Podstawy fizyczne zjawiska
Podstawy fizyczne zjawiska
NMR
NMR
• Jądro atomowe posiada ładunek elektryczny, który wirując
wokół osi jądra wytwarza magnetyczny moment
dipolowy (μ).
• Jądra atomowe, jako elementy ruchome (wirowanie wokół
osi) i obdarzone ładunkiem elektrycznym (dodatnim)
wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne. Są więc
paramagnetykami, które w zewnętrznym polu
magnetycznym ustawiają się zgodnie z liniami sił tego
pola (ustawienie równoległe). Ze względu na działanie sił
zewnętrznych, głównie słabych pól magnetycznych
pochodzących od sąsiednich jąder w cząsteczce, wektor
magnetyczny jądra nie ustawia się idealnie równolegle do
linii sił pola zewnętrznego, tylko wiruje pod niewielkim
kątem do nich, tak że jego wektor zatacza okręg precesji.
Prędkość kątową ruchu precesyjnego
określa częstotliwość Larmora.
B
0
indukcja pola magnetycznego
stała magnetogiryczna jądra
0
B
Zjawisko rezonansu
Zjawisko rezonansu
Pochłanianie energii pola magnetycznego
przez wirujące spiny jądrowe.
Spiny jąder przyjmują określoną orientację przestrzenną
względem linii sił pola. Wprowadzenie synchronizacji
ruchów precesyjnych jąder.
Podziałanie zmiennym polem magnetycznym B
1
( o
częstotliwości równej częstości Larmora) na spiny
jądrowe umieszczone w stałym polu magnetycznym B
0
.
•
Liczbę możliwych orientacji opisuje
magnetyczna liczba kwantowa wyrażona
wzorem:
•
Jądra o spinie=1/2 przyjmują 2 orientacje:
antyrównoległą α i równoległą β do kierunku
pola. Odpowiadają im 2 poziomy energetyczne:
E
1
=(+1/2)h γB
0
/2Π
E
2
=(-1/2)h γB
0
/2Π
1
2
I
m
I
Różnica energii rozszczepionych
poziomów jądra:
Energia ta jest pochłaniana lub
emitowana w postaci fali
elektromagnetycznej o częstotliwości:
0
0
B
h
h
E
Warunek rezonansu!
0
2
1
0
)
(
B
Częstotliwość rezonansowa wynosi
60MHz dla protonów w polu
magnetycznym o indukcji 1,4 tesli
Fala elektromagnetyczna o
długości 5m
Długość typowa dla fal radiowych z
zakresu UKF
Parametry widma NMR
Parametry widma NMR
położenia pasma (przesunięcie
chemiczne)
krotności rozszczepienia
stała sprzężenia spinowo-spinowego
wielkości powierzchni pod pasmem
Przesunięcie chemiczne
Przesunięcie chemiczne
Określa różnicę w położeniu absorpcji danego
protonu w odniesieniu do położenia sygnału wzorca.
Wzorcem dla protonów jest TMS.
Wynika z przesłaniania (jądro absorbuje
promieniowanie magnetyczne o wyższych
częstotliwościach, przesunięcie w prawo na widmie)
lub odsłaniania (absorpcja promieniowania o
niższych wartościach, przesunięcie w lewo) jądra
przez gęstość elektronową.
6
10
wz
wz
s
[ppm]
Sprzężenie spin-spin
Sprzężenie spin-spin
Wicynalne- 2 protony o różnych
przesunięciach chemicznych oddziaływują
na siebie za pomocą elektronów
walencyjnych.
Geminalne- między protonami przy tym
samym atomie węgla.
Dalekiego zasięgu- poprzez więcej niż
trzy wiązania.