении площади пика, которая прямопропорциональна концентрации определяемого соединения в образце. Сроят градуировочные зависимости при пост. Значении частоты или напряженности магнитного поля.

Погрешность 10^-6-10^-7 %.