Эксперименты с ЯМР-спектрометром
Рефератна тему:"Эксперименты с ЯМР-спектрометром"2009ВведениеПроанализируем экспериментальные методы и принципиальную схему ЯМР-спектрометра. Исторически более ранняя версия 5ШР - непрерывный 5ШР - в настоящее время в значительной степени вытеснена фурье-спектроскопией. Следует отметить, однако, что непрерывный ЯМР существенно проще для понимания, поскольку здесь, как в классической спектроскопии, поглощение электромагнитных квантов является функцией их частоты. В противоположность этому в импульсной спектроскопии ЯМР-сигнал зависит от времени и детектируется как спад свободной индукции. Только математическая процедура - преобразование Фурье - превращает этот сигнал во временном представлении в сигнал в частотном представлении, т.е. в частотный спектр, который, по крайней мере в простых случаях, эквивалентен спектру, получаемому при непрерывной регистрации. Однако фурье-спектроскопия по сравнению с методами непрерывной регистрации значительно превосходит их по своей чувствительности и гибкости. Как увидим в дальнейшем, ЯМР-спектрометры имеют много общих свойств, несмотря на то что, например, ЯМР-томограф по своему пространственному разрешению, очевидно, отличается от спектрометра высокого разрешения.1. Непрерывный ЯМРВ простейшем варианте ЯМР-спектроскопии, который применялся первые двадцать лет с момента открытия этого метода для измерения спектров ЯМР высокого разрешения, образец помещается в однородное магнитное поле и подвергается непрерывному воздействию РЧ поля, которое варьируется по частоте в области существования линий поглощения ЯМР для данного образца. Этот метод называется cw-ЯМР.В общем случае частота - во вращающейся системе координат - равны нулю):Для очень слабых РЧ полей сигнал поглощения описывается лоренцевой кривой. Сигналы поглощения и дисперсии представлены на рис. 1.12.Если скорость поглощения энергии поля Bi сравнима по величине или превышает скорость спин-решеточной релаксации \1Т\, то амплитуда сигнала поглощения уменьшается, так как разность населенностей энергетических уровней N+ - N убывает в сравнении с равновесной, определенной законом распределения Больцмана. Одновременно возрастает ширина линии. Этот эффект называется насыщением. Конечно, степень насыщения зависит, с одной стороны, от времен релаксации Т] и Тг, а с другой - от величины поля В. Количественно степень насыщения в резонансе: может быть измерена через коэффициент насыщения s:Вследствие насыщения амплитуда наблюдаемого сигнала поглощения при значениивыше Biopt убывает, где значение B/opt дается выражениемЗначение Јiopt ограничивает область линейной зависимости амплитуды сигнала от поля В\). С ростом В\ возникающее уширение линий требует введения коэффициента сигнала поглощения представлены на рис.2. Импульсный ЯМРВ простейшем случае схема проведения импульсного ЯМР-эксперимента выглядит следующим образом: 90°-ный импульс поворачивает вектор намагниченности М в плоскость ху и затем проводится наблюдение спада свободной индукции. На экране осциллографа спад свободной индукции имеет вид функции времени f. Если проводится регистрация одиночного сигнала ЯМР, например, сигнала водорода воды, и значение ш в точности совпадает с резонансной частотой - просто убывающая экспоненциальная функция. Этой экспоненциально убывающей функции можно поставить в соответствие функциюв частотном пространстве. Форма линии при этом является лоренцевой. Обе эти функции - во временной и частотной областях - связаны между собой преобразованиямиЭти преобразования по имени французского математика Жана Батиста де Фурье называются фурье-преобразованиями.Типичное значение длительности 90°-ного импульса для ЯМР-спектроскопии высокого разрешения по порядку величины равно 10~5 с. В отличие от непрерывного РЧ излучения, спектр такого импульса не будет монохроматическим, он включает в себя определенную частотную область слева и справа от частоты заполнения импульса О). Соответствующий частотный спектр получают в результате фурье-преобразования этого импульса, который для прямоугольного импульса ширинойможет быть описан функцией следующего вида:Это частотное распределение всегда будет тем шире, чем меньше 2 А г, т.е. в предельном случае имеем бесконечно узкий импульс, в частотной области и функция f во временной области должны в равной степени содержать такую информацию. Однако человеческий глаз и мозг могут гораздо лучше различать спектральные линии в частотной области. На рис.1.14 в качестве примера приведен такой спектр во временной и частотной областях, состоящий из двух линий.Успехи импульсной спекроскопии ЯМР по сравнению с непрерывными методами в основном связаны с ее большей чувствительностью. В cw-спектроскопии в каждый данный момент времени излучается одна частота, и соответственно возбуждаются только те ядерные спины, для которых эта частота является резонансной. Очевидно, что такой метод регистрации с точки зрения затрат времени является мало эффективным, так как сигналы детектируются при прохождении резонансной линии. В отличие от этого в ЯМР с фурье-преобразованием одновременно возбуждается и детектируется весь спектр. Это позволяет также улучшить значение отношения сигнал/шум, поскольку при этом складывается большое число спектров.Как и в любом физическом эксперименте, сигнал прямо пропорционален числу п накапливаемых процессов измер...
Другие файлы:
Фундаментальные эксперименты ХХ столетия
Развитие физики ХХ столетия. Опыты Рикке по проверке неатомного характера тока в металлах, Перрена по определению масс молекул. Эксперименты Э. Резерф...
Особенности социального влияния
Формирование норм: эксперименты Шерифа. Давление группы: эксперименты Аша. Феномен группового давления. Проявления конформизма в группе. Личностные пр...
Шпионка в графском замке
Разведслужба герцога Левансийского получает тревожащую информацию: в графстве Эвендейл проводятся опасные магические эксперименты. Дениза и Тео, агент...
Решающие эксперименты в современной физике
В книге в популярной форме, но достаточно строго описываются эксперименты, которые сыграли важнейшую роль в переходе от классических представлений к и...
Экологические наблюдения и эксперименты в детском саду: Методическое пособие.
Описание:В пособии изложены основные требования, которым должны соответствовать экологические и естественно-научные эксперименты, организуемые с детьм...
