Ядролық магниттік резонанс. Жиі қойылатын сұрақтар: Ядролық магниттік резонанс

Барлық элементар бөлшектер, яғни біз жасағанның бәрі кішкентай магниттер - бұл протон, нейтрон және электрон. Сонымен, протондар мен нейтрондардан тұратын ядролардың магниттік моменті де болуы мүмкін.

1. Ядроның магниттік моментінің сипаттамасы

Магниттік моменттің табиғаты кванттық. Бірақ егер сіз оны неғұрлым түсінікті классикалық өрнекпен суреттеуге тырыссаңыз, ядроның мінез-құлқы кішкентай айналмалы магниттің әрекетіне ұқсас. Осылайша, егер бізде сыртқы магнит өрісі болмаса, онда мұндай магнитті кез келген бағытта бағдарлауға болады. Сыртқы магнит өрісін қолданған кезде кез келген магнит сияқты магниттік моменті бар ядро ​​да осы магнит өрісін сезіне бастайды және оның спинінің саны ½ болса, онда оның басым бағытының екі бағыты пайда болады: бағытта және магнит өрісінің бағытына қарсы. Бұл екі күй бір-бірінен энергиясы бойынша ерекшеленеді, ал ядро, мысалы, протон, бір күйден екінші күйге ауыса алады. Сыртқы магнит өрісіне қатысты оның бағдарының мұндай өзгеруі энергия квантының жұтылуымен немесе босатылуымен бірге жүреді.

Бұл энергия өте аз. Энергияның кванты радиожиілік сәулелену өрісінде жатыр. Дәл осы энергияның аздығы ядролық магниттік резонанс әдісінің жағымсыз қасиеттерінің бірі болып табылады, өйткені ол төменгі және жоғарғы деңгейлердегі популяциялардың жақындығын анықтайды. Бірақ соған қарамастан, егер біз осындай ядролардың ансамблін, яғни біз магнит өрісіне орналастырған затты қарасақ, жоғары және төмен бағытталған магниттік моменттердің жеткілікті үлкен саны пайда болады және олардың арасында ауысулар орын алады. Осылайша, біз бұл ауысуды тіркей аламыз және олармен байланысты қасиеттерді өлшей аламыз.

2. Ядроның магниттік моментінің қасиеттері

Бір деңгейден екінші деңгейге өту кезіндегі энергия кванты тек зерттелетін ядроның магниттік қасиеттеріне және сыртқы магнит өрісінің шамасына тәуелді болғандықтан, магниттік прецессиялық жиілік немесе Лармор жиілігі деп аталатын фактор осылардың факторы болып табылады. екі компонент.

Алайда, шын мәнінде, белгілі бір ядроны қоршап тұрған магнит өрісі зерттелетін объектіні спектрометріміздің магнитіне қою арқылы оған қолданған магнит өрісіне тең емес. Сыртқы магнит өрісінен басқа, индукцияланатын жергілікті магнит өрістерін ескеру қажет, мысалы, ядролардың айналасындағы электрондардың қозғалысы, көрші ядролардың әрекеті, жергілікті магнит өрістерін индукциялауға қабілетті бірдей магниттер, және т.б. Сонымен, молекуланың басқа бөлігінде орналасқан әрбір ядрода осы ядроны қоршап тұрған мүлдем басқа тиімді магнит өрісі болады. Нәтижесінде біз бір ғана резонансты емес, олардың жиынтығын, яғни ядролық магниттік резонанстың спектрін тіркей аламыз.

Салыстырмалы резонанстық жиілік, әдетте, сыртқы магнит өрісінің шамасына қатысты миллионға бөліктерде көрсетіледі. Бұл параметр сыртқы магнит өрісінің мәніне тәуелсіз, бірақ зерттелетін молекуланың электрондық қасиеттерімен анықталатын тұрақты шама.

Сонымен, егер қандай да бір химиялық қосылыстарды қарастыратын болсақ: әртүрлі позицияларда, мысалы, протондар мүлдем басқа магнит өрісін сезінеді, онда осылайша, айталық, ароматты қалдықтың протондық сигналын, қандай да бір топтың протондық сигналын анықтауға болады. –CH3 және т.б. Және бұл ақпарат құрылымдық тұрғыдан алғанда өте маңызды.

3. Магниттік моментпен ядролардың әрекеттесуі

Магниттік моменттердің бір-бірімен әсерлесуіне байланысты біз шығарып алатын ақпараттың тағы бір қабаты бар. Бұл екі түрлі ядролардың бір-бірімен әрекеттесуіне қатысты ақпарат. Егер, мысалы, бір ядро ​​екінші ядромен химиялық байланыс түзуге қатысатын электрондар жүйесі арқылы әрекеттессе, онда бұл жанама, немесе спиндік әсерлесу деп аталады. Ядролардың спиндік өзара әрекеттесу мәндері молекуланың геометриясына, оның электрондық қасиеттеріне, мысалы, белгілі бір ядроларды қоршап тұрған электрондардың тығыздығына өте сезімтал. Осылайша, біз өзара әрекеттесу шамасынан қазірдің өзінде бірқатар өте маңызды құрылымдық параметрлерді ала аламыз.

Сонымен қатар, магниттік моменті бар екі ядро ​​бір-бірімен жай кеңістік арқылы әрекеттесе алады. Бұл «тікелей диполь-дипольдік өзара әрекеттесу» деп аталады және тағы да бұл өзара әрекеттесулер құрылымдық жағынан өте ақпаратты болып табылады. Мысалы, екі ядроның әрекеттесу векторы бізге ядролардың кеңістіктік жақындығы туралы, өзара әрекеттесетін жұп ядролардың сыртқы магнит өрісіне қатысты бағыты туралы ақпарат бере алады.

Осылайша, егер қосылыстың ядролық магниттік резонанс спектрін өлшейтін болсақ, оның құрылымы туралы өте толық ақпарат алуға болады. Егер, мысалы, біз ядроаралық қашықтықты өлшей алатын болсақ - және бұл ядролардың диполь-дипольдік әрекеттесуімен байланысты қасиеттерді анықтау арқылы жасалуы мүмкін, өйткені оның мәні осы ядроаралық қашықтықпен анықталады - онда ЯМР шын мәнінде құрылымдық әдіске айналады. .

4. ЯМР әдісінің ашылу тарихы

ЯМР спектроскопиясы молекулалардың қасиеттерін зерттеу әдісі ретінде ХХ ғасырдың 40-жылдарының ортасында пайда болды және өте қысқа мерзімде - 1950-жылдардың ортасында органикалық қосылыстарды зерттеудің негізгі әдістерінің біріне айналды.

Бірақ сұйықтардағы ЯМР-ның нағыз пионерлері 1945-1946 жылдары ашқан жаңалығы үшін 1950 жылдары Нобель сыйлығын алған американдық ғалымдар Блок пен Пурселл. Айта кету керек, біздің жерлесіміз Евгений Константинович Завойский 1944 жылы электронның магниттік резонансын анықтау туралы еңбегін жариялады. Электронның, жоғарыда айтылғандай, магниттік моменті де бар және бұл магниттік моменттің шамасы ядролардың магниттік моментінен де үлкен. Ядролық магниттік резонанс әдісі мен электрондық парамагниттік резонанс әдісінің физикалық принциптері өте ұқсас.

Бірақ, өкінішке орай, қандай да бір себептермен - саяси сипаттағы себептермен - Евгений Константинович Завойскийдің жұмысы Нобель сыйлығына ие болмады, дегенмен, әрине, ол феноменді ашқаны үшін сыйлық алған адамдардың қатарында болуы керек еді. магниттік резонанс.

Біраз бұрын Исаак Раби XX ғасырдың 1930 жылдарындағы жұмысы үшін газ сәулелеріндегі ядролардың магниттік қасиеттерін ашқаны үшін Нобель сыйлығын алды. Ал шын мәнінде бұл жұмыстар сұйықтар мен қатты денелерде ЯМР әдістерін құруға түрткі болды.

