Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Магнито-резонансные явления, их применение в медицине.






    1. Расщепление энергетических уровней в магнитном поле. Эффект Зеемана.

    2. Резонансные методы исследования вещества.

    3. Магнитный резонанс.

    4. Электронный парамагнитный резонанс

    5. Ядерный магнитный резонанс

    6. Метод ЭПР в биологии и медицине

     

    1. Так как макроскопические свойства магнетиков обусловлены их строением, рассмотрим магнитные характеристики электронов, ядер, атомов и молекул, а также поведение этих частиц в магнитном поле.

    Условно будем считать, что электрон в атоме равномерно вращается вокруг ядра со скоростью по круговой орбите радиусом r. Такое движение аналогично круговому току и характеризуется магнитным моментом .

    Сила тока, соответствующая движению электрона, который вращается с частотой , равна

    (1)

    Где e-заряд электрона

    Так как , то

    (2)

    Так как магнитный момент контура с током P=IS, то

    (3)

    Момент импульса электрона (1-й постулат Бора)

    .

    Отношение магнитного момента частицы к ее моменту импульса называют магнито-механическим

    (4)

    Магнито-механическое отношение выражают через множитель Ланде g:

    (5)

    Электрон обладает также и собственным моментом импульса, который называется спином. Спину соответствует магнитный момент. Спиновое иагнито-механическое соотношение вдвое больше орбитального:

    (6)

    Соотношения (5) и (6) показывают, что между магнитным и механическим моментом существует вполне определенная «жесткая» связь, так как e и me –величины постоянные.

    Рассмотрим атом, помещенный в магнитное поле. Его энергия определяется по формуле

    (7)

    Где E0-энергия атома в отсутствии магнитного поля

    -магнетон Бора, g-множитель Ланде,

    В-индукция магнитного поля,

    mj-магнитное квантовое число.

    Так как mj может принимать (2j+1) значений от +j до –j, то из (7) следует, что каждый энергетический уровень при помещении атома в магнитное поле расщепляется на 2j+1 подуровней. Это показано на рис. для j=1/2.

    Расстояние между соседними подуровнями равно

    (8)

    Расщепление энергетических уровней приводит к расщеплению спектральных линий атомов, помещенных в магнитное поле. Это явление называют эффектом Зеемана.

    Запишем (7) для двух подуровней Е1 и Е2, образованных при наложении магнитного поля:

    , (9)

    Е01 и Е02-энергии атома при отсутствии магнитного поля

    Используя условие частот , (9) можно записать

    (10)

    Где -частота спектральной линии при отсутствии магнитного поля, -расщепление спектральной линии в магнитном поле.

    Согласно правилам отбора для магнитного квантового числа Это соответствует трем возможным частотам:

    , т.е. в магнитном поле спектральная линия расщепляется на триплет.

    Примечание: в современной квантовой механике состояние движения электрона в атоме характеризуется 4 квантовыми числами.

    Главное квантовое число n=1, … -определяет уровни энергии электрона

    Орбитальное квантовое число l=0.1…n-1-характеризует момент импульса электрона Le относительно ядра:

    Магнитное квантовое число mj=0. всего 2l+1 значений. Оно определяет проекции орбитального момента импульса на произвольное направление z:

    Основное квантовое число ms принимает значения +1/2 и -1/2 и характеризует значение проекции спина:

    2. Резонансные методы исследования вещества, обладая высокой информативностью и точностью, позволяют исследовать химический состав, симметрию, структуру, энергетический спектр вещества, электрические, спин-орбитальные, магнитные, сверхтонкие взаимодействия.

    Слово «резонанс» в широком смысле означает возрастание отклика колебательной системы на периодическое внешнее воздействие при сближении частоты последнего с одной из частот собственных колебаний системы.

    Несмотря на различную природу колебательных систем, которые способны резонировать, общая картина резонанса сохраняется: вблизи резонанса возрастают амплитуда колебаний и энергия, передаваемая колебательной системой извне.

    Наиболее удобным и распространенным видом периодического внешнего воздействия является э/м излучение.

    При квантовом описании колебательная система характеризуется набором разрешенных значений энергии (энергетическим спектром). Этот спектр для систем связанных частиц может носить дискретный характер. Переменное э/м поле частоты можно рассматривать как совокупность фотонов с энергией . При совпадении энергии фотона с разностью энергий каких-либо двух уровней наступает резонанс, т.е. резко возрастает число поглощаемых системой фотонов, вызывающих квантовые переходы с нижнего уровня Ei на верхний Ek.






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.