ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

СПИНОВОГО ЭХА МЕТОД


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


СПИНОВОГО ЭХА МЕТОД, радиоспектроскопич. метод исследования в-ва, основанный на возникновении сигналов ЯМР, ЯКР или ЭПР (спинового эха) через нек-рое время после подачи на образец последовательности импульсов радиочастотного электромагн. поля.

Возникновение спинового эха ЯМР или ЭПР можно объяснить с помощью след. модели. Если образец находится в постоянном магн. поле напряженности H0, направленном вдоль оси z, то на единичные магн. дипольные моменты исследуемого в-ва действует вращающий момент, при этом вектор М намагниченности (т.е. магн. момента единицы объема образца), вращается, или прецессирует, вокруг оси z с резонансной частотой w0 = gH0, где g-гиромагнитное отношение для электрона (ЭПР) или ядра (ЯМР). Вектор М состоит из суммы отдельных спиновых компонент, т. наз. изохромат, каждая из к-рых представляет собой совокупность спиновых моментов i, вращающихся с одинаковой частотой w0i = gH0i, где Н0i- напряженность магн. поля в данной точке образца. Допустим, что вектор М направлен вдоль оси z (рис. 1) и система координат x, у, z вращается вокруг оси z с частотой w0. Если в момент времени t = 0 приложить вдоль оси х короткий импульс переменного электромагн. поля Н1 такой же (резонансной) частоты w0, вектор М начнет прецессировать вокруг оси х с угловой скоростью w1 = gН1 и за время tи действия импульса поля H1 он отклонится от оси z на угол (в радианах) q = gH1tи.

4080-6.jpg

Рис. 1. Схема движения вектора намагниченности во вращающейся системе координат х, у, z при действии постоянного неоднородного поля H0 и импульсов переменного поля Н1.


Импульс поля H1, действие к-рого приводит к отклонению М на углы q = p/2 и p, называют соотв. 90 °-импульсом и 180 °-импульсом. В момент окончания действия 90°-им-пульса вектор М совпадает с направлением у (рис. 2, а). Вследствие всегда имеющейся неоднородности магн. поля H0 отдельные спиновые изохроматы будут прецессировать вокруг оси z с индивидуальными частотами w0i = w0 b Dw0 (рис. 1). Поэтому после окончания действия импульса Н1 вектор М постепенно рассыпается в "веер" составляющих его векторов спиновых изохромат (рис. 2, б). Этот "веер" можно вновь "собрать" в один вектор, если спустя время т после окончания действия 90°x-импульса включить 180°-импульс вдоль оси х, к-рый повернет "веер" векторов спиновых изохромат вокруг этой оси на 180°x (рис. 2, в; на рис. 1 эти векторы обозначены пунктиром). Направление векторов спиновых изохромат и направление их вращения поменяется на обратное. По этой причине через интервал времени т после окончания действия 180°x-импульса отдельные спиновые изохроматы вновь соберутся вместе (т.к. вектор, прецессирующий с частотой w0 + Dw0 "догонит" вектор с частотой w0Dw0), но уже вдоль оси — у (рис. 2,д). Далее получившийся вектор М, направленный по оси —y, под действием неоднородного поля Н0 опять начнет рассыпаться в "веер" спиновых изохромат (рис. 2,е).

4080-7.jpg

Рис. 2. Схема формирования сигналов свободной индукции и спинового эха в неоднородном поле H0 при воздействии 90°x- и 180°x-импульсов: а-поворот вектора М в плоскость ху 90°-импульсом; б-рассыпание в "веер" спиновых изохромат; в-поворот "веера" векторов вокруг оси х 180°x -импульсом; г-собирание спиновых изохромат; д- появление максимума сигнала спинового эха; е-исчезновение сигнала спинового эха.

Детектирующее устройство в С. э. м. регистрирует эле-ктрич. сигнал индукции, наведенный в приемной катушке, причем амплитуда А этого сигнала пропорциональна проекции вектора М на ось у. Поэтому при использовании описанной выше последовательности импульсов (90°x-т-180°) сразу после 90°x-импульса регистрируются затухающий сигнал т. наз. своб. индукции (рассыпание спиновых изохромат), а в момент 2т (т. к. т4080-8.jpgtи)- сигнал спинового эха (собирание спиновых изохромат; рис. 2).

Наиб. часто С. э. м. используют для измерения времен спин-решеточной (продольной) релаксации T1 или спин-.спиновой (поперечной) релаксации Т2, обратные величины к-рых характеризуют скорость релаксации или восстановления нарушенного к.-л. образом теплового равновесия соотв. между системой ядерных или электронных спинов и решеткой либо внутри системы спинов.

Для измерения времени Т2, характеризующего исчезновение намагниченности в плоскости ху, обусловленное неод-нородностью поля H0 и спин-спиновой релаксацией, используют последовательность импульсов 90°-т-180°. Эту последовательность периодически повторяют, каждый раз увеличивая интервал т. Время Т2 определяют по амплитуде сигналов спинового эха: А(т)0ехр(2т/T2).

Для измерения времени T1, характеризующего восстановление намагниченности вдоль оси z после действия 180°-им-пульса, используют повторяющуюся последовательность импульсов 180°-т-90°-т'-180°, каждый раз увеличивая интервал т (постоянный интервал т'4080-9.jpgт). Время T1 определяют по амплитуде сигналов спиновых эхо: А(т) = A0[1 — -2ехр(-2т/Т1)].

Времена T1 и Т2, измеренные с помощью С. э. м. при разл. условиях эксперимента, содержат информацию о динамике молекул и атомов в твердых телах, жидкостях и газах. Они позволяют изучать процессы образования комплексов, кинетику хим. реакций, внутри- и межмол. взаимодействия, распределение электронов в металлах и сплавах, электрон-ядерные взаимодействия, строение и св-ва молекул.

С. э. м. позволяет измерять коэф. диффузии в жидкостях и нек-рых твердых телах, без внесения в исследуемое в-во меченых молекул или атомов. В этом случае получают огибающую сигналов спиновых эхо, как в методе измерения Т2, но при постоянном или импульсном градиенте магн. поля, направленного вдоль оси z.

С. э. м. применяют также для измерения констант спин-спинового и сверхтонкого взаимодействий, хим. сдвигов, магн. и квадрупольных уширений линий в спектрах ЯМР и ЭПР и др. радиоспектроскопич. параметров. При этом используют разнообразные последовательности и комбинации импульсов поля Н1.

Принципы получения сигналов в С. э. м. использованы в импульсной фурье-спектроскопии ЯМР, в двойном резонансе и др. методах радиоспектроскопии (в т. ч. в методах, применяемых в мед. диагностике).


===
Исп. литература для статьи «СПИНОВОГО ЭХА МЕТОД»:
Гречишкин B.C., Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах, М., 1973; Салихов К. М., Семенов А.Г., Цветков Ю.Д., Электронное спиновое эхо и его применение, Новосиб., 1976; Вашман А. А., Пронин И.С., Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия, М., 1986.

А. А. Вашман.

Страница «СПИНОВОГО ЭХА МЕТОД» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков