ЯМР-спектроскопия. Часть 1

Содержание

Слайд 2

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) – важнейший спектроскопический метод

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) – важнейший спектроскопический
выявления молекулярной структуры и стереохимии органических соединений.
Она является наряду с рентгеноструктурным анализом наиболее информативным методом исследования строения органических соединений.
Данный метод широко применяется в органической, неорганической, металлоорганической, биологической и медицинской химии, где с его помощью получают детальную информацию не только о низкомолекулярных соединениях, но и о синтетических и природных полимерах и макромолекулах. Кроме того, спектроскопия ЯМР находит широкое применение для исследования путем биосинтеза, химической динамики, а также для непосредственного изучения все большего числа внутриклеточных процессов, целых органов и даже живых организмов.

Слайд 3

История

Первые наблюдения ЯМР опубликованы в 1946 г. Феликсом Блохом с сотр. и

История Первые наблюдения ЯМР опубликованы в 1946 г. Феликсом Блохом с сотр.
Эдуардом Пёрселлом с сотр., за что в 1952 г. им была присуждена Нобелевская премия по физике «За развитие новых методов для точных ядерных магнитных измерений и связанные с этим открытия».

Слайд 4

1 Общие сведения 1.1 Магнитные свойства ядер

Метод ЯМР основан на магнитных свойствах ядер

1 Общие сведения 1.1 Магнитные свойства ядер Метод ЯМР основан на магнитных
(на взаимодействии магнитной компоненты электромагнитного поля с магнитными моментами ядер).
Ядра некоторых атомов обладают не только электрическим зарядом, но и механическим спином.
В некоторых ядрах заряд ядра «вращается» вокруг оси ядра, его вращение вызовет круговой электрический ток и генерируется магнитное поле, направление вдоль оси вращения (рис.).
Такими свойствами, в частности, обладают протоны. Момент количества движения (спин) является квантовой величиной и характеризуется магнитным моментом ядра.

Слайд 5

Магнитный момент ядра и его спин

Магнитный момент ядра и его спин являются

Магнитный момент ядра и его спин Магнитный момент ядра и его спин
коллинеарными векторами в пространстве; длины двух векторов связаны соотношением
(1)
где γ – коэффициент пропорциональности, называемый гиромагнитным соотношением. (В макромире наиболее близким аналогом ему была бы намагниченность твердого тела, например магнитной стрелкой компаса).

Слайд 6

Спиновое квантовое число

Спин характеризуется ядерным спиновым квантовым числом I, которое может принимать

Спиновое квантовое число Спин характеризуется ядерным спиновым квантовым числом I, которое может
значения, кратные 1/2, т.е. I = 0, 1/2, 1, 3/2, …, 7. (при I = 0 спин отсутствует).
Каждый протон и нейтрон имеет собственный спин, и их взаимодействие приводит к спиновому квантовому числу I. Существует электрическая зависимость спинового квантового числа протонов и нейтронов в атомном ядре (табл.).

Слайд 7

Спиновое квантовое число

Если сумма чисел протонов и нейтронов в ядре четное, то

Спиновое квантовое число Если сумма чисел протонов и нейтронов в ядре четное,
I равно нулю или целому числу (1, 2, 3, …); если сумма нечетная, то I принимает полуцелые значения (1/2, 3/2, 5/2, …).
Важнейшие для органической химии ядра 1Н и 13С, а также 15N, 19F и 31P имеют спиновое квантовое число 1/2. Величину I рассчитать не удается.

Слайд 8

Свойства ядер некоторых атомов

*11В, 35Сl, 37Cl, 79Br и 81Br имеют I

Свойства ядер некоторых атомов *11В, 35Сl, 37Cl, 79Br и 81Br имеют I = 3/2.
= 3/2.

Слайд 9

Выводы

1) Гиромагнитное отношение γ является одной из характеристик магнитных свойств ядер;
2)

Выводы 1) Гиромагнитное отношение γ является одной из характеристик магнитных свойств ядер;
I – спиновое квантовое число еще одна важнейшая характеристика магнитных свойств данного ядра.