Нобель сыйлығы көбінесе ЯМР әдісіне қатысты ашылымдар үшін берілді. Мысалы, ЯМР спектроскопиясының негізгі әдістемесін жасаған Ричард Эрнстке берілген сыйлықты атап өтуге болмайды, мысалы, FT-IR ЯМР спектроскопиясы, екі өлшемді ЯМР спектроскопиясы әдістері; сондай-ақ ядролық магниттік резонанс арқылы ақуыз молекулаларының құрылымын зерттеу әдістемесін жасаған Ричард Эрнсттің швейцариялық әріптесі Курт Вютрих сияқты ғалым.

5. ЯМР әдісін тәжірибеде қолдану

ЯМР әдісі құрылғаннан кейін органикалық қосылыстарды зерттеу үшін белсенді түрде қолданыла бастады. Бірақ магниттік момент тек протонның, көміртегінің немесе оның С-13 изотопының және азоттың немесе оның N-15 изотопының бөлігі болып табылатын ядроларға ғана тән емес. Шын мәнінде, бүкіл периодтық жүйе белгілі бір дәрежеде магниттік моменттері бар ядролардың белгілі бір тұрақты изотоптарымен жабылған. Бұл әдіс ядролардың кез келген радиоактивті қасиеттеріне мүлдем қатысы жоқ – тек олардың магниттік қасиеттеріне. Периодтық жүйенің әрбір дерлік элементінде ядролық магниттік резонанс үшін қолайлы қасиеттері бар белгілі бір изотоптар бар.

Ал қарапайым органикалық қосылыстарға арналған ЯМР әдістерін меңгергеннен кейін көп ұзамай ол әртүрлі бейорганикалық қосылыстарды зерттеу үшін белсенді түрде қолданыла бастады. Қазіргі уақытта ядролық магниттік резонанс әдісі, көптеген бағалаулар бойынша, табиғаты әртүрлі қосылыстарды зерттеудің ең күшті физикалық әдісі болып табылады.

МАГНИТТЫҚ РЕЗОНАНС
тұрақты магнит өрісінде орналасқан белгілі бір атомдық бөлшектердің радиожиілік сәулеленуін резонанстық (таңдамалы) жұтуы. Көптеген элементар бөлшектер, мысалы, шыңдар, өз осінің айналасында айналады. Егер бөлшектің электр заряды болса, онда ол айналғанда магнит өрісі пайда болады, яғни. ол кішкентай магнит сияқты әрекет етеді. Бұл магнит сыртқы магнит өрісімен әрекеттескенде, осы элементар бөлшекті қамтитын ядролар, атомдар немесе молекулалар туралы ақпарат алуға мүмкіндік беретін құбылыстар пайда болады. Магниттік резонанстық әдіс биология, химия, геология және физика сияқты ғылымның әртүрлі салаларында қолданылатын әмбебап зерттеу құралы болып табылады. Магниттік резонанстардың екі негізгі түрі бар: электронды парамагниттік резонанс және ядролық магниттік резонанс.
Сондай-ақ қараңыз
МАГНИТТЕР ЖӘНЕ ЗАТТЫҢ МАГНИТТІК ҚАСИЕТТЕРІ;
БӨЛШЕКТЕР.
Электрондық парамагниттік резонанс (ЭПР).ЭПР 1944 жылы орыс физигі Е.К.Завойский ашқан. Заттардағы электрондар микроскопиялық магниттер сияқты әрекет етеді. Әртүрлі заттарда, егер зат тұрақты сыртқы магнит өрісіне орналастырылса және радиожиілік өрісінің әсеріне ұшыраса, олар әртүрлі жолмен қайта бағытталады. Электрондардың бастапқы бағытына оралуы электрондардың қасиеттері мен олардың қоршаған ортасы туралы ақпаратты тасымалдайтын радиожиілік сигналымен бірге жүреді. Спектроскопияның бір түрі болып табылатын бұл әдіс элементтердің кристалдық құрылымын, тірі жасушалардың химиясын, заттардағы химиялық байланыстарды және т.б.
да қараңызСПЕКТРУМ; СПЕКТРОСКОПИЯ.
Ядролық магниттік резонанс (ЯМР).ЯМР 1946 жылы американдық физиктер Э.Пурселл мен Ф.Блохпен ашылды. Бір-бірінен тәуелсіз жұмыс істей отырып, олар сутегі және көміртегі изотоптарының бірі сияқты кейбір атомдардың ядроларының меншікті айналуларының магнит өрістерінде резонанстық «баптау» әдісін тапты. Мұндай ядролары бар үлгі күшті магнит өрісіне орналастырылған кезде, олардың ядролық моменттері тұрақты магниттің жанында темір үгінділері сияқты «тізіледі». Бұл жалпы бағдарды РЖ сигналы бұзуы мүмкін. Сигнал өшірілгенде, ядролық моменттер бастапқы күйіне оралады және мұндай қалпына келтіру жылдамдығы олардың энергетикалық күйіне, қоршаған ядролардың түріне және басқа да бірқатар факторларға байланысты. Өту радиожиілік сигналының шығарылуымен бірге жүреді. Сигнал оны өңдейтін компьютерге жіберіледі. Осылайша (компьютерлік ЯМР томография әдісі) кескіндерді алуға болады. (Сыртқы магнит өрісін кішігірім қадамдармен өзгерткенде, үш өлшемді кескіннің әсеріне қол жеткізіледі.) ЯМР әдісі суреттегі әртүрлі жұмсақ тіндердің жоғары контрастын қамтамасыз етеді, бұл фонда ауру жасушаларды анықтау үшін өте маңызды. сау адамдардан. ЯМР-томография рентгенге қарағанда қауіпсіз болып саналады, өйткені ол тіндердің бұзылуын немесе тітіркенуін тудырмайды.
(сонымен қатар Рентген сәулеленуін қараңыз). ЯМР сонымен қатар тірі жасушалардың өмірлік белсенділігін бұзбай зерттеуге мүмкіндік береді. Сондықтан клиникалық медицинада ЯМР қолдану кеңейеді деп күту керек. Сондай-ақ, ОПЕРАЦИЯ бөлімін қараңыз.

Collier энциклопедиясы. - Ашық қоғам. 2000 .

Басқа сөздіктерде «МАГНИТТЫҚ РЕЗОНАНС» деген не екенін қараңыз:

таңдау. затпен сіңіру. магн. магниттік бағдарының өзгеруіне байланысты белгілі w жиіліктегі толқындар. зат бөлшектерінің моменттері (электрондар, ат. ядролар). Энергия магниті бар бөлшектердің деңгейлері моменті m, ішкі. магн. өріс H…… Физикалық энциклопедия

таңдау. vom el-де сіңіру. магн. толқындар анықталады. магниттік бағыттың өзгеруіне байланысты w жиілігі. моменттері h c in va (el new, at. nuclei). Энергия магниті бар h tsy деңгейлері. моменті m, ішкі. магн. H өрісі магнитке бөлінеді. ...... Физикалық энциклопедия

магниттік резонанс- — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Электротехника және энергетиканың ағылшынша орысша сөздігі, Мәскеу, 1999] Электротехника тақырыптары, негізгі түсініктер EN магниттік резонанс ... Техникалық аудармашының анықтамалығы

Электрондардың немесе атом ядроларының магниттік моменттерінің бағытының өзгеруіне байланысты белгілі бір толқын ұзындығының электромагниттік толқындарының заттың таңдамалы жұтылуы. Магниттік моменті бар бөлшектің энергетикалық деңгейлері (Қараңыз ... ... Ұлы Совет энциклопедиясы

