ये कैसा शोध है? नाभिकीय चुबकीय अनुनाद। एनएमआर परमाणु चुंबकीय अनुनाद के असामान्य अनुप्रयोग
परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) सबसे सुरक्षित निदान पद्धति है
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सामान्य जानकारी
घटना परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर)इसकी खोज 1938 में रब्बी इसाक ने की थी। यह घटना परमाणुओं के नाभिक में चुंबकीय गुणों की उपस्थिति पर आधारित है। 2003 में ही चिकित्सा में नैदानिक उद्देश्यों के लिए इस घटना का उपयोग करने के लिए एक विधि का आविष्कार किया गया था। आविष्कार के लिए इसके लेखकों को नोबेल पुरस्कार मिला। स्पेक्ट्रोस्कोपी में, शरीर का अध्ययन किया जा रहा है ( यानी मरीज का शरीर) को विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में रखा जाता है और रेडियो तरंगों से विकिरणित किया जाता है। यह पूर्णतः सुरक्षित तरीका है ( उदाहरण के लिए, कंप्यूटेड टोमोग्राफी के विपरीत), जिसमें बहुत उच्च स्तर का रिज़ॉल्यूशन और संवेदनशीलता है।अर्थशास्त्र और विज्ञान में आवेदन
1. रसायन विज्ञान और भौतिकी में प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों के साथ-साथ प्रतिक्रियाओं के अंतिम परिणामों की पहचान करना,2. औषधियों के उत्पादन के लिए औषध विज्ञान में,
3. कृषि में, अनाज की रासायनिक संरचना और बुआई के लिए तैयारी का निर्धारण करने के लिए ( नई प्रजातियों के प्रजनन में बहुत उपयोगी है),
4. चिकित्सा में - निदान के लिए। रीढ़ की हड्डी, विशेषकर इंटरवर्टेब्रल डिस्क के रोगों के निदान के लिए एक बहुत ही जानकारीपूर्ण विधि। डिस्क अखंडता के छोटे से छोटे उल्लंघन का भी पता लगाना संभव बनाता है। गठन के प्रारंभिक चरण में कैंसर ट्यूमर का पता लगाता है।
विधि का सार
परमाणु चुंबकीय अनुनाद विधि इस तथ्य पर आधारित है कि उस समय जब शरीर एक विशेष रूप से ट्यून किए गए बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में होता है ( हमारे ग्रह के चुंबकीय क्षेत्र से 10,000 गुना अधिक मजबूत), शरीर की सभी कोशिकाओं में मौजूद पानी के अणु चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के समानांतर स्थित श्रृंखला बनाते हैं।यदि आप अचानक क्षेत्र की दिशा बदलते हैं, तो पानी का अणु बिजली का एक कण छोड़ता है। ये ऐसे चार्ज हैं जिनका पता डिवाइस के सेंसर द्वारा लगाया जाता है और कंप्यूटर द्वारा विश्लेषण किया जाता है। कोशिकाओं में पानी की सघनता की तीव्रता के आधार पर, कंप्यूटर शरीर के उस अंग या हिस्से का एक मॉडल बनाता है जिसका अध्ययन किया जा रहा है।
बाहर निकलने पर, डॉक्टर के पास एक मोनोक्रोम छवि होती है जिस पर आप अंग के पतले हिस्सों को बड़े विस्तार से देख सकते हैं। सूचना सामग्री के संदर्भ में, यह विधि कंप्यूटेड टोमोग्राफी से काफी आगे है। कभी-कभी जांच किए जा रहे अंग के बारे में निदान के लिए आवश्यक से भी अधिक विवरण प्रदान किए जाते हैं।
चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी के प्रकार
- जैविक तरल पदार्थ,
- आंतरिक अंग।
चुंबकीय अनुनाद छिड़काव तकनीक यकृत और मस्तिष्क के ऊतकों के माध्यम से रक्त की गति की निगरानी करना संभव बनाती है।
आज चिकित्सा में यह नाम अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है एमआरआई (चुम्बकीय अनुनाद इमेजिंग ), चूंकि शीर्षक में परमाणु प्रतिक्रिया का उल्लेख रोगियों को डराता है।
संकेत
1. मस्तिष्क के रोग2. मस्तिष्क के भागों के कार्यों का अध्ययन,
3. जोड़ों के रोग,
4. रीढ़ की हड्डी के रोग,
5. उदर गुहा के आंतरिक अंगों के रोग,
6. मूत्र और प्रजनन प्रणाली के रोग,
7. मीडियास्टिनम और हृदय के रोग,
8. संवहनी रोग.
मतभेद
पूर्ण मतभेद:1. पेसमेकर,
2. इलेक्ट्रॉनिक या लौहचुंबकीय मध्य कान कृत्रिम अंग,
3. लौहचुंबकीय इलिजारोव उपकरण,
4. बड़े धातु आंतरिक कृत्रिम अंग,
5. मस्तिष्क वाहिकाओं के हेमोस्टैटिक क्लैंप।
सापेक्ष मतभेद:
1.
तंत्रिका तंत्र उत्तेजक,
2.
इंसुलिन पंप,
3.
अन्य प्रकार के आंतरिक कान कृत्रिम अंग,
4.
कृत्रिम हृदय वाल्व,
5.
अन्य अंगों पर हेमोस्टैटिक क्लैंप,
6.
गर्भावस्था ( स्त्री रोग विशेषज्ञ की राय लेना आवश्यक है),
7.
विघटन के चरण में हृदय की विफलता,
8.
क्लॉस्ट्रोफ़ोबिया ( सीमित स्थानों का डर).
अध्ययन की तैयारी
केवल उन रोगियों के लिए विशेष तैयारी की आवश्यकता होती है जिनके आंतरिक अंगों की जांच चल रही हो ( जननांग और पाचन तंत्र:) आपको प्रक्रिया से पांच घंटे पहले खाना नहीं खाना चाहिए।यदि सिर की जांच की जा रही है, तो निष्पक्ष सेक्स को मेकअप हटाने की सलाह दी जाती है, क्योंकि सौंदर्य प्रसाधनों में मौजूद पदार्थ ( उदाहरण के लिए, आई शैडो में), परिणामों को प्रभावित कर सकता है। सभी धातु के आभूषण हटा दिए जाने चाहिए।
कभी-कभी मेडिकल स्टाफ पोर्टेबल मेटल डिटेक्टर का उपयोग करके मरीज की जांच करेगा।
शोध कैसे किया जाता है?
अध्ययन शुरू करने से पहले, प्रत्येक रोगी मतभेदों की पहचान करने में मदद के लिए एक प्रश्नावली भरता है। यह उपकरण एक चौड़ी ट्यूब है जिसमें रोगी को क्षैतिज स्थिति में रखा जाता है। रोगी को पूरी तरह से स्थिर रहना चाहिए, अन्यथा छवि पर्याप्त स्पष्ट नहीं होगी। पाइप के अंदर अंधेरा नहीं है और ताजा वेंटिलेशन है, इसलिए प्रक्रिया के लिए स्थितियां काफी आरामदायक हैं। कुछ इंस्टॉलेशन ध्यान देने योग्य गड़गड़ाहट उत्पन्न करते हैं, फिर जिस व्यक्ति की जांच की जा रही है वह शोर-अवशोषित हेडफ़ोन पहनता है।
परीक्षा की अवधि 15 मिनट से 60 मिनट तक हो सकती है।
कुछ चिकित्सा केंद्र किसी रिश्तेदार या उसके साथ आए व्यक्ति को उस कमरे में मरीज के साथ रहने की अनुमति देते हैं जहां अध्ययन किया जा रहा है ( यदि इसका कोई मतभेद नहीं है).
