химический каталог




Молекулярная биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ежду и. и Н0, вызываемом действием поля Нь энергия возрастает. Эффект особенно велик при ю = юн = уНа.

Это явление было открыто Завойским [217].

Таково элементарное классическое его описание. Квантовая механика показывает, что уровни энергии частицы, обладающей магнитным моментом, расщепляются в магнитном поле в соответствии с правилом пространственного квантования.

Начнем с ЯМР. Атомные ядра, у которых нечетно хотя бы одно из двух чисел — масса или порядковый номер, — обладают отличным от нуля моментом количества движения, т. е. ядерным спином. Ядерный спин равен нулю у С12, О16 и т. д. и не равен нулю у Н, D, С13, F19 и т. д. Тем самым, эти ядра имеют и магнитный момент.

Если J — ядерное спиновое число, то момент количества движения численно равен [/(/ + 1)]М/2л;, а магнитный момент [У (У + 1)]1/гу/г/2л, где у = g\io— гиромагнитное отношение, g— фактор расщепления, а ро— ядерный магнетон. В магнитном поле Н0 вследствие зеемановского расщепления возникает 2/ + I уровней с энергиями

e = -y-^HQm (m = /, / — 1, ..., —J) (5,155)

и с расстоянием между уровнями, т. е. с разностью их энергий,

равной у 2я~ Я0. Для протона / = 1/2 и в поле Но имеются два

уровня, соответствующие параллельному и антипараллельному направлениям спина (рис. 5.30). Если поле Я! колеблется с частотой ю, то резонанс происходит при поглощении кванта с энергией hv « fiw, равной разности энергий соседних уровней

h a) = Y^rtfo=2u.//0. (5,156)

2я 1 2я

Здесь д. — gnoJ. Условие (5,156) экивалентно (5,154).

При / >» 72 и большем числе уровней условие резонанса имеет тот же смысл, так как разрешены переходы лишь между соседними уровнями.

Для величины ядерного магнетона имеем

^0 = ^7 = 5,0493 • 10~24 эрг/гс, (5,157)

где е — заряд протона, Мр — его масса, с — скорость света.

Фактор g безразмерен. Для протона g = 5,58. Если напряженность поля Н0 равна 10 000 гс, то резонансная чаДно стота для протонов составляет 42,6 Мгц, что соответствует диапазону метровых радиоволн.

4При данной температуре Т число протонов на нижнем уровне несколько больше, чем на верхнем. Отношение населенностей верхнего и нижнего уровней в равновесии выражается фактором Больцмана

ехр (— hvQ/kT) = ехр (— 2\iHJkT) ~ 1 — 2\iHJkT\

(5,158)

Рис. 5.30. Рас- .

щепление уров- последнее приближенное равенство справедли-ней спииа про- во, так как 2u.#o <С kT при комнатной темпера-тона в магнит- туре и обычно применяемых Н0. Действительно,

ном поле. ПрИ _ гс фактор Больцмана равен 1—14-Ю-6. При включении радиочастотного поля происходят переходы с нижнего уровня на верхний (поглощение) и обратно (спонтанное испускание) (см. рис. 5.30). Если вероятности обоих процессов одинаковы, то должно возникнуть быстрое насыщение уровней (выравнивание населенностей обоих уровней) и поглощение прекратится. Это, однако, не наблюдается в реальном веществе. Очевидно, что в системе спинов должен происходить процесс, позволяющий спинам отдавать свою энергию без излучения. Это — релаксационный процесс, непрерывно возвращающий систему спинов в равновесное состояние, которому отвечает распределение Больцмана. Он происходит вследствие взаимодействия ядерных спинов с решеткой, т. е. с окружающими данное ядро другими ядрами в веществе, находящимися в состоянии теплового движения.

При выключении поля #j выделяющаяся энергия превращается в тепловую энергию решетки, происходит спин-решеточная релаксация. Изменение населенности уровней во времени после выключения поля Нх описывается уравнением

Дя (t) = An (0) ехр (- ЦТХ), (5,159)

где kn(t)—избыток протонов в момент времени t на верхнем уровне по сравнению с равновесной населенностью, AAI(0)—то же в момент t = 0, Т\ — время спин-решеточной релаксации, зависящее от концентрации магнитных ядер в веществе, от подвижности молекул и от температуры. В кристаллах Тх порядка минут, в газах и жидкостях порядка секунд и меньше. Присутствие парамагнитных примесей может сократить Т\ до 10~4 сек.

Ширина спектральной линии ЯМР, согласно принципу неопределенности квантовой механики, определяется временем жизни ядра на данном энергетическом уровне. Для неопределенности резонансной части имеем

А*~^г~^- <5-160>

Спин-решеточная релаксация вносит вклад в ширину линии порядка ГГ1.

Наряду со спин-решеточной релаксацией имеется второй процесс— процесс прямого взаимодействия неподвижных магнитных ядер друг с другом (спин-спиновое взаимодействие). На каждый спин действует, кроме поля Яо, локальное поле, создаваемое соседними ядрами и равное

^ = iL(3cos2f>- 1), (5,161)

где г — расстояние от ядра до данной точки, # — угол между векторами ц и г. Условие резонанса поэтому имеет вид

v = +Я,), (5,162)

отличный от условия (5,156), справедливого для изолированного спина. Порядок величины Hi—несколько гаусс. Спин-спиновое взаимодействие также вносит вклад в ширину линии порядка Hiy/2n. Однако спин-спиновое взаимодействие вызывает ушире-ние линии не только вследствие неоднородности поля. Оно создает возможность обмена энергией межд

страница 121
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Молекулярная биофизика" (4.80Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы эксель москва зао
земельный участок на риге в готовом поселке
сколько стоит прибор для выравнинания вмятин на машине
скамья садовая 1800

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(05.12.2016)