таңдау. электрондық поштаны қабылдау магн. сыртқы орналасқан PTO бар белгілі бір жиіліктегі сәулелену. магн. өріс. Магниттік арасындағы ауысуларға байланысты атомның, ядроның және басқа кванттық жүйелердің бірдей энергетикалық деңгейінің ішкі деңгейлері. Наиб. мұндай резонанстардың маңызды мысалдары ... ... Жаратылыстану. энциклопедиялық сөздік

магниттік резонанс- зат бөлшектерінің магниттік моменттерінің бағытының өзгеруіне байланысты белгілі бір жиіліктегі электромагниттік толқындардың заттың таңдамалы жұтылуы; Сондай-ақ қараңыз: Резонанстық ядролық магниттік резонанс (ЯМР) ... Металлургияның энциклопедиялық сөздігі

магниттік резонанс- magnetinis rezonansas statusas T sritis chemija apibrėžtis Tam tikro dažnio elektromagnetinių bangų atrankioji sugertis medžiagoje. atitikmenys: ағылшын. магниттік резонанс. магниттік резонанс... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

- (NMR), электрондық поштаның таңдамалы абсорбциясы. магн. ядролық парамагнетизмге байланысты құсудағы энергия. ЯМР – радиоспектроскопия әдістерінің бірі, ол зерттелетін үлгіге өзара перпендикуляр магнит өрістері әсер еткенде байқалады. өрістер: күшті тұрақты H0 ... Физикалық энциклопедия

Медициналық ЯМР томографындағы адам миының суреті Ядролық магниттік резонанс (ЯМР) резонансты жұтылуы немесе сыртқы магнит өрісінде спині нөлге тең емес ядролары бар заттың электромагниттік энергияның шығарылуы, ν ... ... Wikipedia

- (NAM), акустикалық энергияның таңдамалы жұтылуы. дірілдер (фонондар), магниттің қайта бағдарлануына байланысты. сәттер. теледидардағы ядролар. денесі тұрақты магнитке орналастырылған. өріс. Көптеген ядролар үшін ультрадыбыстық аймақта резонанстық жұтылу байқалады ... ... Физикалық энциклопедия

Кітаптар

• Химия мен медицинадағы магниттік резонанс, Р.Фриман. ЯМР спектроскопиясы саласындағы белгілі ғалым Р.Фриманның монографиясы химия мен медицинадағы (биология) магниттік резонанстың негізгі принциптерін қарастырудың көрнекілігін жоғары...

NMR немесе ағылшын тілінде NMR бейнелеуі «ядролық магниттік резонанс» тіркесінің аббревиатурасы болып табылады. Зерттеудің бұл әдісі өткен ғасырдың 80-жылдары медициналық тәжірибеге енді. Ол рентгендік томографиядан ерекшеленеді. ЯМР-да қолданылатын сәулелену толқын ұзындығы 1-ден 300 м-ге дейінгі радиотолқын диапазонын қамтиды.КТ-ға ұқсас, ядролық магниттік томография ішкі органдар құрылымының қабаттық кескінін өңдеумен компьютерлік сканерлеуді автоматты басқаруды пайдаланады.

МРТ мәні неде

Сканерленген нүктелерден ақпаратты өңдеу кезінде барлық мүшелер мен жүйелердің кескіндері әртүрлі жазықтықта алынады, кесіндіде тіндер мен мүшелердің жоғары ажыратымдылықтағы үш өлшемді бейнесі қалыптасады. Магниттік – ядролық томографияның технологиясы өте күрделі, ол атомдардың электромагниттік толқындарды резонансты жұту принципіне негізделген. Адам күшті магнит өрісі бар аппаратқа орналастырылған. Ондағы молекулалар магнит өрісінің бағытына қарай бұрылады. Содан кейін электр толқыны сканерленеді, молекулалардың өзгеруі алдымен арнайы матрицаға жазылады, содан кейін компьютерге беріледі және барлық деректер өңделеді.

NMRI қолданбалары

ЯМР томографиясының қолдану аясы өте кең, сондықтан ол компьютерлік томографияға балама ретінде жиі қолданылады. МРТ көмегімен анықтауға болатын аурулардың тізімі өте көлемді.

• Ми.

Көбінесе мұндай зерттеу жарақаттарды, ісіктерді, деменцияны, эпилепсияны және мидың тамырларымен проблемаларды анықтау үшін миды сканерлеу үшін қолданылады.

• Жүрек-тамыр жүйесі.

Жүрек пен қан тамырларын диагностикалауда ЯМР ангиография және КТ сияқты әдістерді толықтырады.
МРТ кардиомиопатияны, жүректің туа біткен ақауларын, тамырлы өзгерістерді, миокард ишемияларын, жүрек пен қан тамырлары аймағындағы дистрофияны және ісіктерді анықтай алады.

• Тірек-қимыл жүйесі.

ЯМР томографиясы тірек-қимыл аппаратының проблемаларын диагностикалауда кеңінен қолданылады. Бұл диагностикалық әдіспен байламдар, сіңірлер және сүйек құрылымдары өте жақсы сараланады.

• Ішкі органдар.

Ядролық магнитті-резонанстық томографияны қолдану арқылы асқазан-ішек жолдары мен бауырды зерттеуде көкбауыр, бүйрек, бауыр, ұйқы безі туралы толық ақпарат алуға болады. Егер сіз контраст агентін қосымша енгізсеңіз, онда бұл органдардың және олардың тамыр жүйесінің функционалдық қабілетін бақылауға болады. Ал қосымша компьютерлік бағдарламалар ішектің, өңештің, өт жолдарының, бронхтардың кескіндерін жасауға мүмкіндік береді.

Ядролық магнитті резонансты бейнелеу және МРТ: айырмашылық бар ма?

Кейде сіз МРТ және МРТ атауларында шатастыруыңыз мүмкін. Осы екі процедураның арасында айырмашылық бар ма? Сіз міндетті түрде жоқ деп жауап бере аласыз.
Бастапқыда, магниттік-резонанстық томографияны ашу кезінде оның атауында уақыт өте келе жоғалып кеткен, тек MRI аббревиатурасы қалдырылған басқа «ядролық» сөзі болды.

Бірнеше зерттеу әдістері бар: ангиография, перфузиялық, диффузиялық, спектроскопия. Ядролық магниттік-резонанстық томография - ең жақсы зерттеу әдістерінің бірі, өйткені ол органдар мен тіндердің күйінің үш өлшемді бейнесін алуға мүмкіндік береді, яғни диагноз дәлірек орнатылады және дұрыс емдеу таңдалады. Адамның ішкі мүшелерін ЯМР зерттеуі нақты тіндер емес, дәл бейнелер болып табылады. Рентген сәулесі түсірілген кезде рентген сәулелері жұтылған кезде фотосезімтал пленкада өрнектер пайда болады.

ЯМР бейнелеудің негізгі артықшылықтары

ЯМР-томографияның басқа зерттеу әдістерінен артықшылығы көп қырлы және маңызды.

МРТ-ның кемшіліктері

Бірақ, әрине, бұл әдістің кемшіліктері де жоқ емес.

• Үлкен энергия тұтыну. Камераның жұмысы қалыпты асқын өткізгіштік үшін көп электр қуатын және қымбат технологияны қажет етеді. Бірақ қуаттылығы жоғары магниттер адам денсаулығына кері әсерін тигізбейді.
• Процесс ұзақтығы. Ядролық магнитті резонансты бейнелеу рентгенге қарағанда сезімталдығы төмен. Сондықтан трансиллюминацияға көбірек уақыт қажет. Сонымен қатар, тыныс алу қозғалысына байланысты кескіннің бұрмалануы мүмкін, бұл өкпе мен жүректі зерттеу кезінде деректерді бұрмалайды.
• Клаустрофобия сияқты ауру болған жағдайда бұл МРТ көмегімен зерттеуге қарсы көрсеткіш. Сондай-ақ, егер үлкен металл имплантанттар, кардиостимуляторлар, жасанды кардиостимуляторлар болса, МРТ томографиясы арқылы диагноз қою мүмкін емес. Жүктілік кезінде диагноз ерекше жағдайларда ғана жүзеге асырылады.