कुछ चिकित्सा केंद्रों में, एक एनेस्थेसियोलॉजिस्ट शामक दवाएं देता है। इस मामले में, प्रक्रिया को सहन करना बहुत आसान है, विशेष रूप से क्लौस्ट्रफ़ोबिया से पीड़ित रोगियों, छोटे बच्चों या ऐसे रोगियों के लिए, जिन्हें किसी कारण से स्थिर रहना मुश्किल लगता है। रोगी चिकित्सीय नींद की स्थिति में आ जाता है और आराम और स्फूर्ति से बाहर आता है। उपयोग की जाने वाली दवाएं शरीर से जल्दी समाप्त हो जाती हैं और रोगी के लिए सुरक्षित होती हैं।
प्रक्रिया समाप्त होने के 30 मिनट के भीतर परीक्षा परिणाम तैयार हो जाता है। परिणाम एक डीवीडी, डॉक्टर की रिपोर्ट और तस्वीरों के रूप में जारी किया जाता है।
एनएमआर में कंट्रास्ट एजेंट का उपयोग
अक्सर, प्रक्रिया कंट्रास्ट के उपयोग के बिना होती है। हालाँकि, कुछ मामलों में यह आवश्यक है ( संवहनी अनुसंधान के लिए). इस मामले में, कंट्रास्ट एजेंट को कैथेटर का उपयोग करके अंतःशिरा में डाला जाता है। यह प्रक्रिया किसी भी अंतःशिरा इंजेक्शन के समान है। इस प्रकार के शोध के लिए विशेष पदार्थों का उपयोग किया जाता है - अनुचुम्बक. ये कमजोर चुंबकीय पदार्थ हैं, जिनके कण बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में होने के कारण क्षेत्र रेखाओं के समानांतर चुंबकित होते हैं।कंट्रास्ट मीडिया के उपयोग में बाधाएँ:
- गर्भावस्था,
- कंट्रास्ट एजेंट के घटकों के प्रति व्यक्तिगत असहिष्णुता, पहले से पहचानी गई।
संवहनी परीक्षा (चुंबकीय अनुनाद एंजियोग्राफी)
इस पद्धति का उपयोग करके, आप परिसंचरण नेटवर्क की स्थिति और वाहिकाओं के माध्यम से रक्त की गति दोनों की निगरानी कर सकते हैं।इस तथ्य के बावजूद कि यह विधि कंट्रास्ट एजेंट के बिना वाहिकाओं को "देखना" संभव बनाती है, इसके उपयोग से छवि अधिक स्पष्ट होती है।
विशेष 4-डी इंस्टॉलेशन लगभग वास्तविक समय में रक्त की गति की निगरानी करना संभव बनाते हैं।
संकेत:
- जन्मजात हृदय दोष,
- धमनीविस्फार, विच्छेदन,
- संवहनी स्टेनोसिस,
मस्तिष्क अनुसंधान
यह एक मस्तिष्क परीक्षण है जो रेडियोधर्मी किरणों का उपयोग नहीं करता है। विधि आपको खोपड़ी की हड्डियों को देखने की अनुमति देती है, लेकिन आप नरम ऊतकों की अधिक विस्तार से जांच कर सकते हैं। न्यूरोसर्जरी के साथ-साथ न्यूरोलॉजी में भी एक उत्कृष्ट निदान पद्धति। पुरानी चोटों और आघात, स्ट्रोक, साथ ही नियोप्लाज्म के परिणामों का पता लगाना संभव बनाता है। यह आमतौर पर अज्ञात एटियलजि, बिगड़ा हुआ चेतना, नियोप्लाज्म, हेमटॉमस और समन्वय की कमी की माइग्रेन जैसी स्थितियों के लिए निर्धारित किया जाता है।
मस्तिष्क एमआरआई जांच करता है:
- गर्दन की मुख्य वाहिकाएँ,
- मस्तिष्क को आपूर्ति करने वाली रक्त वाहिकाएँ
- मस्तिष्क के ऊतक,
- नेत्र सॉकेट की कक्षाएँ,
- मस्तिष्क के गहरे भाग ( सेरिबैलम, पीनियल ग्रंथि, पिट्यूटरी ग्रंथि, ऑबोंगटा और मध्यवर्ती खंड).
कार्यात्मक एनएमआर
यह निदान इस तथ्य पर आधारित है कि जब किसी निश्चित कार्य के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क का कोई हिस्सा सक्रिय होता है, तो उस क्षेत्र में रक्त परिसंचरण बढ़ जाता है।जिस व्यक्ति की जांच की जा रही है उसे विभिन्न कार्य दिए जाते हैं और उनके निष्पादन के दौरान मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों में रक्त परिसंचरण को रिकॉर्ड किया जाता है। प्रयोगों के दौरान प्राप्त आंकड़ों की तुलना बाकी अवधि के दौरान प्राप्त टॉमोग्राम से की जाती है।
रीढ़ की हड्डी की जांच
यह विधि तंत्रिका अंत, मांसपेशियों, अस्थि मज्जा और स्नायुबंधन, साथ ही इंटरवर्टेब्रल डिस्क का अध्ययन करने के लिए उत्कृष्ट है। लेकिन रीढ़ की हड्डी में फ्रैक्चर या हड्डी की संरचनाओं का अध्ययन करने की आवश्यकता के मामले में, यह कुछ हद तक कंप्यूटेड टोमोग्राफी से कमतर है। आप संपूर्ण रीढ़ की जांच कर सकते हैं, या आप केवल चिंता के क्षेत्र की जांच कर सकते हैं: ग्रीवा, वक्ष, लुंबोसैक्रल, और अलग से कोक्सीक्स भी। इस प्रकार, ग्रीवा रीढ़ की जांच करते समय, रक्त वाहिकाओं और कशेरुकाओं की विकृति का पता लगाया जा सकता है जो मस्तिष्क को रक्त की आपूर्ति को प्रभावित करते हैं।
काठ का क्षेत्र की जांच करते समय, इंटरवर्टेब्रल हर्निया, हड्डी और उपास्थि स्पाइक्स, साथ ही दबी हुई नसों का पता लगाया जा सकता है।
संकेत:
- हर्निया सहित इंटरवर्टेब्रल डिस्क के आकार में परिवर्तन,
- पीठ और रीढ़ की हड्डी में चोट
- ओस्टियोचोन्ड्रोसिस, हड्डियों में डिस्ट्रोफिक और सूजन प्रक्रियाएं,
- रसौली।
रीढ़ की हड्डी की जांच
इसे रीढ़ की हड्डी की जांच के साथ-साथ किया जाता है।संकेत:
- रीढ़ की हड्डी में रसौली, फोकल घावों की संभावना,
- मस्तिष्कमेरु द्रव से रीढ़ की हड्डी की गुहाओं के भरने को नियंत्रित करने के लिए,
- रीढ़ की हड्डी में सिस्ट
- सर्जरी के बाद रिकवरी की निगरानी के लिए,
- अगर रीढ़ की हड्डी की बीमारी का खतरा हो.
संयुक्त परीक्षा
जोड़ बनाने वाले कोमल ऊतकों की स्थिति का अध्ययन करने के लिए यह शोध पद्धति बहुत प्रभावी है।निदान के लिए उपयोग किया जाता है:
- जीर्ण गठिया,
- कण्डरा, मांसपेशियों और स्नायुबंधन की चोटें ( विशेष रूप से अक्सर खेल चिकित्सा में उपयोग किया जाता है),
- पेरेलोमोव,
- कोमल ऊतकों और हड्डियों के रसौली,
- अन्य निदान विधियों द्वारा क्षति का पता नहीं लगाया जा सका।
- ऑस्टियोमाइलाइटिस, ऊरु सिर के परिगलन, तनाव फ्रैक्चर, सेप्टिक गठिया, के लिए कूल्हे के जोड़ों की जांच
- तनाव फ्रैक्चर, कुछ आंतरिक घटकों की अखंडता के उल्लंघन के लिए घुटने के जोड़ों की जांच ( मेनिस्कस, उपास्थि),
- अव्यवस्थाओं, दबी हुई नसों, संयुक्त कैप्सूल के टूटने के लिए कंधे के जोड़ की जांच,
- अस्थिरता, एकाधिक फ्रैक्चर, मध्य तंत्रिका के फंसने और लिगामेंट क्षति के मामलों में कलाई के जोड़ की जांच।
टेम्पोरोमैंडिबुलर जोड़ की जांच
जोड़ में शिथिलता के कारणों को निर्धारित करने के लिए निर्धारित। यह अध्ययन उपास्थि और मांसपेशियों की स्थिति को पूरी तरह से प्रकट करता है और अव्यवस्थाओं का पता लगाना संभव बनाता है। इसका उपयोग ऑर्थोडॉन्टिक या ऑर्थोपेडिक सर्जरी से पहले भी किया जाता है।संकेत:
- निचले जबड़े की बिगड़ा हुआ गतिशीलता,
- मुंह खोलते और बंद करते समय क्लिक करने की आवाजें,
- मुंह खोलने और बंद करने पर कनपटी में दर्द,
- चबाने वाली मांसपेशियों को छूने पर दर्द,
- गर्दन और सिर की मांसपेशियों में दर्द होना।
उदर गुहा के आंतरिक अंगों की जांच
अग्न्याशय और यकृत की जांच इसके लिए निर्धारित है:- गैर-संक्रामक पीलिया,
- सिरोसिस के साथ लीवर रसौली, अध: पतन, फोड़ा, सिस्ट की संभावना,
- उपचार की प्रगति की निगरानी करने के लिए,
- दर्दनाक टूटन के लिए,
- पित्ताशय या पित्त नलिकाओं में पथरी,
- किसी भी रूप का अग्नाशयशोथ,
- नियोप्लाज्म की संभावना,
- पैरेन्काइमल अंगों का इस्केमिया।
किडनी की जांच तब निर्धारित की जाती है जब:
- रसौली का संदेह,
- गुर्दे के पास स्थित अंगों और ऊतकों के रोग,
- मूत्र अंगों के निर्माण में व्यवधान की संभावना,
- यदि उत्सर्जन यूरोग्राफी करना असंभव है।
प्रजनन प्रणाली के रोगों के लिए अनुसंधान
पैल्विक परीक्षाएं इसके लिए निर्धारित हैं:- गर्भाशय, मूत्राशय, प्रोस्टेट में रसौली की संभावना,
- चोटें,
- मेटास्टेसिस का पता लगाने के लिए पेल्विक नियोप्लाज्म,
- त्रिकास्थि क्षेत्र में दर्द,
- वेसिकुलिटिस,
- लिम्फ नोड्स की स्थिति की जांच करना।
परीक्षण से एक घंटा पहले पेशाब करने की सलाह नहीं दी जाती है, क्योंकि यदि मूत्राशय कुछ भरा हुआ है तो छवि अधिक जानकारीपूर्ण होगी।
गर्भावस्था के दौरान अध्ययन करें
इस तथ्य के बावजूद कि यह शोध पद्धति एक्स-रे या कंप्यूटेड टोमोग्राफी की तुलना में अधिक सुरक्षित है, गर्भावस्था की पहली तिमाही में इसका उपयोग करने की सख्त अनुमति नहीं है। दूसरी और तीसरी तिमाही में, यह विधि केवल स्वास्थ्य कारणों से निर्धारित की जाती है। गर्भवती महिला के शरीर के लिए प्रक्रिया का खतरा यह है कि प्रक्रिया के दौरान कुछ ऊतक गर्म हो जाते हैं, जिससे भ्रूण के निर्माण में अवांछनीय परिवर्तन हो सकते हैं।
लेकिन गर्भावस्था के दौरान गर्भधारण के किसी भी चरण में कंट्रास्ट एजेंट का उपयोग सख्त वर्जित है।
एहतियाती उपाय
1. कुछ एनएमआर संस्थापनों को एक बंद ट्यूब के रूप में डिज़ाइन किया गया है। जो लोग बंद जगहों के डर से पीड़ित हैं उन्हें हमले का अनुभव हो सकता है। इसलिए, प्रक्रिया कैसे आगे बढ़ेगी, इसके बारे में पहले से पूछताछ करना बेहतर है। खुले प्रकार की स्थापनाएँ हैं। वे एक्स-रे कक्ष के समान एक कमरा हैं, लेकिन ऐसी स्थापनाएँ दुर्लभ हैं।2.
