Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»

В.М. Чернов А.В. Бутаков

Лабораторный практикум по ядерному магнитному резонансу

Челябинск

Издательский центр ЧелГУ

2008

УДК 539.143.43:(75.8)

ББК 0000000

Ч 0000

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Челябинского государственного университета

Чернов В.М., Бутаков А.В. Лабораторный практикум по ядерному магнитному резонансу / Челяб. гос. ун-т. Челябинск, 2008. – 91 С.

ISBN 5-7271-0692-3

Содержатся описания лабораторных работ по ядерному магнитному резонансу. Работы посвящены исследованию структуры и молекулярных движений в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях, и измерениям времён ядерной спин-решеточной и спин-спиновой релаксации в жидкостях, полимерах и жидких кристаллах, вычислению моментов линии ядерного магнитного резонанса, способам разложения сложной линии на компоненты, установлению связи между импульсными и непрерывными методами наблюдения ядерного магнитного резонанса.

Предназначается для студентов физического факультета, обучающихся по направлениям «Физика» и «Радиофизика и электроника».

Рецензенты:

кафедра общей и теоретической физики Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск),

В.М. Березин, доктор физико-математических наук, профессор

Ч Без объявл.

ISBN 5-7271-0692-3 ©Чернов В.М., Бутаков

©ЧелГУ, 2008

Введение

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР), открытый более полувека назад, развивается и в настоящее время. В течение первых десяти лет развития были уста­новлены, казалось, все основные физические характе­ристики явления, и оставалось лишь совершенствовать прикладные направления этого метода. В дальнейшем, однако, в ЯМР-спектроскопии произошли грандиозные количе­ственные и качественные изменения. На тысячах серий­ных приборах проводилось внедрение нового метода в химию, химическую физику, биофизику, физику твердого тела, фармакологию, пищевую промышлен­ность, агрохимию и т. д. Редфилд и Провоторов откры­ли важные особенности процессов насыщения в ЯМР твердого тела. Появилась фурье-спектроскопия, ЯМР стал мультиядерным и по чувствительности приблизил­ся к уровню самых смелых требований биохимиков. Уо разработал многоимпульсные последовательности, а затем вместе с Пайнсом – метод кросс-поляризации, и в спектрах ЯМР твердых тел стало возможным полу­чать почти такое же высокое разрешение, как и в жидкостях. Усилиями целого ряда специалистов разработан метод ЯМР-интроскопии (ЯМР-томографии) и за короткое время пройден путь от демонстрации работоспособности идеи до ЯМР-просвечивания грудной клетки человека in vivo. За развитие метода ЯМР-томографии Мэнсфилд в 2003 году был удостоен Нобелевской премии. На­пряженность используемых в ЯМР магнитных полей возросла в 20 раз и достигла 35 Тл (частота 1000 МГц для протонов), стабильность и разрешение аппаратуры увеличились на пять порядков, настолько же возросла и эффективная чувствительность. В последние годы выяснилось, что проводившиеся Эрнстом и другими абстрактные исследования двумерной фурье-спектроскопии ведут к коренному повышению информативности ЯМР-спектров; в результате появилась возможность расшифровки с помощью ЯМР структуры биополимеров. Измерение многоквантовых переходов позволило корректно решить вопрос о механизме диффузии молекул воды во льду. Химическая физика получила мощный инструмент для изучения и теоретического анализа химической поляризации ядер. Сейчас ЯМР – один из основных методов исследования молекулярной и кристаллической структуры вещества и изучения механизмов физических и химических процессов в конденсированных средах.