Ядерно-магнитный резонанс

История
Явление ядерного магнитного резонанса было открыто в 1938 году Исидором Раби в молекулярных пучках, за что он был удостоен Нобелевской премии 1944 года. В 1946 году Феликс Блох и Эдвард Миллз Парселл получили ядерный магнитный резонанс в жидкостях и твёрдых телах (Нобелевская премия 1952 года).
Феликс Блох
Исидором Раби
Эдвард Миллз Парселл

Что такое ЯМР?
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — резонансное поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, на частоте ν (называемой частотой ЯМР), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.

СПИН
Для описания числа дискретных состояний спинового момента введено понятие спинового квантового числа I. Ядра с четным числом протонов и нейтронов имеют спиновое квантовое число (или просто спин) I = 0. Ядра с нечетными числами протонов и нейтронов обладают целочисленным спином. Ядра с числами протонов и нейтронов разной четности обладают полуцелыми спиновыми числами . В ядрах с I ≥ 1 распределение зарядов отличается от сферического. Эта асимметрия описывается электрическим квадрупольным моментом, который взаимодействует с соседними зарядами и влияет на время релаксации.

Физический смысл
µ = γħI
где ħ = h/2π, h – постоянная Планка, γ - ядерное гиромагнитное отношение. Ядра с I = 0 не имеют магнитного момента и не дают сигнала ЯМР.
Гиромагни́тное отноше́ние (магнитомехани́ческое отноше́ние) — отношение дипольного магнитного момента элементарной частицы (или системы элементарных частиц) к её механическому моменту.

Принципиальная особенность поведения квантового магнитного момента состоит в том, что частица может принимать только несколько разрешенных значений энергии. Эти уровни можно обнаружить при поглощении или выделении кванта излучения hν. Различие энергии двух ядерных спинов со спиновым числом 1/2 во внешнем магнитном поле с магнитной индукцией B составляет γħB
Основное уравнение ЯМР, называемое условием резонанса:
hν = ∆E = γħB
Как следствие, получаем уравнение, которое связывает частоту электромагнитного излучения ν (Гц) с индукцией магнитного поля
B ν = γB/2π

Резонансная Частота
1 Тл = 10 000 Гс.

Химический сдвиг
Химический сдвиг в ЯМР — смещение сигнала ЯМР в зависимости от химического состава вещества, обусловленное экранированием внешнего магнитного поля электронами атомов.