उस कमरे में प्रवेश करना निषिद्ध है जहां उपकरण धातु की वस्तुओं और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ स्थित है ( जैसे घड़ियाँ, आभूषण, चाबियाँ), चूंकि एक शक्तिशाली विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण टूट सकते हैं, और छोटी धातु की वस्तुएं उड़कर अलग हो जाएंगी। साथ ही, पूरी तरह से सही सर्वेक्षण डेटा प्राप्त नहीं किया जाएगा।
चुंबकीय अनुनाद की घटना. इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद (ईपीआर)
पिछले पैराग्राफ में, हमने चुंबकीय क्षेत्र में विभाजित विभिन्न ऊर्जा स्तरों के उपस्तरों के बीच संक्रमण से जुड़ी वर्णक्रमीय रेखाओं के विभाजन पर विचार किया। ऐसे संक्रमण ऑप्टिकल आवृत्ति रेंज के अनुरूप होते हैं। इसके साथ ही, द्विध्रुवीय सन्निकटन में, चयन नियमों के अनुसार चुंबकीय क्षेत्र में विभाजित ऊर्जा स्तर के पड़ोसी उपस्तरों के बीच संक्रमण संभव है:
सूत्र (3.95) से यह निम्नानुसार है कि ऐसे संक्रमण आवृत्तियों के अनुरूप हैं:
पर में~ 0.3 टी आवृत्ति वी * 10 हर्ट्ज, और तरंग दैर्ध्य एक्स~3 सेमी यह माइक्रोवेव फ़्रीक्वेंसी रेंज, या माइक्रोवेव रेंज है। द्विध्रुव संक्रमण की संभावना v 3 के समानुपाती होती है, इसलिए माइक्रोवेव रेंज में यह ऑप्टिकल रेंज में संभावना की तुलना में नगण्य रूप से छोटी है। इसके अलावा, एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन वाले परमाणुओं के लिए, इस मामले में संक्रमण चयन नियम द्वारा निषिद्ध है अल =±. हालाँकि, संक्रमण की संभावना तब महत्वपूर्ण हो जाती है जब एक अतिरिक्त बाहरी वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, यानी, जब संक्रमण मजबूर हो जाता है। निम्नलिखित से यह स्पष्ट हो जाएगा कि वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत होना चाहिए, जिससे ज़ीमन ऊर्जा स्तरों का विभाजन हो जाता है। यदि प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र की आवृत्ति संक्रमण आवृत्ति (3.101) के बराबर है, तो इसकी ऊर्जा का अवशोषण या उत्तेजित उत्सर्जन होता है। इस मामले में, परमाणु के चुंबकीय क्षण का अभिविन्यास अचानक बदल जाता है, अर्थात, चयनित दिशा पर इसका प्रक्षेपण।
जब किसी चुंबकीय क्षेत्र में परमाणुओं के चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षणों का अभिविन्यास बदलता है तो विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन या अवशोषण कहलाता है चुंबकीय अनुनाद की घटना.
चुंबकीय अनुनाद का सुसंगत वर्णन काफी कठिन है। इस घटना की गुणात्मक तस्वीर को एक साधारण शास्त्रीय मॉडल के आधार पर समझा जा सकता है। यदि किसी कण का चुंबकीय क्षण M है, तो बाहरी स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में B 0 = (0.0, बी 0)इस पर टॉर्क K = MxB 0 द्वारा कार्य किया जाता है। चूँकि एक कण के चुंबकीय M और यांत्रिक J क्षण (उदाहरण के लिए, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन) संबंध से संबंधित होते हैं:
जहां y जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है, y = gi b /h = उदाहरण/2mई, तो गति का समीकरण इस प्रकार लिखा जा सकता है:
यह शीर्ष समीकरण है, जो दर्शाता है कि यांत्रिक और चुंबकीय क्षण B 0 के आसपास रहते हैं। इस पूर्वता का कोणीय वेग (आवृत्ति) बराबर है:
अक्ष के अनुदिश निर्देशित चुंबकीय क्षेत्र में जेड, कण अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त करता है:
आसन्न ऊर्जा उपस्तरों के बीच संक्रमण की आवृत्ति पूर्वता आवृत्ति के साथ मेल खाती है:
चावल। 3.34
यदि हम स्थिर क्षेत्र बी 0 के लंबवत, आवृत्ति डब्ल्यू के साथ बदलते हुए एक चुंबकीय क्षेत्र बी जोड़ते हैं (चित्र 3.34), तो एक अतिरिक्त चर टोक़ [एमएक्सबी, 1। जब पूर्वगमन और क्षेत्र की आवृत्तियों में परिवर्तन होता है बी! एक दूसरे से बहुत भिन्न हैं, फिर |बी,|जेड के लिए, ताकि औसतन यह कोण न बदले। हालाँकि, यदि क्षेत्र बी में परिवर्तन की आवृत्ति पूर्ववर्ती आवृत्ति (3.104) के साथ मेल खाती है, तो चुंबकीय क्षण स्थिर स्थितियों में प्रतीत होता है और अतिरिक्त टोक़ इसे "उलट" देता है। चूँकि चुंबकीय क्षण एक क्वांटम वेक्टर है, स्थैतिक चुंबकीय क्षेत्र की दिशा पर इसका प्रक्षेपण केवल अचानक बदल सकता है, जो आसन्न विभाजित उपस्तर में संक्रमण से मेल खाता है। यह चुंबकीय अनुनाद की घटना है.
यदि किसी परमाणु के चुंबकीय और यांत्रिक क्षण उसके इलेक्ट्रॉनों के कारण होते हैं, तो इस स्थिति में चुंबकीय अनुनाद कहा जाता है इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद(ईपीआर)। जब क्षण किसी परमाणु के नाभिक द्वारा निर्धारित होते हैं, तो चुंबकीय अनुनाद कहा जाता है नाभिकीय चुबकीय अनुनाद(एनएमआर), जिसे पहली बार 1938 में रबी आणविक किरणों के प्रयोगों में देखा गया था लौह-चुंबकीयऔर प्रतिलौहचुंबकीय अनुनाद, लौहचुंबक और प्रतिलौहचुंबक में इलेक्ट्रॉनिक चुंबकीय क्षणों के अभिविन्यास में परिवर्तन से जुड़ा हुआ है। इसके बाद, आइए ईपीआर पर करीब से नज़र डालें।
इलेक्ट्रॉनिक अनुचुम्बकत्व किसके पास है: बाहरी इलेक्ट्रॉन कोशों पर विषम संख्या में इलेक्ट्रॉनों (अयुग्मित, अप्रतिपूरित इलेक्ट्रॉन) वाले सभी परमाणु और अणु, क्योंकि इस मामले में सिस्टम का कुल स्पिन शून्य नहीं है (मुक्त सोडियम परमाणु, गैसीय नाइट्रोजन ऑक्साइड, वगैरह।); एक खाली आंतरिक इलेक्ट्रॉन शेल (दुर्लभ पृथ्वी तत्व, एक्टिनाइड्स, आदि) आदि के साथ परमाणु और आयन। ईपीआर गुंजयमान आवृत्ति के एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव के तहत मैक्रोस्कोपिक प्रणालियों के ऊर्जा स्तरों के बीच होने वाले क्वांटम संक्रमणों से जुड़ी घटनाओं का एक सेट है। .
