Ядерный магнитный резонанс

Химия - Ядерный магнитный резонанс - Физика ЯМР

28 февраля 2011

Оглавление:
1. Ядерный магнитный резонанс
2. Физика ЯМР
3. Химическая поляризация ядер
4. Применение ЯМР
5. Нобелевские премии

Расщепление энергетических уровней ядра с I = 1/2 в магнитном поле

В основе явления ядерного магнитного резонанса лежат магнитные свойства атомных ядер, состоящих из нуклонов с полуцелым спином 1/2, 3/2, 5/2…. Ядра с чётными массовым и зарядовым числами не обладают магнитным моментом, в то время как для всех прочих ядер магнитный момент отличен от нуля.

Таким образом, ядра обладают угловым моментом $\! J = \hbar I$ , связанным с магнитным моментом $\! \mu$ соотношением

$\! \mu = \gamma J$ ,

где $\hbar$ — постоянная Планка, $\! I$ — спиновое квантовое число, $\! \gamma$ — гиромагнитное отношение.

Угловой момент и магнитный момент ядра квантованы, и собственные значения проекции и углового и магнитного моментов на ось z произвольно выбранной системы координат определяются соотношением

$J_z = \hbar \mu_I$ и $\mu_z = \gamma \hbar \mu_I$ ,

где $\! \mu_I$ — магнитное квантовое число собственного состояния ядра, его значения определяются спиновым квантовым числом ядра

$\! \mu_I = I, I-1, I-2, ... , -I$

то есть ядро может находиться в $\! 2I+1$ состояниях.

Так, у протона $\! \mu_z$ может находиться только в двух состояниях

$\mu_z = \pm \gamma \hbar I = \pm \hbar /2$ ,

такое ядро можно представить как магнитный диполь, z-компонента которого может быть ориентирована параллельно либо антипараллельно положительному направлению оси z произвольной системы координат.

Следует отметить, что в отсутствие внешнего магнитного поля все состояния с различными $\! \mu_z$ имеют одинаковую энергию, то есть являются вырожденными. Вырождение снимается во внешнем магнитном поле, при этом расщепление относительно вырожденного состояния пропорционально величине внешнего магнитного поля и магнитного момента состояния и для ядра со спиновым квантовым числом I во внешнем магнитном поле появляется система из 2I+1 энергетических уровней $- \mu_z B_0, - {\frac {I-1}{I}} B_0, ... , {\frac {I-1}{I}} B_0, \mu_z B_0$ , то есть ядерный магнитный резонанс имеет ту же природу, что и эффект Зеемана расщепления электронных уровней в магнитном поле.

В простейшем случае для ядра со спином с I = 1/2 — например, для протона, расщепление

$\! \delta E = \pm \mu_z B_0$

и разность энергии спиновых состояний

$\! \Delta E = 2 \mu_z B_0$

<<< Эффект Оверхаузера

Космическая пыль >>>

Химики
Бытовая химия
Химические вещества
Химические законы и уравнения
История химии
Лабораторная техника

Химическое машиностроение
Награды в области химических наук
Химическая номенклатура
Химическое образование
Химические общества
Химическая промышленность

Разделы химии
Химические реакции
Химические свойства
Химическая связь
Химические системы
Химические теории