Lektsii_po_fiziki

Поглощенная при ЭПР энергия, т.е интегральная (суммарная) интенсивность линии, при определённых условиях пропорциональна числу парамагнитных частиц, что позволяет по измереноой интенсивности судить о концентрации этих частиц.

В медико-биологических исследованиях с помощью метода ЭПР обнаруживают и исследуют свободные радикалы. По спектрам ЭПР объяснили механизм образоывания свободных радикалов при радиационном поражении; изучают канцерогенную активность некоторых веществ; изучают фотосинтез.

Для изучения биологических молекул используют метод спин-меток, при котором в различные части молекул исследуемого вещества вводится спин-метка – парамагнитная молекула с хорошо изученной структурой, которая образует ковалентную связь с исследуемым веществом. По изменению спектра спинметки можно установитьрасположение различных групп атомов, их взаимодействия, изучать природу и ориентацию химических связей, обнаруживать молекулярное движение.

Используются также и спиновые зонды – парамагнитные частицы, которые нековалентно связаны с молекулами.

Частоты спектра ЭПР лежат в радиоволновом диапазоне. Приборы, на которых производятся ЭПР – исследрвания называются ЭПР-спетрометрами или радиометрами. Блок - схема их следующая:

221

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 μ0 :

Магнитный момент протона приближенно равен pmp = 2,79μ0 , а нейтрона pmn = −1,91μ0 . 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.

hν = gяμя В.

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

Bэф = (1−σ )B ,

где σ − 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

222

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.

223