ईपीआर घटना को पहली बार 1944 में ई.के. ज़ावोइस्की द्वारा प्रयोगात्मक रूप से देखा गया था। ईपीआर मैक्रोस्कोपिक मात्रा में पैरामैग्नेटिक पदार्थों के गुणों का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में कार्य करता है। इस मामले में, चुंबकीय क्षणों वाले एक नहीं, बल्कि कई कण होते हैं। किसी पदार्थ की स्थूल चुंबकीय विशेषता चुंबकीयकरण वेक्टर 1 = है, जहां एन- प्रति इकाई कणों की संख्या
पदार्थ की मात्रा; - कणों का औसत चुंबकीय क्षण। किसी दिए गए पदार्थ के सभी अनुचुंबकीय कणों के आघूर्णों की प्रणाली को स्पिन प्रणाली कहा जाता है। अनुचुंबकीय की स्वतंत्रता की शेष डिग्री - चुंबकीय क्षणों का वातावरण - "जाली" कहलाती है। इस संबंध में, दो प्रकार की अंतःक्रिया पर विचार किया जाता है: आपस में चुंबकीय क्षण (स्पिन-स्पिन अंतःक्रिया) और अपने परिवेश के साथ चुंबकीय क्षण (स्पिन-जाली अंतःक्रिया)। एक पृथक स्पिन प्रणाली में, वैकल्पिक क्षेत्र ऊर्जा का कोई स्थिर अवशोषण नहीं होता है। दरअसल, वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र को चालू करने से पहले, जमीनी अवस्था में कणों की संख्या उनकी संख्या से अधिक होती है एन 2 उत्तेजित अवस्था में. जब ऊर्जा अवशोषित होती है, तो कणों की संख्या जेवी घट जाती है, और संख्या एन 2बढ़ती है। ऐसा तब तक होता रहेगा एन ]और एन 2बराबर नहीं होगा. तब संतृप्ति प्राप्त होती है और आगे ऊर्जा अवशोषण रुक जाता है। जाली के साथ स्पिन प्रणाली की अंतःक्रिया को ध्यान में रखते हुए, स्थिर ऊर्जा अवशोषण संभव हो जाता है। ग्रेट ऊर्जा सिंक के रूप में कार्य करता है और इस प्रक्रिया में गर्म हो जाता है।
चुंबकत्व वेक्टर में परिवर्तन को बलोच समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है:
जहाँ एक = (x,y,z)' t y -जाइरोमैग्नेटिक अनुपात; 1 0 - 0 पर स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में चुंबकत्व वेक्टर का संतुलन मान =(0.0, बी 0); टी एक्स -स्पिन-स्पिन (या अनुप्रस्थ) विश्राम समय, टी एक्स =टी वाई=टी 2; टी जेड - स्पिन-जाली (या अनुदैर्ध्य) समय
विश्राम, t^ = t,. एम और एम 2 का मान प्रत्येक कण की उसके आसपास के कणों के साथ परस्पर क्रिया की विशेषताओं पर निर्भर करता है। इन विश्राम समयों को निर्धारित करना चुंबकीय अनुनाद विधि का मुख्य प्रायोगिक कार्य है। Eq में.
(3.106) पहला पद एकल चुंबकीय क्षण (3.103) की गति के समीकरण के अनुरूप लिखा गया है। दूसरा शब्द स्पिन-स्पिन और स्पिन-जाली इंटरैक्शन के कारण है, जो यह निर्धारित करता है कि सिस्टम संतुलन स्थिति तक पहुंचता है या नहीं।
एक अनुचुंबकीय पदार्थ द्वारा अवशोषित विकिरण शक्ति /(ω) की गणना समीकरण (3.106) का उपयोग करके की जाती है। यह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
कहाँ ए- कुछ गुणक; में ]- प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र का आयाम. अवशोषण वक्र का आकार फ़ंक्शन द्वारा निर्धारित होता है
जहां ओ) 0 पूर्वसर्ग आवृत्ति है, ओ) 0 =यू# 0।
इससे पता चलता है कि अवशोषण गुंजयमान प्रकृति का है (चित्र 3.35)। अवशोषण वक्र का आकार लोरेंट्ज़ियन होता है और प्रतिध्वनि पर अधिकतम तक पहुँचता है: सह=सह 0। अवशोषण रेखा की चौड़ाई:
पर्याप्त रूप से कमजोर उच्च-आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र में, अवशोषण वक्र की चौड़ाई स्पिन-स्पिन विश्राम समय द्वारा निर्धारित की जाती है। जैसे-जैसे यह क्षेत्र बढ़ता है, अवशोषण रेखा चौड़ी होती जाती है। अवशोषण वक्र की चौड़ाई विश्राम समय निर्धारित करती है, जो पदार्थ के गुणों से संबंधित होती है। प्रयोगात्मक रूप से अनुनाद प्राप्त करने के लिए, वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र की आवृत्ति को नहीं, बल्कि निरंतर चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर पूर्वता आवृत्ति को बदलना अधिक सुविधाजनक साबित होता है।
चित्र में. चित्र 3.36 ईपीआर के अवलोकन के लिए एक रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोप के सरल आरेखों में से एक को दर्शाता है - एक वेवगाइड ब्रिज के साथ एक रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोप। इसमें आरएफ विकिरण का एक स्थिर स्रोत शामिल है - एक क्लिस्ट्रॉन, अध्ययन के तहत नमूने के साथ एक ट्यून करने योग्य कैविटी रेज़ोनेटर, और सिग्नल का पता लगाने, बढ़ाने और संकेत देने के लिए एक मापने की प्रणाली। क्लिस्ट्रॉन ऊर्जा अध्ययन के तहत नमूने वाले रेज़ोनेटर की आधी भुजा में चली जाती है, और आधी दूसरी भुजा में मिलान भार में चली जाती है। पेंच को समायोजित करके, आप पुल को संतुलित कर सकते हैं। यदि आप मॉड्यूलेशन कॉइल्स का उपयोग करके निरंतर चुंबकीय क्षेत्र को बदलते हैं, तो प्रतिध्वनि पर नमूने का ऊर्जा अवशोषण तेजी से बढ़ जाता है, जिससे पुल का असंतुलन हो जाता है। फिर, सिग्नल को प्रवर्धित करने के बाद, ऑसिलोस्कोप एक अनुनाद वक्र लिखता है।
ईपीआर पद्धति अत्यधिक संवेदनशील है। यह आपको विश्राम के समय, परमाणु चुंबकीय क्षणों को मापने, 10 -12 ग्राम तक के किसी भी अर्ध-चुंबकीय पदार्थ का मात्रात्मक विश्लेषण करने और रासायनिक यौगिकों की संरचना निर्धारित करने की अनुमति देता है।
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास, 79.6 ए/एम तक कमजोर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को मापना, आदि।
आइए हम दिखाएं कि हम एक अनुचुंबकीय पदार्थ (3.107) द्वारा अवशोषित विकिरण की शक्ति की गणना कैसे कर सकते हैं। आइए जटिल रूप में दक्षिणावर्त (चुंबकीय क्षण की पूर्वता की दिशा में) घूमते हुए एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र की कल्पना करें:
बी(टी)== 2?,कोसो)/-/"#, पापव/ = 2? यू +iBly.आप भी प्रवेश कर सकते हैं
जटिल चुम्बकत्व वेक्टर /(/)= / और +मैं (9जो संबंध / = x(o>)R द्वारा प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र के जटिल वेक्टर से संबंधित है, जहां x(w) जटिल चुंबकीय संवेदनशीलता है। यह संबंध स्थैतिक मामले के समान ही प्रस्तुत किया जाता है, जब चुंबकीय क्षेत्र बी क्यूस्थिरांक: / 0 = x 0 ? 0 , कहाँ %o~बलोच समीकरण (3.106) से हम स्थैतिक चुंबकीय संवेदनशीलता प्राप्त करते हैं
स्थिर अवस्था में हमारे पास है: - = -/o)/, -- = 0. फिर से
प्रणाली (3.110) समीकरणों की प्रणाली का अनुसरण करती है:
इस प्रणाली का समाधान:
क्षेत्र अवधि के दौरान औसत अवशोषित शक्ति की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है
इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि अवशोषित शक्ति जटिल चुंबकीय संवेदनशीलता के काल्पनिक भाग द्वारा निर्धारित होती है।
चुंबकीय अनुनाद विधि का उपयोग करके कई मौलिक परिणाम प्राप्त किए गए हैं। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन के विषम चुंबकीय क्षण को मापा गया। यह पता चला कि एक इलेक्ट्रॉन का स्पिन चुंबकीय क्षण बिल्कुल एक बोर मैग्नेटन के बराबर नहीं है, यानी एक इलेक्ट्रॉन के लिए जाइरोमैग्नेटिक अनुपात जी ई^2.इस पर पहले ही §2.7 में चर्चा की जा चुकी है। इस विधि के आधार पर न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण आदि को भी मापा गया, एक परमाणु किरण आवृत्ति और समय मानक बनाया गया - परमाणुसीज़ियम परमाणुओं सीएस 133 की एक किरण का उपयोग करना
1. मुक्त Cu 2+ आयन के 3d कोश में एक इलेक्ट्रॉन की कमी है। 421.88-10 3 A/m के चुंबकीय क्षेत्र में अनुचुंबकीय अनुनाद की आवृत्ति निर्धारित करें।
समाधान। जमीनी अवस्था - /)-अवस्था (एल = 2) स्पिन 5= 1/2 के साथ। हंड के नियम के अनुसार संख्या /= एल+ 5=5/2. चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, यह स्तर (25+ 1)(2Z.+ 1) = 10 के अपक्षयी कारक के साथ विभाजित नहीं होता है। एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में, स्तर 2/+ 1 = 6 उपस्तरों में विभाजित होता है . लैंडे फैक्टर जी=6/5.अनुचुंबकीय अनुनाद आवृत्ति सूत्र (3.101) द्वारा निर्धारित की जाती है।