ЯМР көмегімен адам денесіндегі әрбір кішкентай затты зерттеуге болады. Кейбір жағдайларда ғана денедегі химиялық элементтердің концентрациясының таралуын қосу керек. Өлшеулерді неғұрлым сезімтал ету үшін сигналдардың жеткілікті үлкен санын жинақтап, жинақтау керек. Бұл жағдайда шындықты адекватты түрде жеткізетін жоғары сапалы айқын бейне алынады. Бұл адамның ЯМР суретке түсіру камерасында болу ұзақтығына да қатысты. Сізге ұзақ уақыт қозғалмай жатуға тура келеді.

Қорытындылай келе, ядролық магниттік-резонансты бейнелеу рентгендік сәулелердің әсерін толығымен болдырмауға мүмкіндік беретін жеткілікті қауіпсіз және мүлдем ауыртпалықсыз диагностикалық әдіс болып табылады деп айта аламыз. Компьютерлік бағдарламалар виртуалды кескіндерді қалыптастыру арқылы алынған сканерлеуді өңдеуге мүмкіндік береді. ЯМР шектеулері шынымен шексіз.

Қазірдің өзінде бұл диагностикалық әдіс оның қарқынды дамуына және медицинада кеңінен қолданылуына ынталандыру болып табылады. Әдіс адам денсаулығына зиянының аздығымен ерекшеленеді, бірақ сонымен бірге ол сау адамда да, бар ауруларда да органдардың құрылымын мұқият тексеруге мүмкіндік береді.

«Магниттік резонанс» термині тұрақты магнит өрісіне ұшыраған заттың электрондық немесе ядролық ішкі жүйесі айнымалы электромагниттік өрістің энергиясын таңдамалы (резонанстық) жұтуын білдіреді. Абсорбция механизмі магнит өрісі болған кезде пайда болатын дискретті энергия деңгейлері арасындағы осы ішкі жүйелердегі кванттық ауысулармен байланысты.

Магниттік резонанс әдетте бес түрге бөлінеді: 1) циклотрондық резонанс (CR); 2) электрондық парамагниттік резонанс (ЭПР); 3) ядролық магниттік резонанс (ЯМР); 4) электрондық ферромагниттік резонанс; 5) электрондық антиферромагниттік резонанс.

Циклотронды резонанс. CR кезінде Ландау энергетикалық деңгейлері арасындағы электрондардың кванттық ауысуларына байланысты жартылай өткізгіштер мен металдардағы тұрақты магнит өрісіндегі электромагниттік өріс энергиясының таңдамалы жұтылуы байқалады. Сыртқы магнит өрісіндегі өткізгіш электрондардың квази-үздіксіз энергетикалық спектрі осындай тең қашықтықтағы деңгейлерге бөлінеді.

КР физикалық механизмінің мәнін классикалық теория шеңберінде де түсінуге болады. Еркін электрон тұрақты магнит өрісінде (ось бойымен бағытталған) циклотрон жиілігі бар магниттік индукция сызықтарының айналасында спиральды траектория бойынша қозғалады.

мұндағы және сәйкесінше зарядтың шамасы және электронның тиімді массасы. Енді радиожиілік өрісін жиілікпен және перпендикуляр вектормен (мысалы, ось бойымен) қосамыз. Егер электрон өзінің спиральдық қозғалысы үшін дұрыс фазада болса, оның айналу жиілігі сыртқы өрістің жиілігіне сәйкес келетіндіктен, ол үдей түседі және спираль кеңейеді. Электронның үдеуі оның радиожиілік өрісінен берілуіне байланысты пайда болатын энергиясының жоғарылауын білдіреді. Осылайша, резонанстық абсорбция келесі жағдайларда мүмкін болады:

энергиясы жұтылатын сыртқы электромагниттік өрістің жиілігі электрондардың циклотрон жиілігімен сәйкес келуі керек;

электромагниттік толқынның электр өрісінің кернеулігінің векторында тұрақты магнит өрісінің бағытына қалыпты құраушы болуы керек ;

кристалдағы электрондардың орташа еркін жолы циклотрондық тербеліс периодыдан асуы керек.

Жартылай өткізгіштердегі тасымалдаушылардың тиімді массасын анықтау үшін CR әдісі қолданылады. CR сызығының жарты енінен тән шашырау уақытын анықтауға болады және сол арқылы тасымалдаушының қозғалғыштығын анықтауға болады. Сызықтың ауданы үлгідегі заряд тасымалдаушылардың концентрациясын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Электрондық парамагниттік резонанс. ЭПР құбылысы электромагниттік өрістің магниттік векторына қалыпты тұрақты магнит өрісінде орналасқан парамагниттік үлгілердегі электромагниттік өріс энергиясының резонанстық жұтылуынан тұрады. Құбылыстың физикалық мәні келесідей.

Жұпталмаған электрондары бар атомның магниттік моменті (5.35) өрнекпен анықталады. Магниттік өрісте магниттік моменттің магнит өрісімен әрекеттесуіне байланысты атомның энергетикалық деңгейлері энергиямен ішкі деңгейлерге бөлінеді.

мұндағы атомның магниттік кванттық саны және мәнін қабылдайды

(5.52)-ден ішкі деңгейлердің саны , ал ішкі деңгейлер арасындағы қашықтық екенін көруге болады.

Сыртқы электромагниттік өрістің әсерінен атомдардың төменгі деңгейден жоғары деңгейге ауысуы мүмкін. Кванттық механикалық іріктеу ережелеріне сәйкес, рұқсат етілген ауысулар магниттік кванттық саны бір өзгеретін, яғни, . Сондықтан мұндай өрістің энергетикалық кванты ішкі деңгейлер арасындағы қашықтыққа тең болуы керек

Қатынас (5.55) EPR шарты болып табылады. Бірдей ықтималдығы бар резонансты жиіліктің айнымалы магнит өрісі төменгі магниттік ішкі деңгейлерден жоғарғы деңгейлерге (жұтылу) және керісінше (сәулелену) ауысуды тудырады. Термодинамикалық тепе-теңдік жағдайында популяциялар мен көршілес екі деңгей арасындағы байланыс Больцман заңымен анықталады.

(5.56)-дан энергиясы төмен күйлердің популяциясы көбірек болатынын көруге болады (). Демек, осы жағдайларда электромагниттік өріс кванттарын жұтатын атомдар саны сәуле шығаратын атомдар санынан басым болады; нәтижесінде жүйе электромагниттік өрістің энергиясын жұтады, бұл ұлғаюына әкеледі. Бірақ тормен өзара әрекеттесуіне байланысты жылу түрінде жұтылатын энергия торға беріледі және әдетте соншалықты тез, пайдаланылған жиіліктерде қатынас оның тепе-теңдік мәнінен өте аз ерекшеленеді (5,56).

EPR жиіліктерін (5.55) анықтауға болады. Мәнді және санауды (таза айналдыру моментін) ауыстыра отырып, біз резонанстық жиілікті аламыз

(5.57)-ден 1 Т-ге дейінгі өрістерде резонанстық жиіліктер Гц диапазонында, яғни радиожиілік пен микротолқынды аймақтарда жатқанын көруге болады.

Резонанстық шарт (5.55) магниттік моменттері бар оқшауланған атомдарға қатысты. Дегенмен, ол магниттік моменттердің өзара әрекеттесу елеусіз аз болса, атомдар жүйесі үшін жарамды болып қалады. Мұндай жүйе магниттік атомдар бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасқан парамагниттік кристалл болып табылады.

