Jagoda Berdowicz

Paulina Gawłowska

NMR – JĄDROWY
REZONANS
MAGNETYCZNY polega
na pochłanianiu energii
promieniowania
elektromagnetycznego z
zakresu fal radiowych
przez jądra atomowe
obdarzone momentem
magnetycznym.

• wykryty w 1945 r.przez
Blocha i Purcella (nagroda
Nobla)

• pierwszym
zastosowaniem było
badanie struktury
prostych związków
organicznych

• przełomem było
wprowadzenie metody
impulsowej rejestracji
widm białek z
transformacją Fouriera i
spektroskopii
dwuwymiarowej

• rewolucją okazało się
wykorzystanie NMR do
badania wnętrza
organizmu i odróżniania
komórek nowotworowych
od zdrowych



badanie struktury przestrzennej biologicznie aktywnych

związków
 oznaczanie struktury trzeciorzędowej i czwartorzędowej
białek
 badanie zmian konformacyjnych biopolimerów
 wyznaczanie odległości międzyatomowych w małych
cząsteczkach i biopolimerach
 analiza oddziaływań międzycząsteczkowych w różnych
kompleksach
 badanie mechanizmów reakcji
 wyznaczanie stałych szybkości reakcji, stałych wiązania

Właściwości

Właściwości

atomów

atomów

Jądro atomowe posiada ładunek elektryczny,
który wirując wokół osi jądra wytwarza

magnetyczny moment dipolowy.

magnetyczny moment dipolowy.

Na dipol magnetyczny umieszczony w
zewnętrznym polu działają dwie siły, z których
jedna próbuje ustawić go zgodnie z kierunkiem
linii pola, a własny moment pędu(

spin

spin) jądra

wywołuje ruch precesyjny(tak jak w „bączku”
wirujacym w polu grawitacyjnym).

Prędkość kątową tego ruchu

precesyjnego określa

częstotliwość

częstotliwość

Larmora

Larmora.

Jest ona równa iloczynowi indukcji pola

magnetycznego i stałej
magnetogirycznej jądra, która zależy
od rodzaju jądra i wyraża stosunek

momentu magnetycznego jądra

momentu magnetycznego jądra do
jego

pędu

pędu.

ω = γB

0

•

pseudowektorowa wielkość fizyczna cechująca

dipol magnetyczny, która opisuje oddziaływanie z
zewnętrznym polem magnetycznym

• wytwarzany przez ładunek elektryczny jądra
atomowego podczas wirowania wokół osi jądra

• jest szczególnym przypadkiem multipolowości
momentu magnetycznego

• powszechne jest nazywanie dipolowego momentu
magnetycznego, po prostu

momentem

momentem

magnetycznym

magnetycznym



mikroskopowy moment magnetyczny jest związany z

ruchem orbitalnym naładowanej cząstki lub ze
spinem, przy czym należy pamiętać, że moment
magnetyczny to nie to samo co spin, choć jest z nim
nierozerwalnie związany

M = I  S

M- moment magnetyczny I- natężenie S- pole
powierzchni

moment magnetyczny wyraża się w jednostkach

zwanych magnetonem Bohra (dla atomów) lub

magnetonem jądrowym (dla jąder atomowych)

moment magnetyczny

atomu

wypadkowy

moment magnetyczny

związany z orbitalnym

ruchem elektronów w

atomie i ich spinami oraz

spinem jądra atomu.

moment magnetyczny

cząsteczki

wypadkowy moment

magnet. związany z ruchem

orbitalnym elektronów w

atomach tworzących

cząsteczki, ich spinami,

spinami jąder oraz obrotem

cząsteczki jako całości



jest to własny moment pędu cząstki w układzie w którym się

porusza
 własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej
cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej
cząstki
 każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla
siebie spin
 cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np.
jądra atomów) mają również swój spin będący sumą
wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek
elementarnych
 jest pojęciem czysto kwantowym, w mechanice klasycznej,
gdy cząstka spoczywa, nie może mieć niezerowego momentu
pędu
 układ spoczynkowy istnieje tylko, gdy cząstka ma masę
 gdy cząstka jest bezmasowa (np.foton), można jedynie
określić rzut spinu na kierunek propagacji cząstki



wypadkowa spinów protonów i neutronów

w jądrze
 wartość liczbowa spinu w stanie
podstawowym jadra jest wielokrotnością
liczby ½
 gdy liczba protonów i neutronów jest
parzysta, całkowity spin jądra wynosi 0
 gdy na spiny jądrowe umieszczone w
stałym polu magnetycznym podziałamy
zmiennym polem magnetycznym, o
częstotliwości Larmora, to nastąpi zjawisko
rezonansu

Ma miejsce, gdy na spiny jądrowe
umieszczone w stałym polu
magnetycznym podziałamy zmiennym
polem magnetycznym, którego
częstotliwość będzie równa

częstości

częstości

precesji Larmora,

precesji Larmora, a w jego efekcie
następuje:

•pochłanianie energii pola
magnetycznego przez wirujące spiny
jądrowe

• jądra posiadające spin różny od
zera przyjmują określoną orientację
przestrzenną względem linii sił
pola(ich liczbę określa magnetyczna
liczba kwantowa)

• następuje synchronizacja ruchów
precesyjnych jąder(działa jak
koherentne źródło promieniowania)

Jądra o spinie
równym ½
przyjmują
orientację
antyrównoległą α i
równoległą β do
kierunku pola.
Odpowiadają im
poziomy
energetyczne E

1

i

E

2.

E

1

=(+1/2)hγB

0

/ 2π

E

1

=(-1/2)hγB

0

/ 2π

∆E = hγ

0

= hγB

0



zmiana wartości spinu jądrowego między

dwoma skwantowanymi poziomami
energetycznymi
 energia

∆E

jest pochłaniana lub emitowana

w postaci fali elektromagnetycznej
 częstotliwość fali wynosi

ν

0

= (1/2π) γB

0

warunek rezonansu

warunek rezonansu