एक अणु में विभिन्न वातावरणों में समान परमाणु नाभिक अलग-अलग एनएमआर संकेत दिखाते हैं। ऐसे एनएमआर सिग्नल और एक मानक पदार्थ के सिग्नल के बीच का अंतर तथाकथित रासायनिक बदलाव को निर्धारित करना संभव बनाता है, जो अध्ययन किए जा रहे पदार्थ की रासायनिक संरचना द्वारा निर्धारित होता है। एनएमआर तकनीकों में पदार्थों की रासायनिक संरचना, आणविक संरचना, पारस्परिक प्रभाव प्रभाव और इंट्रामोल्युलर परिवर्तनों को निर्धारित करने की कई संभावनाएं हैं।
भौतिकी एनएमआर
परमाणु ऊर्जा स्तरों का विभाजन मैं = 1/2एक चुंबकीय क्षेत्र में
परमाणु चुंबकीय अनुनाद की घटना परमाणु नाभिक के चुंबकीय गुणों पर आधारित है, जिसमें आधे-पूर्णांक स्पिन 1/2, 3/2, 5/2... के साथ नाभिक शामिल होते हैं। सम द्रव्यमान और आवेश संख्या (सम-सम) के साथ नाभिक नाभिक) में चुंबकीय क्षण नहीं होता है, जबकि अन्य सभी नाभिकों के लिए चुंबकीय क्षण शून्य से भिन्न होता है।
इस प्रकार, नाभिक में कोणीय गति होती है, जो संबंध द्वारा चुंबकीय क्षण से संबंधित होती है
,प्लैंक का स्थिरांक कहां है, स्पिन क्वांटम संख्या है, और जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है।
नाभिक के कोणीय संवेग और चुंबकीय क्षण को परिमाणित किया जाता है और एक मनमाने ढंग से चुने गए समन्वय प्रणाली के z अक्ष पर दोनों कोणीय और चुंबकीय क्षणों के प्रक्षेपण के eigenvalues संबंध द्वारा निर्धारित किए जाते हैं
और ,नाभिक के आइजेनस्टेट की चुंबकीय क्वांटम संख्या कहां है, इसके मान नाभिक की स्पिन क्वांटम संख्या से निर्धारित होते हैं
अर्थात्, कोर राज्यों में हो सकता है।
तो, एक प्रोटॉन (या अन्य नाभिक) के लिए मैं = 1/2- 13 सी, 19 एफ, 31 पी, आदि) केवल दो अवस्थाओं में हो सकते हैं
,ऐसे कोर को एक चुंबकीय द्विध्रुव के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसके z-घटक को एक मनमाना समन्वय प्रणाली के z अक्ष की सकारात्मक दिशा के समानांतर या एंटीपैरल समानांतर में उन्मुख किया जा सकता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, अलग-अलग राज्यों वाले सभी राज्यों में समान ऊर्जा होती है, यानी वे पतित होते हैं। विकृति को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में हटा दिया जाता है, और पतित अवस्था के सापेक्ष विभाजन बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण और राज्य के चुंबकीय क्षण और एक स्पिन क्वांटम संख्या वाले नाभिक के लिए आनुपातिक होता है मैंबाह्य चुंबकीय क्षेत्र में एक प्रणाली प्रकट होती है 2आई+1ऊर्जा स्तर, यानी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद की प्रकृति चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनिक स्तरों को विभाजित करने के ज़ीमैन प्रभाव के समान होती है।
सबसे सरल मामले में, स्पिन सी वाले नाभिक के लिए मैं = 1/2- उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन के लिए, विभाजन
और स्पिन अवस्थाओं की ऊर्जा में अंतर
कुछ परमाणु नाभिकों की लार्मोर आवृत्तियाँ
प्रोटॉन अनुनाद की आवृत्ति लघु तरंग दैर्ध्य सीमा (तरंग दैर्ध्य लगभग 7 मीटर) में होती है।
एनएमआर के अनुप्रयोग
स्पेक्ट्रोस्कोपी
मुख्य लेख: एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी
उपकरण
एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर का हृदय एक शक्तिशाली चुंबक है। परसेल द्वारा पहली बार अभ्यास में लाए गए एक प्रयोग में, लगभग 5 मिमी व्यास वाले ग्लास एम्पुल में रखा गया एक नमूना एक मजबूत विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच रखा गया है। फिर शीशी घूमना शुरू कर देती है, और उस पर कार्य करने वाला चुंबकीय क्षेत्र धीरे-धीरे मजबूत होता जाता है। एक उच्च-क्यू रेडियो फ्रीक्वेंसी जनरेटर का उपयोग विकिरण स्रोत के रूप में किया जाता है। बढ़ते चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, वे नाभिक जिनसे स्पेक्ट्रोमीटर जुड़ा हुआ है, प्रतिध्वनित होने लगते हैं। इस मामले में, परिरक्षित कोर अनुनाद (और डिवाइस) की नाममात्र आवृत्ति से थोड़ी कम आवृत्ति पर प्रतिध्वनित होते हैं।
ऊर्जा अवशोषण का पता रेडियो फ़्रीक्वेंसी ब्रिज द्वारा लगाया जाता है और फिर एक रिकॉर्डर द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। आवृत्ति तब तक बढ़ाई जाती है जब तक यह एक निश्चित सीमा तक नहीं पहुंच जाती, जिसके ऊपर प्रतिध्वनि असंभव है।
चूँकि पुल से आने वाली धाराएँ बहुत छोटी हैं, वे खुद को एक स्पेक्ट्रम लेने तक सीमित नहीं रखती हैं, बल्कि कई दर्जन पास बनाती हैं। सभी प्राप्त संकेतों को अंतिम ग्राफ़ में संक्षेपित किया गया है, जिसकी गुणवत्ता डिवाइस के सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर निर्भर करती है।
इस विधि में, नमूना एक स्थिर आवृत्ति पर रेडियोफ्रीक्वेंसी विकिरण के संपर्क में आता है जबकि चुंबकीय क्षेत्र की ताकत भिन्न होती है, यही कारण है कि इसे स्थिर क्षेत्र (सीडब्ल्यू) विधि भी कहा जाता है।
पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी पद्धति के कई नुकसान हैं। सबसे पहले, प्रत्येक स्पेक्ट्रम के निर्माण के लिए बड़ी मात्रा में समय की आवश्यकता होती है। दूसरे, यह बाहरी हस्तक्षेप की अनुपस्थिति पर बहुत मांग कर रहा है, और, एक नियम के रूप में, परिणामी स्पेक्ट्रा में महत्वपूर्ण शोर है। तीसरा, यह उच्च-आवृत्ति स्पेक्ट्रोमीटर (300, 400, 500 और अधिक मेगाहर्ट्ज) बनाने के लिए अनुपयुक्त है। इसलिए, आधुनिक एनएमआर उपकरण प्राप्त सिग्नल के फूरियर परिवर्तनों के आधार पर तथाकथित स्पंदित स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीडब्लू) की विधि का उपयोग करते हैं। वर्तमान में, सभी एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के साथ शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के आधार पर बनाए जाते हैं।
सीडब्ल्यू विधि के विपरीत, स्पंदित संस्करण में, नाभिक "निरंतर तरंग" से नहीं, बल्कि कई माइक्रोसेकंड तक चलने वाली एक छोटी पल्स की मदद से उत्तेजित होते हैं। पल्स के आवृत्ति घटकों के आयाम ν 0 से बढ़ती दूरी के साथ घटते हैं। लेकिन चूंकि यह वांछनीय है कि सभी नाभिक समान रूप से विकिरणित हों, इसलिए "कठोर दालों" का उपयोग करना आवश्यक है, यानी उच्च शक्ति की छोटी दालें। पल्स अवधि को चुना जाता है ताकि आवृत्ति बैंड की चौड़ाई स्पेक्ट्रम की चौड़ाई से एक या दो ऑर्डर अधिक हो। बिजली कई वाट तक पहुंचती है।
स्पंदित स्पेक्ट्रोस्कोपी के परिणामस्वरूप, किसी को दृश्य अनुनाद चोटियों के साथ सामान्य स्पेक्ट्रम नहीं मिलता है, बल्कि नम अनुनाद दोलनों की एक छवि मिलती है, जिसमें सभी गूंजने वाले नाभिकों से सभी संकेत मिश्रित होते हैं - तथाकथित "मुक्त प्रेरण क्षय" (एफआईडी, मुक्त प्रेरण क्षय). इस स्पेक्ट्रम को बदलने के लिए, गणितीय तरीकों का उपयोग किया जाता है, तथाकथित फूरियर ट्रांसफॉर्म, जिसके अनुसार किसी भी फ़ंक्शन को हार्मोनिक दोलनों के एक सेट के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है।
एनएमआर स्पेक्ट्रा
1 एच 4-एथॉक्सीबेंजाल्डिहाइड का स्पेक्ट्रम। एक कमजोर क्षेत्र (सिंगलेट ~9.25 पीपीएम) में सिग्नल एल्डिहाइड समूह के प्रोटॉन से होता है, एक मजबूत क्षेत्र (ट्रिपलेट ~1.85-2 पीपीएम) में - मिथाइल एथॉक्सी समूह के प्रोटॉन से।
एनएमआर का उपयोग करके गुणात्मक विश्लेषण के लिए, इस पद्धति के निम्नलिखित उल्लेखनीय गुणों के आधार पर स्पेक्ट्रा विश्लेषण का उपयोग किया जाता है:
- कुछ कार्यात्मक समूहों से संबंधित परमाणुओं के नाभिक से संकेत स्पेक्ट्रम के कड़ाई से परिभाषित क्षेत्रों में स्थित होते हैं;
- शिखर द्वारा सीमित अभिन्न क्षेत्र गूंजने वाले परमाणुओं की संख्या के लिए सख्ती से आनुपातिक है;
- 1-4 बंधों के माध्यम से पड़े हुए नाभिक तथाकथित के परिणामस्वरूप मल्टीप्लेट सिग्नल उत्पन्न करने में सक्षम हैं। एक दूसरे पर फूट पड़ना.
