Студопедия
Обратная связь


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram 500-летие Реформации

Загрузка...

Примеры практического использования ЯМР

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

 

Явление магнитного резонанса используется для обнаружения и измерения электрических и магнитных взаимодействий электронов и ядер в макроскопических количествах вещества. Это явление обусловлено парамагнитной ориентацией электронов и ядер внешним полем и их ларморовской прецессией относительно направления внешнего поля. Частота ларморовской прецессии пропорциональна напряженности магнитного поля, приложенного в области нахождения прецессирующего электрона или ядра. Когда соседние частицы дают вклад в локальное магнитное поле, он измеряется по сдвигу частоты прецессии. Дополнительный сдвиг частоты прецессии может произойти также за счет неоднородных электрических полей, создаваемых соседними частицами.

В качестве примера практической реализации ЯМР для целей измерения рассмотрим конструкцию высокочувствительного датчика для измерения магнитной индукции слабого магнитного поля.

Устройство содержит катушку индуктивности, которая в качестве сердечника содержит ампулу с газообразным веществом. Магнитные моменты ядер вещества, внесенного в магнитное поле, ориентируются по направлению его магнитной индукции прецессируя с частотой:

. (1.11)

Через некоторое время при совпадении векторов намагниченности и внешнего поля вещество приобретает стационарную намагниченность.

В данном методе образец подвергается радиочастотному облучению неизменной частоты, в то время как сила магнитного поля изменяется, поэтому его еще называют методом постоянного поля.

Рис. 1.10 Схематическое изображение установки для эксперимента по магнитному резонансу. Резонанс достигается в радиочастотном диапазоне. Катушка (а) и резонатор (б) присоединяются к источникам переменного поля и измерителям потери мощности.

Исследуемый образец помещается внутрь радиочастотной катушки или микроволнового резонатора, расположенных между полюсами магнита. Крайне высокая точность настройки установки и ее чувствительность при определении поглощаемой мощности – главное преимущество метода магнитного резонанса. В стандартной экспериментальной методике частота колебаний ω поперечного поля поддерживается постоянной и резонанс достигается с помощью изменения напряженности поля , что приводит к медленному изменению частоты прецессии . На экране осциллографа при этом можно наблюдать компоненту M, колеблющуюся либо в противофазе с управляющим поперечным полем (т.е. поглощаемую мощность), либо в фазе с ним (рис. 1.11).

Рис. 1.11 Сигналы магнитного резонанса протона в жидком водороде, отражающие зависимость от величины индукции магнитного поля для поглощаемой средой мощностью излучения (а) и магнитного момента М частицы (б).

На применении ЯМР основан принцип работы приборов для стабилизации и точнейших измерений параметров магнитного поля, а также для анализа смесей по их изотопному составу. Например, сильный сигнал ЯМР наблюдается в присутствии ядер изотопа углерод-13, что предопределило применение ЯМР и его разновидности - ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) в исследовании углеводородов, особенно природных (нефть).

В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения. Ядра с нецелым спином могут вступать во взаимодействие с внешним магнитным полем, переходя в результате на другие энергетические уровни. Энергия этих уровней строго квантована и зависит от природы ядра, его электронного окружения, различных внутри- и межмолекулярных взаимодействий. Влияние электронной оболочки на ЯМР проявляется, в частности, следующим образом. Внешнее магнитное поле, в которое помещен исследуемый образец, действует на электроны атомов или молекул образца. В случае диамагнитного образца в электронных оболочках его атомов внешним полем индуцируются такие токи, которые создают вторичное магнитное поле, направленное в сторону, противоположную внешнему полю. Это вторичное поле также действует на ядро атома. Складываясь с внешним полем, оно уменьшает действие последнего на ядро.

При магнитной индукции поля (В) равной 1 Тл резонансное поглощение наступает при частоте Гц. Спектр поглощения тем шире, чем больше вязкость и меньше молекулярная подвижность. Линии ЯМР значительно уже, чем при ЭПР. Спектр смещается за счет взаимодействия ядерного магнитного момента с электронным. Поэтому ЯМР характеризует структуру и строение вещества. Практическая реализация эффекта основана на резком возрастании поглощения энергии электромагнитной волны в системах атомных ядер при внешнем магнитном поле. Рабочая частота находится в пределах 200 МГц. Спектр поглощения тем шире, чем больше вязкость и меньше молекулярная подвижность. Линии спектра значительно уже, чем в электромагнитном резонансе, поэтому его используют для исследования строений молекул и изотопного анализа.

Явление ядерного магнитного резонанса применяют в физике, химии, в медицине (организм человека — это совокупность все тех же органических и неорганических молекул). Чтобы наблюдать это явление, объект помещают в постоянное магнитное поле и подвергают действию радиочастотных и градиентных магнитных полей. В катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), амплитудно-частотный спектр которой и переходные во времени характеристики несут информацию о пространственной плотности резонирующих атомных ядер, а также о других параметрах, специфических только для ядерного магнитного резонанса. После обработки на ЭВМ эта информация переходит в ЯМР - изображение, которое характеризует плотность химически эквивалентных ядер, времена релаксации ядерного магнитного резонанса, распределение скоростей потока жидкости, диффузию молекул и биохимические процессы обмена веществ в живых тканях.

 

<== предыдущая статья | следующая статья ==>





 

Читайте также:

Физические основы твердотельной наноэлектроники

Понятия экситона, поляритона, плазмона

Сравнительные характеристики аналитических возможностей различных типов иммуносенсоров

Физические основы Оже-спектроскопи и нейтронографии

Общая физиология сенсорных систем

Нечёткая логика и теория нечётких множеств

Эффект Мёссбауэра

Общая характеристика организации и функционирования сенсорных систем живых объектов

Архитектура кантилеверных датчиков и систем контроля за положением кантилеверов

Искусственные нейронные сети (ИНС)

Метод Брэгга

Метод ЯГР - спектроскопии

Принципы построения многоэлементных осцилляторных измерительных устройств, основанных на использовании нелинейных процессов в сложных динамических системах

Эффект Мейснера

Вернуться в оглавление: Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении

Просмотров: 1380

 
 

54.92.128.223 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.