EPR құбылысы 1923 жылы болжанған. Я.Г.Дорфман және эксперименталды түрде 1944 жылы ашылған. Е.К.Завойский. Қазіргі уақытта EPR қатты денелерді зерттеудің ең күшті әдістерінің бірі ретінде қолданылады. ЭПР спектрлерін интерпретациялау негізінде қатты денелердегі және электрондық құрылымдағы ақаулар, қоспалар, химиялық реакциялардың механизмдері және т.б. ЭПР құбылысы негізінде парамагнитті күшейткіштер мен генераторлар құрастырылған.

Ядролық магниттік резонанс. Ауыр элементар бөлшектер протондар мен нейтрондар (нуклондар) болып табылады, демек, олардан құрылған атомдық ядролардың ядролық магнетизмнің көзі ретінде қызмет ететін өзіндік магниттік моменттері болады. Мұнда электронға ұқсас элементар магниттік моменттің рөлін Бор ядролық магнетоны атқарады.

Атом ядросының магниттік моменті бар

мұндағы ядро ​​факторы, жартылай бүтін және бүтін мәндерді қабылдайтын ядроның спиндік саны:

0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... . (5.60)

Ядролық магниттік моменттің оське проекциясы zеркін таңдалған координаталар жүйесінің қатынасы анықталады

Мұнда магниттік кванттық сан белгілі болған кезде мына мәндерді қабылдайды:

Сыртқы магнит өрісі болмаған жағдайда, күйлері әртүрлі күйлердің барлығы бірдей энергияға ие, сондықтан азғындалады. Сыртқы тұрақты магнит өрісінде орналасқан магниттік моменті нөлге тең емес атом ядросы кеңістіктік кванттауды бастан кешіреді, ал оның еселенген деградациялық деңгейі деңгейлері энергияға ие Зееман мультиплетіне бөлінеді.

Егер одан кейін ядроға энергия кванты деңгейлер арасындағы қашықтыққа тең (5.63) айнымалы өріс әсер етсе.

онда атом ядроларының энергияның резонанстық жұтылуы болады, ол ядролық парамагниттік резонанс немесе жай ғана деп аталады. ядролық магниттік резонанс.

Бұл әлдеқайда аз болғандықтан, ЯМР резонанстық жиілігі EPR жиілігінен айтарлықтай төмен. Сонымен, радиожиілік аймағында 1 Т дәрежелі өрістердегі ЯМР байқалады.

ЯМР ядроларды, атомдарды және молекулаларды зерттеу әдісі ретінде физикада, химияда, биологияда, медицинада, технологияда, атап айтқанда, магнит өрісінің күшін өлшеуде әртүрлі қолданбалар алды.

ЯМР спектроскопиясының дәстүрлі әдісінің көптеген кемшіліктері бар. Біріншіден, әрбір спектрді құру үшін көп уақыт қажет. Екіншіден, бұл сыртқы кедергілердің болмауы туралы өте талғампаз және, әдетте, алынған спектрлерде айтарлықтай шу бар. Үшіншіден, ол жоғары жиілікті спектрометрлерді құруға жарамсыз. Сондықтан қазіргі ЯМР аспаптарында қабылданған сигналдың Фурье түрлендіруіне негізделген импульстік спектроскопия деп аталатын әдіс қолданылады.

Қазіргі уақытта барлық ЯМР спектрометрлері тұрақты магнит өрісі бар күшті асқын өткізгіш магниттер негізінде құрастырылған.

ЯМР интроскопиясының (немесе магнитті-резонанстық бейнелеудің) мәні ядролық магниттік-резонанстық сигналдың амплитудасын сандық талдаудың ерекше түрін жүзеге асыру болып табылады. ЯМР интроскопия әдістерінде магнит өрісі әдейі біртекті емес өріс арқылы жасалады. Сонда үлгінің әрбір нүктесіндегі ядролық магниттік резонанс жиілігі басқа бөліктердегі мәндерден ерекшеленетін өз мәніне ие болады деп күтуге негіз бар. ЯМР сигнал амплитудасының градациясының кейбір кодын көрсету арқылы (монитор экранындағы жарықтық немесе түс) объектінің ішкі құрылымының бөлімдерінің шартты кескінін (томограммасын) алуға болады.

Ферро- және антиферромагниттік резонанс. Ферромагниттік резонанстың физикалық мәні мынада: ферромагнитті қанығуға дейін магниттендіретін сыртқы магнит өрісінің әсерінен үлгінің жалпы магниттік моменті өріске байланысты Лармор жиілігімен осы өрістің айналасында прецесс жасай бастайды. Егер мұндай үлгіге перпендикуляр жоғары жиілікті электромагниттік өріс қолданылса және оның жиілігі өзгертілсе, онда -да өріс энергиясының резонанстық жұтылуы орын алады. Бұл жағдайда абсорбция парамагниттік резонансқа қарағанда бірнеше рет жоғары, өйткені магниттік қабылдағыштық, демек, магниттік қанығу моменті оларда парамагнетиктерге қарағанда әлдеқайда жоғары.

Темірдегі резонанс құбылыстарының ерекшеліктері - және антиферромагнетиктер, ең алдымен, мұндай заттарда қарапайым парамагниттік денелердің оқшауланған атомдарымен немесе салыстырмалы түрде әлсіз әрекеттесетін иондарымен емес, күшті әрекеттесетін электрондардың күрделі жүйесімен айналысатындығымен анықталады. Алмасу (электростатикалық) әрекеттесу нәтижесінде үлкен магниттелу және онымен резонанс жағдайларын айтарлықтай өзгертетін үлкен ішкі магнит өрісі пайда болады (5.55).

Ферромагниттік резонанстың EPR-дан айырмашылығы, бұл жағдайда энергияны сіңіру бірнеше рет күштірек және резонанс жағдайы (айнымалы өрістің резонанстық жиілігі мен тұрақты магнит өрісінің шамасы арасындағы байланыс) үлгілердің пішініне айтарлықтай тәуелді болады. .

Көптеген микротолқынды құрылғылар ферромагниттік резонанс құбылысына негізделген: резонанстық клапандар мен сүзгілер, парамагниттік күшейткіштер, қуатты шектегіштер және кешіктіру желілері.

Антиферромагниттік резонанс (электронды магниттік резонансжылы антиферромагнетиктер) - антиферромагнетиктің магниттік жүйесінің магниттік ішкі торларының магниттелу векторларының прецессиясының табиғи жиіліктеріне жақын жиіліктегі (10-1000 ГГц) электромагниттік өрістің әсеріне салыстырмалы үлкен селективті реакциясының құбылысы. жүйесі. Бұл құбылыс электромагниттік өріс энергиясының күшті жұтылуымен бірге жүреді.

Кванттық тұрғыдан алғанда, а антиферромагниттік резонансретінде қарастыруға болады резонанстық түрлендіру электромагниттік өріс фотондар магнонами толқындық векторы.

Байқау үшін а антиферромагниттік резонансрадиоспектрометрлер ЭПР зерттеу үшін қолданылатындарға ұқсас, бірақ жоғары (1000 ГГц-ке дейін) жиіліктерде және күшті (1 МГ-ге дейін) магнит өрістерінде өлшеуге мүмкіндік беретін радиоспектрометрлер қолданылады. Ең перспективалы болып магнит өрісі емес, жиілігі сканерленетін спектрометрлер табылады. Анықтаудың оптикалық әдістері а антиферромагниттік резонанс.

РЕСЕЙ ФЕДЕРАЦИЯСЫНЫҢ ДЕНСАУЛЫҚ САҚТАУ МИНИСТРЛІГІ

ЖАЛПЫ ФАРМАКОПЕЯ РӨКІЛДЕРІ

Ядролық GPM спектроскопиясы.1.2.1.1.0007.15
GF орнына магниттік резонансXII, 1 бөлім,
OFS 42-0046-07

Ядролық магниттік-резонанстық спектроскопия (ЯМР) – тұрақты магнит өрісінде орналасқан магниттік моменті нөлге тең емес үлгінің ядроларының радиожиілік электромагниттік сәулеленуін жұтуға негізделген әдіс. Б 0). Нөлдік емес магниттік моменттерде атомдық массасы тақ болатын элементтердің ядроларының изотоптары болады (1 H, 13 C, 15 N, 19 F, 31 P, т.б.).