एनएमआर स्पेक्ट्रा में सिग्नल की स्थिति संदर्भ सिग्नल के सापेक्ष उनके रासायनिक बदलाव की विशेषता है। Tetramethylsilane Si(CH 3) 4 का उपयोग 1 H और 13 C NMR में बाद वाले के रूप में किया जाता है। रासायनिक बदलाव की इकाई उपकरण आवृत्ति का भाग प्रति मिलियन (पीपीएम) है। यदि हम टीएमएस सिग्नल को 0 के रूप में लेते हैं, और कमजोर क्षेत्र में सिग्नल के बदलाव को एक सकारात्मक रासायनिक बदलाव माना जाता है, तो हमें तथाकथित δ स्केल प्राप्त होता है। यदि टेट्रामिथाइलसिलेन की प्रतिध्वनि 10 पीपीएम के बराबर है। और चिह्नों को उलट दें, तो परिणामी पैमाना τ पैमाना होगा, जिसका व्यावहारिक रूप से वर्तमान में उपयोग नहीं किया जाता है। यदि किसी पदार्थ का स्पेक्ट्रम व्याख्या करने के लिए बहुत जटिल है, तो आप स्क्रीनिंग स्थिरांक की गणना करने और उनके आधार पर संकेतों को सहसंबंधित करने के लिए क्वांटम रासायनिक तरीकों का उपयोग कर सकते हैं।
एनएमआर इंट्रोस्कोपी
परमाणु चुंबकीय अनुनाद की घटना का उपयोग न केवल भौतिकी और रसायन विज्ञान में, बल्कि चिकित्सा में भी किया जा सकता है: मानव शरीर समान कार्बनिक और अकार्बनिक अणुओं का एक संग्रह है।
इस घटना का निरीक्षण करने के लिए, एक वस्तु को एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और रेडियो आवृत्ति और क्रमिक चुंबकीय क्षेत्रों के संपर्क में लाया जाता है। अध्ययन के तहत वस्तु के चारों ओर प्रारंभ करनेवाला कुंडल में, एक वैकल्पिक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) उत्पन्न होता है, जिसके आयाम-आवृत्ति स्पेक्ट्रम और समय-क्षणिक विशेषताओं में गूंजने वाले परमाणु नाभिक के स्थानिक घनत्व के साथ-साथ केवल विशिष्ट अन्य मापदंडों के बारे में जानकारी होती है। नाभिकीय चुबकीय अनुनाद। इस जानकारी का कंप्यूटर प्रसंस्करण एक त्रि-आयामी छवि उत्पन्न करता है जो रासायनिक रूप से समतुल्य नाभिक के घनत्व, परमाणु चुंबकीय अनुनाद विश्राम समय, द्रव प्रवाह दर के वितरण, अणुओं के प्रसार और जीवित ऊतकों में जैव रासायनिक चयापचय प्रक्रियाओं की विशेषता बताता है।
एनएमआर इंट्रोस्कोपी (या चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) का सार, वास्तव में, परमाणु चुंबकीय अनुनाद संकेत के आयाम के एक विशेष प्रकार के मात्रात्मक विश्लेषण का कार्यान्वयन है। पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में, व्यक्ति वर्णक्रमीय रेखाओं का सर्वोत्तम संभव रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने का प्रयास करता है। इसे प्राप्त करने के लिए, चुंबकीय प्रणालियों को इस तरह से समायोजित किया जाता है ताकि नमूने के भीतर सर्वोत्तम संभव क्षेत्र एकरूपता बनाई जा सके। इसके विपरीत, एनएमआर इंट्रोस्कोपी विधियों में, निर्मित चुंबकीय क्षेत्र स्पष्ट रूप से गैर-समान होता है। फिर यह उम्मीद करने का कारण है कि नमूने के प्रत्येक बिंदु पर परमाणु चुंबकीय अनुनाद की आवृत्ति का अपना मूल्य है, जो अन्य भागों के मूल्यों से भिन्न है। एनएमआर सिग्नल (मॉनिटर स्क्रीन पर चमक या रंग) के आयाम के उन्नयन के लिए कोई भी कोड सेट करके, आप एक सशर्त छवि प्राप्त कर सकते हैं (
शब्द "चुंबकीय अनुनाद" एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने वाले पदार्थ के इलेक्ट्रॉनिक या परमाणु उपतंत्र द्वारा एक वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ऊर्जा के चयनात्मक (गुंजयमान) अवशोषण को संदर्भित करता है। अवशोषण तंत्र इन उप-प्रणालियों में चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में उत्पन्न होने वाले अलग-अलग ऊर्जा स्तरों के बीच क्वांटम संक्रमण से जुड़ा होता है।
चुंबकीय अनुनादों को आमतौर पर पांच प्रकारों में विभाजित किया जाता है: 1) साइक्लोट्रॉन अनुनाद (सीआर); 2) इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद (ईपीआर); 3) परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर); 4) इलेक्ट्रॉन लौहचुंबकीय अनुनाद; 5) इलेक्ट्रॉनिक एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनाद।
साइक्लोट्रॉन अनुनाद. सीआर के दौरान, निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में स्थित अर्धचालकों और धातुओं में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ऊर्जा का चयनात्मक अवशोषण देखा जाता है, जो लैंडौ ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम संक्रमण के कारण होता है। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चालन इलेक्ट्रॉनों का अर्ध-निरंतर ऊर्जा स्पेक्ट्रम ऐसे समदूरस्थ स्तरों में विभाजित होता है।
सीआर के भौतिक तंत्र का सार शास्त्रीय सिद्धांत के ढांचे के भीतर समझा जा सकता है। एक मुक्त इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन आवृत्ति के साथ चुंबकीय प्रेरण लाइनों के चारों ओर एक सर्पिल प्रक्षेपवक्र के साथ एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र (अक्ष के साथ निर्देशित) में चलता है
आवेश का परिमाण और इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान क्रमशः कहाँ और हैं। आइए अब एक रेडियो फ़्रीक्वेंसी फ़ील्ड को चालू करें जिसमें एक फ़्रीक्वेंसी और एक वेक्टर लंबवत हो (उदाहरण के लिए, अक्ष के साथ)। यदि इलेक्ट्रॉन के पास सर्पिल के साथ अपनी गति का एक उपयुक्त चरण है, तो चूंकि इसके घूर्णन की आवृत्ति बाहरी क्षेत्र की आवृत्ति के साथ मेल खाती है, इसलिए इसमें तेजी आएगी और सर्पिल का विस्तार होगा। किसी इलेक्ट्रॉन को त्वरित करने का अर्थ उसकी ऊर्जा को बढ़ाना है, जो रेडियो फ्रीक्वेंसी क्षेत्र से उसके स्थानांतरण के कारण होता है। इस प्रकार, यदि निम्नलिखित शर्तें पूरी होती हैं तो गुंजयमान अवशोषण संभव है:
बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की आवृत्ति, जिसकी ऊर्जा अवशोषित होती है, इलेक्ट्रॉनों की साइक्लोट्रॉन आवृत्ति के साथ मेल खाना चाहिए;
विद्युत चुम्बकीय तरंग के विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर में स्थिर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के लिए सामान्य घटक होना चाहिए;
