Ядерный магнитный резонанс

Принцип метода Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) резонансное поглощение электромагнитного излучения в радиочастотной области веществом с ненулевым спином ядра атома, находящимся во внешнем магнитном поле. В постоянном магнитном поле для ядер с ненулевым значением ядерного спина происходит расщепление энергетических уровней (эффект Зеемана). Энергетическая величина расщепления, а, соответственно, и резонансная частота определяются природой ядра атома, электронным окружением и характером внутри- и межмолекулярного взаимодействия. Примерами ядер, у которых наблюдается резонанс, являются 1H, 13C, 15N, 19F, 29Si, 31P и др.

Возможности метода и ограничения На явлении ЯМР основаны спектроскопия ЯМР и магнитно-резонансная томография (МРТ). Во всех методах исследуемые объекты помещаются в сильные постоянные магнитные поля. Основное ограничение методов затруднение исследования образцов, обладающих ферромагнетизмом. Спектроскопия ЯМР является важнейшим методом определения молекулярной и надмолекулярной структуры различных веществ. Диапазон исследуемых материалов очень широк и включает неорганические, органические и биоорганические объекты при наличии в их составе ядер с ненулевым ядерным спином. Спектроскопия ЯМР делится на жидкостную и твердотельную. Жидкостная спектроскопия ЯМР получила широкое распространение для исследования различных органических и биоорганических веществ, так как позволяет относительно просто получать спектры высокого разрешения. Наиболее часто используется жидкостная спектроскопия ЯМР на ядрах 1H (протонный магнитный резонанс или ПМР). Твердотельная спектроскопия ЯМР как аналитический метод нашла применение после разработки специальных аппаратных и спектральных методик, которые позволили получать спектры высокого разрешения в твердых и вязких образцах. В целом твердотельная спектроскопия ЯМР по сравнению с жидкостной обладает меньшим разрешением, но значительно большей чувствительностью из-за отсутствия разбавления образца. В нанотехнологии ЯМР находит применение как метод исследования структуры различных материалов, в частности, композитов, керамик, полимеров, гетерогенных катализаторов, биологических веществ и др. Метод ЯМР можно использовать для выявления внутренних дефектов в объектах, изучения различных динамических процессов, таких, как химические реакции, фазовые переходы и т.п. Основных недостатков у ЯМР два. Во-первых, это низкая чувствительность по сравнению с большинством других экспериментальных методов (оптическая спектроскопия, флюоресценция, ЭПР и т.п.). Это приводит к тому, что для усреднения шумов сигнал нужно накапливать долгое время. Во-вторых, это его дороговизна.

ЯМР спектрометр BRUKER AVANCE 500 AV

Литература: Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера, с. Воронов В.К. Ядерный магнитный резонанс // СОЖ, 1996, 10, с. 70– 75. Сликтер Ч. Основы теории магнитного резонанса. М.: Мир, 1981.