Идентификация органических соединений. Анисимова Н.А. - 75 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ГАГУ | Горно-Алтайск

Составители: 

Рубрика: 

75
При наложении внешнего магнитного поля (Н
о
) происходит расщепление маг-
нитных уровней ядра. Так, для ядер водорода (протона, I=+1/2) возможны две
ориентации, различающиеся по энергии (по полю и против поля). Состояние
протонов различается только при взаимодействии с внешним полем в соотвеет-
ствии с возможностью этих ядер, находящихся в двух энергетических состоя-
ниях с I=+1/2 (ориентация спинов части ядер по полю) и I= -1/2 (ориентация
против поля). В результате появляются два энергетических уровня Е
1
и Е
2
(рис.
86). При нормальных условиях заселенность основного уровня (Е
1
) с I = +1/2
несколько выше, чем уровня с I=-1/2. Разница в заселенности уровней Е
1
и Е
2
не велика, она определяется статистикой Больцмана и составляет для ядер Н
1
10
-5
от общего числа магнитных ядер в образце. Это связано с тем, что энергия
теплового движения значительно выше, чем
Е. При поглощении энергии
переменного магнитного поля (Н
1
) происходит выравнивание заселенности
обоих уровней за счет перехода избыточной части ядер с низшего уровня на
высший. Это происходит если в магнитное поле (Н
о
) помещают исследуемое
вещество, содержащее ядра Н
1
и действуют на него высокочастотным электро-
магнитным полем; при определенном значении частоты (
о
) произойдет пог-
лощение кванта энергии (
Е) соответствующего переходу Е
1
Е
2
.

2
Но (1- )
где
- объемная магнитная восприимчивость вещества;
- гиромагнитное отношение - величина характерная для
каждого сорта ядер и связанная с магнитным моментом и
спином ядра соотношением

Поглощение энергии будет зафиксировано детектором в виде сигнала ЯМР. В
методе ЯМР регистрируется энергия излучения при возвращении ядер в исход-
ное состояние. Разница в энергиях между уровнями (
E) зависит от напряжен-
ности внешнего магнитного поля (Н
о
) и от магнитного момента ядра. Чем выше
H
o
E
Е в отсутствии
магнитного поля
E
2
E
1
I = -1/2
I = +1/2
Рис. 86. Энергетические уровни ядер
1
Н
при взаимодействии с внешним магнит-
ным полем
напряженность магнитного поля
прибора (ЯМР спектрометра), тем
больше разница в энергиях между
уровнями и тем интенсивнее сигнал,
который получается и регистри-
руется. Таким образом, сигнал ЯМР
появляется в результате переориен-
тации спина ядра, равнозначного пе-
реходу с одного уровня на другой, в
результате чего поглощается или вы-
деляется энергия в виде кванта электромагнитного излучения с частотой
=
Е/h (формула Бора), отсюда
Е=h
или Е=
Н
о
Другими словами, определенной напряженности магнитного поля должна соот-
ветствовать определенная величина энергии радиочастотного диапазона пере-
менного магнитного поля, которая и производит переориентацию спина прото-
                                     75
При наложении внешнего магнитного поля (Но) происходит расщепление маг-
нитных уровней ядра. Так, для ядер водорода (протона, I=+1/2) возможны две
ориентации, различающиеся по энергии (по полю и против поля). Состояние
протонов различается только при взаимодействии с внешним полем в соотвеет-
ствии с возможностью этих ядер, находящихся в двух энергетических состоя-
ниях с I=+1/2 (ориентация спинов части ядер по полю) и I= -1/2 (ориентация
против поля). В результате появляются два энергетических уровня Е1 и Е2 (рис.
86). При нормальных условиях заселенность основного уровня (Е1) с I = +1/2
несколько выше, чем уровня с I=-1/2. Разница в заселенности уровней Е1 и Е2
не велика, она определяется статистикой Больцмана и составляет для ядер Н1
10-5 от общего числа магнитных ядер в образце. Это связано с тем, что энергия
теплового движения значительно выше, чем Е. При поглощении энергии
переменного магнитного поля (Н1) происходит выравнивание заселенности
обоих уровней за счет перехода избыточной части ядер с низшего уровня на
высший. Это происходит если в магнитное поле (Но) помещают исследуемое
вещество, содержащее ядра Н1 и действуют на него высокочастотным электро-
магнитным полем; при определенном значении частоты (о) произойдет пог-
лощение кванта энергии (Е) соответствующего переходу Е1Е2.
                       где  - объемная магнитная восприимчивость вещества;
                      - гиромагнитное отношение - величина характерная для
  2 Но (1- )      каждого сорта ядер и связанная с магнитным моментом и
                      спином ядра соотношением
                                                
Поглощение энергии будет зафиксировано детектором в виде сигнала ЯМР. В
методе ЯМР регистрируется энергия излучения при возвращении ядер в исход-
ное состояние. Разница в энергиях между уровнями (E) зависит от напряжен-
ности внешнего магнитного поля (Но) и от магнитного момента ядра. Чем выше
                                         напряженность магнитного поля
                         E1              прибора (ЯМР спектрометра), тем
 Ho                            I = -1/2
                                         больше разница в энергиях между
                                         уровнями и тем интенсивнее сигнал,
       Е в отсутствии        E          который получается и регистри-
      магнитного поля    E2              руется. Таким образом, сигнал ЯМР
                              I = +1/2   появляется в результате переориен-
                                         тации спина ядра, равнозначного пе-
Рис. 86. Энергетические уровни ядер 1Н   реходу с одного уровня на другой, в
при взаимодействии с внешним магнит- результате чего поглощается или вы-
ным полем
деляется энергия в виде кванта электромагнитного излучения с частотой 
       = Е/h (формула Бора),    отсюда Е=h    или    Е= Но
Другими словами, определенной напряженности магнитного поля должна соот-
ветствовать определенная величина энергии радиочастотного диапазона пере-
менного магнитного поля, которая и производит переориентацию спина прото-

Страницы