क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनों की औसत मुक्त यात्रा का समय साइक्लोट्रॉन दोलन की अवधि से अधिक होना चाहिए।
अर्धचालकों में वाहकों के प्रभावी द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए सीआर विधि का उपयोग किया जाता है। सीआर लाइन की आधी-चौड़ाई से, कोई विशेषता बिखरने का समय निर्धारित कर सकता है, और इस तरह वाहक गतिशीलता निर्धारित कर सकता है। रेखा क्षेत्र के आधार पर, नमूने में आवेश वाहकों की सांद्रता निर्धारित की जा सकती है।
इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद. ईपीआर घटना में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के चुंबकीय वेक्टर के सामान्य स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए पैरामैग्नेटिक नमूनों में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ऊर्जा का गुंजयमान अवशोषण शामिल होता है। घटना का भौतिक सार इस प्रकार है।
अयुग्मित इलेक्ट्रॉन वाले परमाणु का चुंबकीय क्षण अभिव्यक्ति (5.35) द्वारा निर्धारित किया जाता है। एक चुंबकीय क्षेत्र में, एक परमाणु के ऊर्जा स्तर, चुंबकीय क्षेत्र के साथ चुंबकीय क्षण की बातचीत के कारण, ऊर्जा के साथ उप-स्तरों में विभाजित होते हैं
परमाणु की चुंबकीय क्वांटम संख्या कहां है और मान लेता है
(5.52) से यह स्पष्ट है कि उपस्तरों की संख्या बराबर है, और उपस्तरों के बीच की दूरी है
बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव में परमाणुओं का निम्न से उच्च स्तर तक संक्रमण हो सकता है। क्वांटम यांत्रिक चयन नियमों के अनुसार, अनुमत संक्रमण वे होते हैं जिनमें चुंबकीय क्वांटम संख्या एक से बदल जाती है, अर्थात। नतीजतन, ऐसे क्षेत्र की ऊर्जा मात्रा उपस्तरों के बीच की दूरी के बराबर होनी चाहिए
संबंध (5.55) ईपीआर शर्त है। गुंजयमान आवृत्ति का एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र समान संभावना के साथ निचले चुंबकीय उपस्तरों से ऊपरी (अवशोषण) और इसके विपरीत (उत्सर्जन) में संक्रमण का कारण बनेगा। थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में, दो पड़ोसी स्तरों की आबादी के बीच संबंध बोल्ट्ज़मैन के नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है
(5.56) से यह स्पष्ट है कि कम ऊर्जा वाले राज्यों की जनसंख्या अधिक है ()। इसलिए, इन परिस्थितियों में, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा को अवशोषित करने वाले परमाणुओं की संख्या, उत्सर्जित करने वाले परमाणुओं की संख्या पर प्रबल होगी; परिणामस्वरूप, सिस्टम विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ऊर्जा को अवशोषित करेगा, जिससे वृद्धि होगी। हालाँकि, जाली के साथ अंतःक्रिया के कारण, अवशोषित ऊर्जा को गर्मी के रूप में जाली में स्थानांतरित किया जाता है, और आमतौर पर इतनी तेज़ी से कि उपयोग की जाने वाली आवृत्तियों पर अनुपात इसके संतुलन मूल्य (5.56) से बहुत कम भिन्न होता है।
ईपीआर आवृत्तियों को (5.55) से निर्धारित किया जा सकता है। मान को प्रतिस्थापित करने और (विशुद्ध रूप से स्पिन पल) की गिनती करने पर, हम गुंजयमान आवृत्ति प्राप्त करते हैं
(5.57) से यह स्पष्ट है कि 1 टी तक के क्षेत्रों में गुंजयमान आवृत्तियाँ हर्ट्ज रेंज में होती हैं, अर्थात रेडियो फ्रीक्वेंसी और माइक्रोवेव क्षेत्रों में।
अनुनाद स्थिति (5.55) चुंबकीय क्षणों वाले पृथक परमाणुओं पर लागू होती है। हालाँकि, यदि चुंबकीय क्षणों के बीच परस्पर क्रिया नगण्य है तो यह परमाणुओं की प्रणाली के लिए मान्य रहता है। ऐसी प्रणाली एक पैरामैग्नेटिक क्रिस्टल है, जिसमें चुंबकीय परमाणु एक दूसरे से बड़ी दूरी पर स्थित होते हैं।
ईपीआर घटना की भविष्यवाणी 1923 में की गई थी। वाई.जी. डोर्फ़मैन और प्रायोगिक तौर पर 1944 में खोजा गया। ई.के. ज़ावोइस्की। वर्तमान में, ईपीआर का उपयोग ठोस पदार्थों के अध्ययन के लिए सबसे शक्तिशाली तरीकों में से एक के रूप में किया जाता है। ईपीआर स्पेक्ट्रा की व्याख्या के आधार पर, दोषों, ठोस पदार्थों और इलेक्ट्रॉनिक संरचना में अशुद्धियों, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र आदि के बारे में जानकारी प्राप्त की जाती है। पैरामैग्नेटिक एम्पलीफायरों और जनरेटरों को ईपीआर घटना पर बनाया गया है।
नाभिकीय चुबकीय अनुनाद. भारी प्राथमिक कण प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (न्यूक्लियॉन) होते हैं, और परिणामस्वरूप, उनसे निर्मित परमाणु नाभिक के अपने चुंबकीय क्षण होते हैं, जो परमाणु चुंबकत्व के स्रोत के रूप में काम करते हैं। प्राथमिक चुंबकीय क्षण की भूमिका, इलेक्ट्रॉन के अनुरूप, यहां बोह्र परमाणु मैग्नेटन द्वारा निभाई जाती है
परमाणु नाभिक में एक चुंबकीय क्षण होता है
नाभिक का कारक कहां है, नाभिक की स्पिन संख्या है, जो अर्ध-पूर्णांक और पूर्णांक मान लेता है:
0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... . (5.60)
अक्ष पर परमाणु चुंबकीय क्षण का प्रक्षेपण जेडमनमाने ढंग से चुनी गई समन्वय प्रणाली संबंध द्वारा निर्धारित की जाती है
यहां, चुंबकीय क्वांटम संख्या, ज्ञात होने पर, निम्नलिखित मान लेती है:
बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, अलग-अलग राज्यों वाली सभी स्थितियों में समान ऊर्जा होती है, इसलिए, वे पतित होते हैं। गैर-शून्य चुंबकीय क्षण वाला एक परमाणु नाभिक, बाहरी स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, स्थानिक परिमाणीकरण का अनुभव करता है, और इसका गुना पतित स्तर एक ज़ीमैन मल्टीप्लेट में विभाजित होता है, जिसके स्तर में ऊर्जा होती है
यदि इसके बाद नाभिक को एक वैकल्पिक क्षेत्र के संपर्क में लाया जाता है, तो ऊर्जा की मात्रा स्तरों के बीच की दूरी के बराबर होती है (5.63)
तब परमाणु नाभिक द्वारा ऊर्जा का एक गुंजयमान अवशोषण होता है, जिसे परमाणु अनुचुंबकीय अनुनाद या बस कहा जाता है नाभिकीय चुबकीय अनुनाद.