Слайд 10

1.2 Ядра в магнитном поле

Помещенное в поле постоянного магнита, магнитное ядро

1.2 Ядра в магнитном поле Помещенное в поле постоянного магнита, магнитное ядро
будет взаимодействовать с этим полем, определенным образом ориентируясь в пространстве.
Подобно оси волчка, вращающегося в поле тяготения Земли, магнитный момент ядра будет прецессировать вокруг направления постоянного магнитного поля Н0 (рис.).

1 – орбита прецессии; 2 – ядерный магнитный диполь
3 – вращающийся протон; θ – угол прецессии магнитного момента (для ядер с I = 1/2 прецессия осуществляется при θ = 54°44′.

Слайд 11

1.2 Ядра в магнитном поле

Угол прецессии магнитного момента θ имеет строго

1.2 Ядра в магнитном поле Угол прецессии магнитного момента θ имеет строго
определенное значение, а именно такие, чтобы проекция Р0 спина ядра на направление постоянного магнитного поля Н0 имела только целые или полуцелые значения величины h/2π:
где h – постоянная Планка (6,626·10–34 Дж·с); m – магнитное квантовое число.
Угловая скорость прецессионного движения (ларморова прецессия) задается выражением:
ω0 = –γН0. (3)

m = ±1/2n; n = 0, 1, 2, …, (2)

Слайд 12

Разрешенные направления спина ядра в постоянном магнитном поле Н0

Каждое ядро может иметь

Разрешенные направления спина ядра в постоянном магнитном поле Н0 Каждое ядро может
(2I + 1) значений m. Если от гиромагнитного отношения зависит длина вектора, то спиновое квантовое число I определяет общее число его возможных направлений ориентации (рис.).

Слайд 13

Ориентация спинов ядра в постоянном магнитном поле Н0

Эти ориентации определяются законами квантовой

Ориентация спинов ядра в постоянном магнитном поле Н0 Эти ориентации определяются законами
механики.
При I = 1/2 возможны два уровня магнитной энергии ядра mI = ±1/2, соответствующие двум возможным ориентация (+1/2 и –1/2) по отношению к внешнему магнитному полю.
«Конуса» состояний α и β, соответствующих ориентация» спина (I = 1/2) «по полю» и «против поля»

Слайд 14

Ориентация спинов ядра в постоянном магнитном поле Н0

Спин параллелен внешнему магнитному полю

Ориентация спинов ядра в постоянном магнитном поле Н0 Спин параллелен внешнему магнитному
имеет меньшую энергию (mI = 1/2) – устойчивое состояние; обозначают символом ↑ или α (рис.).
Противоположную (антипараллельную) ориентацию спина (mI = –1/2) обозначают символом ↓ или β (неустойчивое состояние) (рис.).
Положение энергетических уровней зависит от величины ядерного магнитного момента μ и напряженности приложенного внешнего магнитного поля Н0.
В отсутствии внешнего магнитного поля Н0 спиновые состояния вырождены.

Слайд 15

Энергия магнитного момента

Энергия Е магнитного момента в постоянном магнитном поле определяется так

Энергия магнитного момента Энергия Е магнитного момента в постоянном магнитном поле определяется
(4)
μ0 – проекция магнитного момента ядра на направление Н0;
Н0 – напряженность магнитного поля, Тл;
m – магнитное квантовое число.

Слайд 16

Разрешенные направления спина ядра в постоянном магнитном поле Н0

Разрешенные направления спина ядра в постоянном магнитном поле Н0

Слайд 17

Разрешенные направления спина ядра в постоянном магнитном поле Н0


(5)
Расстояние между энергетическими уровнями

Разрешенные направления спина ядра в постоянном магнитном поле Н0 (5) Расстояние между
(ΔЕ) определяется природой ядра и напряженностью приложенного магнитного поля (рис.) и выражается уравнением
(6)
Имя файла: ЯМР-спектроскопия.-Часть-1.pptx
Количество просмотров: 146
Количество скачиваний: 3