Жалпы принциптер

Өз осінің айналасында айналатын ядроның өзіндік импульс моменті (бұрыштық импульс немесе спин) болады. П. Ядроның магниттік моменті μ спинге тура пропорционал: μ = γ ∙ П(γ – пропорционалдық коэффициенті немесе гиромагниттік қатынас). Бұрыштық және магниттік моменттері квантталған, яғни. 2-нің бірінде болуы мүмкін I+ 1 айналдыру күйі ( I – спин кванттық саны). Ядролардың магниттік моменттерінің әртүрлі күйлері, егер оларға сыртқы магнит өрісі әсер етпесе, бірдей энергияға ие болады. Ядролар сыртқы магнит өрісіне орналастырылған кезде Б 0 болса, ядролардың энергетикалық деградациясы жойылады және энергияның бір деңгейден екінші деңгейге өту мүмкіндігі пайда болады. Ядролардың әртүрлі энергетикалық деңгейлер арасында таралу процесі Больцманның таралу заңына сәйкес жүреді және макроскопиялық тепе-теңдік бойлық магниттелудің пайда болуына әкеледі. М z . Құруға кететін уақыт М z сыртқы магнит өрісін қосқаннан кейін AT 0 , уақыт деп аталады бойлықнемесе айналдыру—тор Демалыс (Тбір). Ядролардың тепе-теңдік таралуының бұзылуы радиожиілік магнит өрісінің әсерінен болады ( Б 1) перпендикуляр Б 0 , бұл энергияның жұтылуымен қатар жүретін энергия деңгейлері арасында қосымша ауысуларды тудырады (құбылыс ядролық магниттік резонанс). Жиілік ν 0, бұл кезде ядролардың энергияны жұтуы жүреді ( Ларморованемесе резонанстық жұтылу жиілігі), тұрақты өрістің мәніне байланысты өзгереді Б 0: ν 0 = γ Б 0 /2π. Резонанс моментінде жеке ядролық магниттік момент пен өріс арасында өзара әрекеттесу болады. AT 1 , ол векторды шығарады М z осі бойындағы тепе-теңдік күйінен z. Нәтижесінде пайда болады көлденең магниттелу М xy. Оның айналу жүйесіндегі алмасуға байланысты өзгеруі уақытпен сипатталады көлденеңнемесе айналдыру Демалыс (Т 2).

Бір типті ядролардың энергияны жұту қарқындылығының тұрақты шамадағы радиожиілік магнит өрісінің жиілігіне тәуелділігі AT 0 деп аталады бір өлшемді спектрядролық магниттік резонансосы түрдегі ядролар. ЯМР спектрін екі жолмен алуға болады: үлгіні әртүрлі жиіліктегі РЖ өрісімен үздіксіз сәулелендіру арқылы, соның нәтижесінде ЯМР спектрі тікелей жазылады (үздіксіз экспозициялық спектроскопия) немесе үлгіні қысқа РЖ импульсінің әсеріне ұшырату арқылы. ( импульстік спектроскопия). Импульстік ЯМР спектроскопиясында бастапқы спиндік күйге оралған кезде ядролар шығаратын уақыт бойынша ыдырау когерентті сәулеленуі ( бос индукциялық ыдырау сигналы) кейіннен уақыт шкаласын жиілікке түрлендіру ( Фурье түрлендіруі).

Молекулаларда атомдардың электрондары әсер ететін сыртқы магнит өрісінің шамасын азайтады Б 0 ядроның орналасқан жерінде, яғни. пайда болады диамагнитті экрандау:

Блок = Б 0 ∙ (1 – σ),

Б lok – алынған өрістің қарқындылығы;

σ – скринингтік константа.

Ядролардың сигналдарының резонанстық жиіліктерінің айырмашылығы олардың экрандаушы константаларының айырмашылығына тең деп аталады. химиялық ығысубелгісімен белгіленген сигналдар δ , миллиондағы бөліктермен (ppm) өлшенеді. Ядролардың магниттік моменттерінің химиялық байланыс электрондары арқылы әрекеттесуі ( спин-спиндік әрекеттесу) ЯМР сигналының бөлінуін тудырады ( көптік, м). Мультиплеттердегі компоненттер саны ядролық спинмен және өзара әрекеттесетін ядролардың санымен анықталады. Спиннің әрекеттесуінің өлшемі болып табылады спин-спиндік қосылыс тұрақтысы (Дж, герцпен өлшенген, Гц). δ мәндері, мжәне Джтұрақты магнит өрісінің шамасына тәуелді емес.

Спектрдегі ядролық ЯМР сигналының қарқындылығы оның энергетикалық деңгейлерінің популяциясымен анықталады. Табиғи изотоптары бар ядролардың ішінде ең қарқынды сигналдарды сутегі ядролары шығарады. ЯМР сигналдарының қарқындылығына бойлық-көлденең релаксация уақыты да әсер етеді (үлкен Т 1 сигнал қарқындылығының төмендеуіне әкеледі).

ЯМР сигналдарының ені (сигналдың жарты максимумындағы жиіліктер арасындағы айырмашылық) тәуелді Т 1 және Т 2. шағын уақыттар Т 1 және Т 2 кең және нашар түсіндірілетін спектр сигналдарын тудырады.

ЯМР әдісінің сезімталдығы (заттың максималды анықталатын концентрациясы) ядролық сигналдың қарқындылығына байланысты. 1 H ядролары үшін сезімталдық 10 -9 ÷ 10 -11 моль.

Әртүрлі спектрлік параметрлердің корреляциясын (мысалы, бір молекулалық жүйедегі әртүрлі ядролардың химиялық ығысулары) 2D немесе 3D форматында гомо- және гетеронуклеарлық әдістермен алуға болады.

құрылғы

Жоғары ажыратымдылықты ЯМР импульстік спектрометрі (ЯМР спектрометрі) мыналардан тұрады:

• тұрақты магнит өрісін жасау үшін магнит Б 0 ;
• РЖ импульсін беруге және үлгі шығаратын сәулеленуді анықтауға арналған үлгі ұстағышы бар температурамен басқарылатын сенсор;
• радиожиілік импульсін жасауға, бос индукциялық ыдырау сигналын жазуға, күшейтуге және цифрлық түрге түрлендіруге арналған электрондық құрылғы;
• электрондық схемаларды баптау және реттеу құрылғылары;
• деректерді жинау және өңдеу құрылғылары (компьютер);

және мыналарды қамтуы мүмкін:

ЯМР сұйық хроматографиясы немесе ағынды-инъекциялық талдау үшін ағындық ұяшық;

• импульстік магнит өрісінің градиентін құру жүйесі.

Күшті магнит өрісі сұйық гелиймен толтырылған Дьюар ыдысындағы асқын өткізгіштік катушка арқылы жасалады.

ЯМР спектрометрінің дұрыс жұмыс істеуін тексеру керек. Тексеру үшін тиісті сынақтар жүргізіледі, оның ішінде, әдетте, белгілі бір жағдайларда белгілі бір шыңдардың жарты биіктігінде спектрлік сызықтың енін өлшеу ( рұқсат), сигнал позициясының қайталану мүмкіндігі және сигнал-шу қатынасы (ЯМР спектріндегі белгілі бір сигналдың қарқындылығы мен талданатын заттың сигналдары жоқ спектр аймағындағы кездейсоқ тербелістердің арасындағы қатынас, С/Н) стандартты қоспалар үшін. Спектрометрлік бағдарламалық құралда анықтауға арналған алгоритмдер бар S/N. Барлық аспаптар өндірушілері осы параметрлер үшін техникалық сипаттамалар мен өлшеу протоколдарын ұсынады.

