Ядерный магнитный резонанс

Избирательное поглощение электромагнитных волн определенной частоты веществом в постоянном мегнитном поле, обусловленное перелриентацией магнитных моментов ядер, назыывают ядерным магнитным резонансом (ЯМР).

Магнитный момент ядер суммируется из магнитных моментов нуклонов. Обычно этот момент выражают в магнетонах : Магнитный момент протона приближенно равен , а нейтрона . Знак “ - ” означает, что магнитный момент нейтрона или ядра ориентирован противоположно спину.

Магнитный момент ядра, помещенного в постоянное магнитное поле, может принимать только дискретную ориентацию. Это значит, что энергетический уровень ядра, также как энаргетический уровнь атома, в постоянном магнитном поле расщепляется на подуровни.

Если в этих условиях на ядро воздействовать переменным электромагнитным полем, то между подуровнями станут возможными переходы. Чтобы осуществить эти переходы, а также поглощение энергии электромагнитного поля ядром, необходимо, чтобы частота электромагнитного поля, совпадала с частотой перехода между подуровнями, т.е.

.

Эти условия выполняются только для свободных ядер. Экспериментальные значения резонансных частот не совпадают с частотами, определяемые этой формулой. Это обусловлено химическим сдвигом, который возникает из-за того, что в атомах и молекулах под действием постоянного магнитного поля возникают электронные токи, создавая локальное магнитное поле. Поэтому постоянное магнитное поле следует характеризовть эффективным значением напряженности

,

где постоянная экранирования, зависящая от электронного окружения ядер. Это означает, что для данного типа ядра резонанс наблюдается при разных частотах, что и определяет химический сдвиг. Он зависит от электронного строения молекул, от химической связи, концентрации данного вещества, темрературы, типа растворителя и т.д.

По химическому сдвигу, числу линий в спектре, по положению линий можно установить структуру молекулы.

В настоящее время разработан метод ЯМР - интроскопии, в котором без разрушения послойно исследовать кости, сосуды, нормальные ткани и ткани со злокачественной патологией, что является эффективным методом диагностики заболеваний, которые связаны с изменением состояния органа и ткани.