[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Rezonans magnetyczny
• NMR
N
uclear
M
agnetic
R
esonance: jądrowy rezonans magnetyczny
zjawisko rezonansowej absorpcji promieniowania o częstości
radiowej przez jądra umieszczone w polu magnetycznym
• EPR
E
lectron
P
aramagnetic
R
esonace: elektronowy rezonans paramagnetyczny
zjawisko rezonansowej absorpcji promieniowania o częstości mikrofalowej przez
układy zawierające niesparowane elektrony umieszczone w polu magnetycznym
W latach dwudziestych XX w. pierwsze koncepcje teoretyczne
1945r.

Bloch, Hansen i Packard, Uniwersytet Stanford: rezonans protonowy wody

Purcell, Torrey i Pound, Uniwersytet Harward: rezonans protonowy parafiny
Obecnie NMR jedną z najczęściej stosowanych metod spektroskopowych w chemii i
medycynie
1
Ogólna charakterystyka metod NMR i EPR
• W obu metodach wykorzystujemy obecność
momentów magnetycznych
związanych ze spinowym momentem pędu jąder (niektórych tzw.
magnetycznych) i elektronów
• Wspólna teoria oparta na zjawisku oddziaływania zewnętrznego pola
magnetycznego z momentem magnetycznym jadra (NMR) lub elektronu
(EPR)
• Wielkość momentu magnetycznego elektronu jest około 660 razy większa
niż momentu magnetycznego protonu, a momenty magnetyczne cięższych
jader są jeszcze mniejsze.
Energia oddziaływania elektronu z zewnętrznym
polem magnetycznym jest znacznie większa niż magnetycznych jader.
Różnice energii poziomów jądrowych

energia fal radiowych
, a
elektronowych

energia mikrofal.
• EPR: informacje o obecności niesparowanych elektronów oraz ich
otoczeniu oraz oddziaływaniach lokalnych z jądrami magnetycznymi, tylko
pośrednie informacje o strukturze cząsteczki
• NMR:
bezpośrednia informacja o budowie chemicznej i strukturze
cząsteczek
2
NMR i EPR
a spektroskopie optyczne (rotacyjna, IR i UVVis)
Różnice:
• Również odmiana widm absorpcyjnych, ale poziomy między którymi następuje
przejście ulegają
zróżnicowaniu dopiero w zewnętrznym polu magnetycznym
• Przejścia możliwe dzięki oddziaływaniu momentów magnetycznych (jąder lub
elektronów) ze
zmiennym polem magnetycznym
fali elektromagnetycznej
tzw. magnetyczne przejścia dipolowe ( dotąd elektryczne przejścia dipolowe)
• Kolektywny charakter
zjawiska ze względu na silne oddziaływania wzajemne
pomiędzy momentami magnetycznymi. Zarówno absorpcja kwantu promieniowania
jak i powrót do stanu równowagi (relaksacja) są zjawiskami kolektywnymi.
3
Jądrowe momenty magnetyczne
Jądra posiadające nieparzystą liczbę protonów lub/i nieparzystą liczbę neutronów
mają niezerową kwantową liczbę spinową (niezerowy spin). Kwantowa liczba
spinowa I=1/2·n, gdzie n=0,1,2,3…
Jądro o kwantowej liczbie spinowej I ma następujące własności:
1. Moment pędu
I
= [I(I+1)]
1/2
ħ
2. Składową momentu pędu na wybrany kierunek
I
z
= m
I
ħ,
gdzie magnetyczna liczba spinowa: m
I
=I, I-1,…-I
3. Jeśli I > 0, to jądro ma moment magnetyczny o stałej wartości

=

[I(I+1)]
1/2
ħ
i orientacji zadanej przez m
I
:

z
=

m
I
ħ

- współczynnik magnetogiryczny
4. 2I+1
orientacji momentu magnetycznego względem osi.

wyraża się przez jądrowy czynnik g
N
oraz magneton jądrowy

N
:


g 
N


e


5
051

10

27
J

T

N
2
m
p
4

1
N
Właściwości wybranych jąder atomowych o niezerowym
momencie magnetycznym
Jądro
Naturalna zawartość
izotopu %
Liczba spinowa
I
Współczynnik
magnetogiryczny

[10
8
rad/T·s]
1
H
99.98
1/2
2.675
2
H (D)
0.02
1
0.411
7
Li
92.57
3/2
1.040
10
B
18.83
3
0.288
11
B
81.17
3/2
0.858
13
C
1.108
1/2
0.673
14
N
99.635
1
0.193
15
N
0.365
1/2
-0.271
17
O
0.037
5/2
-0.363
19
F
100
1/2
2.6273
29
Si
4.7
1/2
-0.531
31
P
100
1/2
1.083
127
I
100
5/2
0.535

Jądra o spinie >1/2 posiadają niezerowy moment kwadrupolowy,

12
C,
16
O nie dają widma NMR
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]