Ерітінділердегі үлгілердің ЯМР спектроскопиясы

Әдістеме

Сынақ үлгісі еріткіште ерітіледі, оған нормативтік құжатта көрсетілген сәйкес химиялық ауысымды калибрлеу стандарты қосылуы мүмкін. Зат ядросының салыстырмалы химиялық ығысуының мәні (δ in-in) келесі өрнекпен анықталады:

Құрылғының δ кірісі \u003d (ν кірісі - ν стандарты) / ν,

ν in-in – зат өзегінің резонанстық жиілігі, Гц;

ν эталон – эталон өзегінің резонанстық жиілігі, Гц;

Құрылғының ν – ЯМР спектрометрінің жұмыс жиілігі (берілген уақыт үшін сутегі ядролары үшін резонанс жағдайлары орындалатын жиілік) Б 0, МГц).

Органикалық еріткіштердегі ерітінділер үшін 1Н және 13С спектрлеріндегі химиялық ығысу тетраметилсилан сигналына қатысты өлшенеді, оның орны 0 ppm деп алынады. Химиялық ығысулар тетраметилсиландық сигналдан әлсіз өріс бағытында (солға қарай) есептеледі (дельта – химиялық ығысулар шкаласы). Су ерітінділері үшін 1H ЯМР спектрлерінде эталон ретінде натрий 2,2-диметил-2-силанепентан-5-сульфонат пайдаланылады, оның метил тобының протондарының химиялық ығысуы 0,015 ppm құрайды. 13 С сулы ерітінділердің спектрлері үшін диоксан эталон ретінде пайдаланылады, оның химиялық ығысуы 67,4 ppm құрайды.

19 F спектрлерін калибрлеу кезінде нөлдік химиялық ығысу бар негізгі стандарт ретінде үш фторсірке қышқылы немесе трихлорфторметан пайдаланылады; спектрлер 31 P - фосфор қышқылының немесе триметилфосфаттың 85% ерітіндісі; спектрлері 15 N – нитрометан немесе қаныққан аммиак ерітіндісі. 1 H және 13 C ЯМР-де, әдетте, сынақ үлгісіне тікелей қосылатын ішкі стандарт қолданылады. 15 N, 19 F және 31 P NMR жиі коаксиалды цилиндрлік түтікте немесе капиллярда бөлек ұсталатын сыртқы стандартты пайдаланады.

ЯМР спектрлерін сипаттау кезінде зат ерітілген еріткіш пен оның концентрациясын көрсету керек. Еріткіштер ретінде оңай қозғалатын сұйықтықтар қолданылады, оларда еріткіш сигналдарының қарқындылығын төмендету үшін сутегі атомдары дейтерий атомдарымен ауыстырылады. Дейтерленген еріткіш келесі критерийлер негізінде таңдалады:

• 1) зерттелетін қосылыстың ондағы ерігіштігі;
• 2) дейтерленген еріткіштің қалдық протондарының сигналдары мен зерттелетін қосылыс сигналдары арасында қабаттасу болмауы;
• 3) егер басқасы көрсетілмесе, еріткіш пен зерттелетін қосылыс арасында өзара әрекеттесу болмауы.

Еріткіш атомдары химиялық ығысу арқылы оңай анықталатын сигналдар береді және химиялық ығысу осін (екінші стандартты) калибрлеу үшін пайдалануға болады. Дейтерленген еріткіштердің қалдық протондық сигналдарының химиялық ығысулары келесі мәндерге ие (ppm): хлороформ, 7,26; бензол, 7,16; су - 4,7; метанол -3,35 және 4,78; диметил сульфоксиді - 2,50; ацетон - 2,05; судың сигналының және спирттердің гидроксил топтарының протондарының орны ортаның рН-ына және температураға байланысты.

Сандық талдау үшін ерітінділерде ерімеген бөлшектер болмауы керек. Кейбір талдаулар үшін сынақ пен анықтамалық қарқындылықтарды салыстыру үшін ішкі стандартты қосу қажет болуы мүмкін. Сәйкес стандартты үлгілер және олардың концентрациясы нормативтік құжаттамада көрсетілуі керек. Үлгіні пробиркаға салып, жапқаннан кейін үлгі ЯМР спектрометрінің магнитіне енгізіледі, сынақ параметрлері орнатылады (баптаулар, тіркеу, бос индукциялық ыдырау сигналын цифрлау). Нормативтік құжаттамада берілген сынақтың негізгі параметрлері компьютерде жазылады немесе сақталады.

Уақыт өте келе спектрдің ауытқуын болдырмау үшін, егер басқаша көрсетілмесе, дейтерленген еріткіштермен индукцияланған дейтерий сигналын пайдалану арқылы тұрақтандыру процедурасы (дейтерийді құлыптау) орындалады. Құрал ең оңтайлы резонанстық жағдайлар мен максималды қатынасты алу үшін реттеледі S/N(жылтырату).

Сынақ кезінде бос индукцияның ыдырауының жеке сигналдарын кейіннен жинақтаумен және шу деңгейін орташалаумен «импульс – мәліметтерді алу – үзіліс» циклдарының бірнеше реттілігін орындауға болады. Ядролық спиндер жүйесі магниттелуін қалпына келтіретін импульстік тізбектер арасындағы кідіріс уақыты ( D 1) сандық өлшемдер үшін бойлық релаксация уақытынан асуы керек Т 1: D 1 ≥ 5 Тбір . Спектрометрлік бағдарламалық құралда анықтауға арналған алгоритмдер бар Тбір . Мән болса Т 1 белгісіз, мәнді пайдалану ұсынылады D 1 = 25 сек.

Фурье түрлендіруін жүргізгеннен кейін жиілікті көрсетудегі сигналдар таңдалған стандартқа дейін калибрленеді және олардың салыстырмалы қарқындылығы интегралдау арқылы өлшенеді - резонанстық сигналдардың аудандарының қатынасын өлшеу. 13 С спектрлерінде тек бір типті сигналдар біріктірілген. Сигналдың интеграциясының дәлдігі қатынасқа байланысты сигнал – шу (S/N):

қайда u(I) – интеграцияның стандартты белгісіздігі.

Қанағаттанарлық қатынасқа жету үшін қажетті бос индукциялық ыдырау жинақтауларының саны С/ Н, нормативтік құжаттамада көрсетілуі керек.

Аналитикалық мақсатта бір өлшемдімен қатар импульстердің белгілі бір тізбегіне негізделген гомо- және гетернуклеарлы екі өлшемді корреляциялық спектрлер қолданылады (COSY, NOESY, ROESY, HSQC, HMBC, HETCOR, CIGAR, INADEQUATE және т.б.). Екі өлшемді спектрлерде ядролар арасындағы өзара әрекеттесу айқаспалы шыңдар деп аталатын сигналдар түрінде көрінеді. Айқас шыңдардың орналасуы өзара әрекеттесетін екі ядроның химиялық ығысуларының мәндерімен анықталады. Күрделі қоспалар мен сығындылардың құрамын анықтау үшін екі өлшемді спектрлерді қолданған дұрыс, өйткені екі өлшемді спектрлердегі сигнал суперпозициясының ықтималдығы (айқас шыңдар) бір өлшемді спектрлердегі сигнал суперпозициясының ықтималдығынан айтарлықтай төмен.

Гетеронуклелердің спектрлерін (13 С, 15 Н және т.б.) жылдам алу үшін гетеронуклеарлық әрекеттесу механизмдерін пайдалана отырып, 1 H ядроларындағы басқа ядролардың спектрлерін алуға мүмкіндік беретін әдістер (HSQC, HMBC) қолданылады.

Магниттік өріс градиентінің әсерінен молекулалардың трансляциялық орын ауыстыруы салдарынан ядролық спиндердің фазалық когеренттігінің жоғалуын тіркеуге негізделген DOSY әдістемесі қоспадағы жеке қосылыстардың спектрлерін (спектрлік бөліну) олардың физикалық бөлінуінсіз алуға мүмкіндік береді. және молекулалық объектілердің (молекулалар, макромолекулалар, молекулалық кешендер, супрамолекулалық жүйелер) өлшемдерін, агрегация дәрежесін және молекулалық салмақтарын анықтау.

