В экспериментах по ЯМР в конце 40-х годов нашего столетия основное внимание было сосредоточено на возможно более точном измерении положения линии. Это было очень важно, поскольку для многих ядер магнитные моменты были лишь предварительно оценены из оптической спектроскопии. Нако- 584 Гл. 5- Диэлектрические и магнитные свойства твердых тел нец, с помощью ЯМР удалось найти точные значения gN для этих ядер, получив информацию, которая представляла большой интерес для ядерной физики. Эта стадия исследований давно завершилась. Величины gN известны с достаточной точностью фактически для всех стабильных изотопов, а также для многих радиоактивных изотопов. Таким образом, специалисты в области физики твердого тела, которые применяют ЯМР для исследований электрического и магнитного полей в твердом теле, могут опираться на надежные значения gN, имеющиеся в литературе. Как впервые было отмечено Найтом46, условие резонанса (v/B) для данного ядра может зависеть от химического окружения. Основное внимание Найт уделил достаточно большому сдвигу Найта в резонансных условиях в металлах, что будет обсуждаться позднее, однако он также сообщил и о небольшом подобном эффекте в неметаллах. Химический сдвиг величины (v/B) для ядра возникает из-за различия химических связей в разных неметаллических твердых телах и является результатом малого вклада электронов атомных и молекулярных орби- талей в локальное магнитное поле. Химический сдвиг обычно представляется как относительное смещение (АВ/В) от предполагаемого «истинного» резонансного поля ядра при данной радиочастоте. Установлено, что для молекул, растворенных в жидких растворителях, величина (АВ/В) иногда достигает К)-3. Химический сдвиг меньшей величины иллюстрируется триплетом резонанса на рис. 5.37. Здесь приводится один из первых результатов исследований по химическим сдвигам — три пика ЯМР для протонов, соответствующие трем неэквивалентным по химической связи положениям атома водорода в этиловом спирте. Химия и молекулярная биофизика извлекли немалую пользу из исследований с помощью ЯМР-спектроскопии высокого разрешения в таких направлениях, как структурная органическая химия47 и положения водородных связей в биологических макромолекулах. Однако ЯМР-спектроскопия высокого разрешения возможна лишь тогда, когда резонансные линии оказываются узкими по сравнению с расстояниями между ними. Как это ни удивительно, но линии ЯМР оказываются узкими в газах и жидкостях, а в твердых телах они широкие. Причина состоит в том, что условия резонанса для ядер в жесткой решетке уширяются вследствие диполь-дипольного взаимодействия с сосе- 45 Knight W. D.— Phys. Rev., 76, 1259 (1949). 47 Химическим аспектам ЯМР посвящена обширная литература, в том числе и монография: Paudler W. W. Nuclear Magnetic Resonance, Allyn and Bacon, 1971. 5.3. Магнитный резонанс 585 м -«— Магнитное тле Рис. 5.37. Запись спектра ЯМР для протонов в этиловом спирте [Arnold J. Т., Dharmetti S. S., Packard M. £.— J. Chem. Phys., 19, 507 (1951). Эксперимент проводился при 5=0,76 Тл на частоте v = 32,4 МГц. Три линии принадлежат соответственно протонам СНз-, СНг- и ОН-групп; расстояние между двумя внешними линиями спектра описывается отношением АВ/В = = 5-Ю-6. дями. Напротив, быстрое движение и вращение молекул в жидкостях сглаживают локальные поля, создаваемые соседними диполями, что приводит к очень узким линиям! Таким образом, вещества, которые представляют интерес для химии и биологии и существуют в жидком состоянии, являются хорошими объектами для ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. К сожалению, в области физики твердого тела необходимо применять разные ухищрения, поскольку приходится иметь дело с широкими резонансными линиями.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ЯМР-спектроскопия высокого разрешения» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