Қолдану аймақтары

Ядролық магниттік-резонанстық спектрлердегі құрылымдық және аналитикалық ақпараттың әртүрлілігі сапалық және сандық талдау үшін ядролық магниттік-резонанс әдісін қолдануға мүмкіндік береді. Ядролық магниттік-резонансты спектроскопияны сандық талдауда қолдану магниттік белсенді ядролардың молярлық концентрациясының спектрдегі сәйкес жұтылу сигналының интегралды қарқындылығына тура пропорционалдылығына негізделген.

1. Белсенді затты анықтау. Белсенді затты сәйкестендіру сынақ үлгісінің спектрін стандартты үлгінің спектрімен немесе жарияланған эталондық спектрмен салыстыру арқылы жүзеге асырылады. Стандартты және сынақ үлгілерінің спектрлерін бірдей әдістер мен шарттарды қолдану арқылы алу керек. Салыстырылған спектрлердегі шыңдар орнында сәйкес келуі керек (мәндердің ауытқуы δ сынақ және стандартты үлгілер ± 0,1 ppm шегінде. ядролық магниттік резонанс үшін 1 Н және ± 0,5 ppm. ядролық магниттік резонанс үшін 13 С), интегралды қарқындылық пен еселік, мәндері спектрлерді сипаттау кезінде берілуі керек. Стандартты үлгі болмаған жағдайда фармакопеялық стандартты үлгіні қолдануға болады, оның сәйкестігі спектрлік деректерді тәуелсіз құрылымдық интерпретациялаумен және балама әдістермен расталады.

Стохиометриялық емес құрамдағы үлгілердің (мысалы, айнымалы құрамды табиғи полимерлер) түпнұсқалығын растау кезінде сынау шыңдары мен стандартты үлгілердің сигналдардың орналасуы мен интегралдық қарқындылығы бойынша ерекшеленуіне рұқсат етіледі. Салыстырылатын спектрлер ұқсас болуы керек, яғни. сынақ және стандартты үлгілердің фрагменттік құрамының сәйкестігін растайтын сигналдардың бірдей сипаттамалық аймақтарын қамтиды.

Заттардың (сығындылардың) қоспасының шынайылығын анықтау үшін бір өлшемді ЯМР спектрлерін δ мәндерін және жеке сигналдардың көптігін егжей-тегжейлі көрсетпей, объектінің «саусақ іздері» ретінде тұтастай пайдалануға болады. Түпнұсқалық үшін мәлімделген спектрлерді (спектр фрагменттерін) сипаттау кезінде екі өлшемді ЯМР спектроскопиясын пайдаланған жағдайда айқас шыңдардың мәндерін беру керек.

1. Бөтен заттарды/қалдық органикалық еріткіштерді анықтау. Қоспаларды/қалдық органикалық еріткіштерді сәйкестендіру сезімталдық пен цифрлық рұқсатқа қойылатын талаптарды күшейте отырып, белсенді затты анықтауға ұқсас жүргізіледі.
2. Белсенді затқа қатысты бөгде қоспалардың / қалдық органикалық еріткіштердің құрамын анықтау.ЯМР әдісі - белсенді зат пен қоспа қосылысының молярлық қатынасын анықтаудың тікелей абсолютті әдісі ( n/nқоспалар):

қайда С‘ және С‘ қоспа – белсенді зат пен қоспаның сигналдарының интегралдық қарқындылықтарының нормаланған мәндері.

Нормалау өлшенетін сигналды анықтайтын құрылымдық фрагменттегі ядролардың санына сәйкес жүзеге асырылады.

Қоспаның / қалдық органикалық еріткіштің белсенді затқа қатысты массалық үлесі ( X pr) мына формуламен анықталады:

М pr – қоспаның молекулалық салмағы;

Мбелсенді заттың молекулалық салмағы болып табылады;

С‘ pr – қоспа сигналының интегралдық қарқындылығының нормаланған мәні;

S'– белсенді зат сигналының интегралдық қарқындылығының нормаланған мәні.

1. Фармацевтикалық субстанциядағы заттың (белсенді зат, қоспа / қалдық еріткіш) құрамын сандық анықтау. Материяның абсолютті мазмұны фармацевтикалық субстанцияда сигналдары талданатын заттың сигналдарына жақын, олармен қабаттаспайтын зат ретінде таңдалатын ішкі стандартты әдіспен анықталады. Талданатын зат пен стандарттың сигнал интенсивтілігі айтарлықтай айырмашылығы болмауы керек.

Құрғақ зат бойынша зерттелетін үлгідегі талданатын заттың пайызы ( x,% массасы) мына формула бойынша есептеледі:

x,% массасы = 100 ∙ ( С‘ /С‘ 0) ∙ (М ∙ а 0 /М 0 ∙ а) ∙ ,

S'талданатын зат сигналының интегралдық қарқындылығының нормаланған мәні болып табылады;

С‘ 0 – стандарттың интегралды сигнал қарқындылығының нормаланған мәні;

М- талданатын заттың молекулалық салмағы;

М 0 – молекулалық салмақ;

а- зерттелетін үлгіні өлшеу;

а 0– стандартты заттың салмағы;

В- ылғалдылық, %.

Стандарттар ретінде келесі қосылыстарды қолдануға болады: малеин қышқылы (2H; 6,60 ppm, М= 116,07), бензилбензоат (2Н; 5,30 ppm, М= 212,25), малон қышқылы (2Н; 3,30 ppm, М= 104,03), сукцинимид (4Н; 2,77 ppm, М= 99,09), ацетанилид (3Н; 2,12 ppm, М = 135,16), терт-бутанол (9H; 1,30 ppm, М = 74,12).

Салыстырмалы зат құрамыөйткені фармацевтикалық субстанцияның компоненттерінің қоспасындағы компоненттің үлесі ішкі нормалау әдісімен анықталады. молярлық ( Xмоль) және массасы ( Xмассалық) құрамдас бөлігі менқоспада nзаттар мына формулалармен анықталады:

1. Белоктар мен полимерлердің молекулалық массасын анықтау. Белоктар мен полимерлердің молекулалық массалары олардың қозғалғыштығын DOSY әдістерін қолдану арқылы белгілі молекулалық массасы бар эталондық қосылыстармен салыстыру арқылы анықталады. Өздігінен диффузия коэффициенттері өлшенеді ( D) сынақ және стандартты үлгілер, стандартты қосылыстардың молекулалық массаларының логарифмдерінің логарифмдерге тәуелділігінің графигін тұрғызыңыз. D. Осылайша алынған графиктен сыналатын үлгілердің белгісіз молекулалық салмақтары сызықтық регрессия арқылы анықталады. DOSY экспериментінің толық сипаттамасы нормативтік құжаттамада берілуі керек.

Қатты заттардың ЯМР спектроскопиясы

Қатты күйдегі үлгілер арнайы жабдықталған ЯМР спектрометрлерінің көмегімен талданады. Кейбір техникалық операциялар (магнит өрісінің осіне сиқырлы бұрышпен (54,7°) көлбеу ротордағы ұнтақ үлгінің айналуы AT 0 , күштің төмендеуі, поляризацияның қозғыштығы жоғары ядролардан аз поляризацияланатын ядроларға ауысуы – кросс-поляризация) органикалық және бейорганикалық қосылыстардың жоғары ажыратымдылықтағы спектрлерін алуға мүмкіндік береді. Процедураның толық сипаттамасы нормативтік құжаттамада берілуі керек. ЯМР спектроскопиясының осы түрін қолданудың негізгі саласы қатты препараттардың полиморфизмін зерттеу болып табылады.