इस तथ्य के कारण कि यह बहुत छोटा है, एनएमआर अनुनाद आवृत्ति ईपीआर आवृत्ति की तुलना में काफी कम है। इस प्रकार, 1 टी के क्रम के क्षेत्रों में एनएमआर रेडियो फ्रीक्वेंसी क्षेत्र में देखा जाता है।
नाभिक, परमाणुओं और अणुओं का अध्ययन करने की एक विधि के रूप में एनएमआर को विशेष रूप से चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को मापने के लिए भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, चिकित्सा, प्रौद्योगिकी में विभिन्न अनुप्रयोग प्राप्त हुए हैं।
पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी पद्धति के कई नुकसान हैं। सबसे पहले, प्रत्येक स्पेक्ट्रम के निर्माण के लिए बड़ी मात्रा में समय की आवश्यकता होती है। दूसरे, यह बाहरी हस्तक्षेप की अनुपस्थिति पर बहुत मांग कर रहा है, और, एक नियम के रूप में, परिणामी स्पेक्ट्रा में महत्वपूर्ण शोर है। तीसरा, यह उच्च-आवृत्ति स्पेक्ट्रोमीटर बनाने के लिए अनुपयुक्त है। इसलिए, आधुनिक एनएमआर उपकरण प्राप्त सिग्नल के फूरियर परिवर्तनों के आधार पर तथाकथित पल्स स्पेक्ट्रोस्कोपी की विधि का उपयोग करते हैं।
वर्तमान में, सभी एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के साथ शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के आधार पर बनाए जाते हैं।
एनएमआर इंट्रोस्कोपी (या चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) का सार परमाणु चुंबकीय अनुनाद संकेत के आयाम के एक विशेष प्रकार के मात्रात्मक विश्लेषण का कार्यान्वयन है। एनएमआर इंट्रोस्कोपी विधियों में, चुंबकीय क्षेत्र स्पष्ट रूप से गैर-समान बनाया जाता है। फिर यह उम्मीद करने का कारण है कि नमूने के प्रत्येक बिंदु पर परमाणु चुंबकीय अनुनाद की आवृत्ति का अपना मूल्य है, जो अन्य भागों के मूल्यों से भिन्न है। एनएमआर सिग्नल (मॉनिटर स्क्रीन पर चमक या रंग) के आयाम के ग्रेडेशन के लिए कोई भी कोड सेट करके, आप ऑब्जेक्ट की आंतरिक संरचना के अनुभागों की एक पारंपरिक छवि (टोमोग्राम) प्राप्त कर सकते हैं।
फेरो- और एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनाद. लौहचुम्बकीय अनुनाद का भौतिक सार यह है कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में जो लौहचुम्बक को संतृप्ति के लिए चुम्बकित करता है, नमूने का कुल चुंबकीय क्षण लार्मोर आवृत्ति के साथ इस क्षेत्र के चारों ओर जमा होना शुरू हो जाता है जो क्षेत्र पर निर्भर करता है। यदि एक उच्च-आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को ऐसे नमूने पर लंबवत लागू किया जाता है, और इसकी आवृत्ति बदल दी जाती है, तो क्षेत्र ऊर्जा का गुंजयमान अवशोषण होता है। इस मामले में अवशोषण पैरामैग्नेटिक अनुनाद की तुलना में अधिक परिमाण के कई आदेश हैं, क्योंकि चुंबकीय संवेदनशीलता, और, परिणामस्वरूप, उनमें चुंबकीय संतृप्ति क्षण पैरामैग्नेटिक सामग्रियों की तुलना में बहुत अधिक है।
फेरो में अनुनाद घटना की विशेषताएं - और एंटीफेरोमैग्नेट्स मुख्य रूप से इस तथ्य से निर्धारित होते हैं कि ऐसे पदार्थों में वे अलग-अलग परमाणुओं या सामान्य पैरामैग्नेटिक निकायों के अपेक्षाकृत कमजोर रूप से बातचीत करने वाले आयनों से नहीं, बल्कि दृढ़ता से बातचीत करने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक जटिल प्रणाली से निपटते हैं। विनिमय (इलेक्ट्रोस्टैटिक) इंटरैक्शन एक बड़ा परिणामी चुंबकीयकरण बनाता है, और इसके साथ एक बड़ा आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो अनुनाद स्थितियों (5.55) को महत्वपूर्ण रूप से बदलता है।
फेरोमैग्नेटिक अनुनाद ईपीआर से इस मायने में भिन्न है कि इस मामले में ऊर्जा अवशोषण परिमाण के कई आदेशों से अधिक मजबूत है और अनुनाद स्थिति (प्रत्यावर्ती क्षेत्र की गुंजयमान आवृत्ति और निरंतर चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण के बीच संबंध) काफी हद तक के आकार पर निर्भर करती है। नमूने.
कई माइक्रोवेव उपकरण लौहचुंबकीय अनुनाद की घटना पर आधारित होते हैं: अनुनाद वाल्व और फिल्टर, पैरामैग्नेटिक एम्पलीफायर, पावर लिमिटर्स और विलंब लाइनें।
एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनाद (इलेक्ट्रोनिक चुंबकीय अनुनादवी प्रतिलौह चुम्बक) - एक आवृत्ति (10-1000 गीगाहर्ट्ज) के साथ एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव के लिए एक एंटीफेरोमैग्नेट की चुंबकीय प्रणाली की अपेक्षाकृत बड़ी चयनात्मक प्रतिक्रिया की घटना, चुंबकीय उप-वर्गों के चुंबकीयकरण वैक्टर की पूर्वता की प्राकृतिक आवृत्तियों के करीब है प्रणाली। यह घटना विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ऊर्जा के मजबूत अवशोषण के साथ है।
क्वांटम दृष्टिकोण से, ए एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनादइसे एक तरंग वेक्टर के साथ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के फोटॉन के मैग्नॉन में गुंजयमान परिवर्तन के रूप में माना जा सकता है।
निरीक्षण करने के लिए ए एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनादरेडियो स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया जाता है, जो ईएसआर का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन उच्च (1000 गीगाहर्ट्ज तक) आवृत्तियों और मजबूत (1 एमजी तक) चुंबकीय क्षेत्रों में माप करने की अनुमति देते हैं। सबसे आशाजनक स्पेक्ट्रोमीटर वे हैं जिनमें चुंबकीय क्षेत्र को नहीं, बल्कि आवृत्ति को स्कैन किया जाता है। ऑप्टिकल पहचान विधियां व्यापक हो गई हैं एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनाद.
नाभिकीय चुबकीय अनुनाद
वीसी. वोरोनोव
इरकुत्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय
परिचय
हाल तक, परमाणुओं और अणुओं की संरचना के बारे में हमारी समझ ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके किए गए अध्ययनों पर आधारित थी। वर्णक्रमीय तरीकों के सुधार के संबंध में, जिसने स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप के क्षेत्र को अल्ट्रा-उच्च (लगभग 10^3 - 10^6 मेगाहर्ट्ज; माइक्रोरेडियो तरंगें) और उच्च आवृत्तियों (लगभग 10^(-2) - की सीमा में उन्नत किया है 10^2 मेगाहर्ट्ज; रेडियो तरंगें), पदार्थ की संरचना के बारे में जानकारी के नए स्रोत सामने आए हैं। इस आवृत्ति रेंज में विकिरण को अवशोषित और उत्सर्जित करते समय, विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम की अन्य श्रेणियों की तरह ही मूल प्रक्रिया होती है, अर्थात्, एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर पर जाने पर, सिस्टम ऊर्जा की एक मात्रा को अवशोषित या उत्सर्जित करता है।
ऊर्जा स्तर और इन प्रक्रियाओं में शामिल क्वांटा की ऊर्जा में अंतर रेडियो फ्रीक्वेंसी क्षेत्र के लिए लगभग 10^(-7) eV और अल्ट्राहाई आवृत्तियों के लिए लगभग 10^(-4) eV है। दो प्रकार की रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी में, अर्थात् परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) और परमाणु चतुर्भुज अनुनाद (एनक्यूआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी, स्तर ऊर्जा में अंतर एक लागू चुंबकीय क्षेत्र में नाभिक के चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षणों के क्रमशः विभिन्न अभिविन्यासों से जुड़ा होता है और आणविक विद्युत क्षेत्रों में नाभिक के विद्युत चतुर्भुज क्षण, यदि उत्तरार्द्ध गोलाकार रूप से सममित नहीं हैं।
परमाणु क्षणों के अस्तित्व की खोज सबसे पहले उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके कुछ परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा की हाइपरफाइन संरचना का अध्ययन करके की गई थी।
बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, नाभिक के चुंबकीय क्षण एक निश्चित तरीके से उन्मुख होते हैं और इन विभिन्न अभिविन्यासों से जुड़े परमाणु ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण का निरीक्षण करना संभव हो जाता है: एक निश्चित आवृत्ति के विकिरण के प्रभाव में होने वाले संक्रमण। परमाणु ऊर्जा के स्तर का परिमाणीकरण, नाभिक के कोणीय संवेग की क्वांटम प्रकृति का प्रत्यक्ष परिणाम है। मैं+ 1 मान. स्पिन क्वांटम संख्या (स्पिन) मैं कोई भी मान ले सकता हूं जो 1/2 का गुणज हो; उच्चतम ज्ञात मूल्य मैं(>7) में लू है। कोणीय गति का सबसे बड़ा मापनीय मान (चयनित दिशा पर क्षण के प्रक्षेपण का सबसे बड़ा मूल्य) के बराबर है मैं ћ , कहाँ ћ = एच /2 π , ए एच- प्लैंक स्थिरांक.
मान मैंविशिष्ट नाभिक के लिए भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है, लेकिन यह देखा गया है कि ऐसे आइसोटोप जिनमें द्रव्यमान संख्या और परमाणु संख्या दोनों समान होते हैं मैं= 0, और विषम द्रव्यमान संख्या वाले समस्थानिकों में अर्ध-पूर्णांक स्पिन मान होते हैं। यह वह स्थिति है जब नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या सम और बराबर होती है ( मैं= 0), को "पूर्ण युग्मन" वाली अवस्था के रूप में माना जा सकता है, जो एक प्रतिचुंबकीय अणु में इलेक्ट्रॉनों के पूर्ण युग्मन के अनुरूप है।
1945 के अंत में, अमेरिकी भौतिकविदों के दो समूहों का नेतृत्व एफ. बलोच (स्टैनफोर यूनिवर्सिटी) और ई.एम. परसेल (हार्वर्ड विश्वविद्यालय) परमाणु चुंबकीय अनुनाद संकेत प्राप्त करने वाले पहले व्यक्ति थे। बलोच ने पानी में प्रोटॉन पर गुंजयमान अवशोषण देखा, और पर्सेल पैराफिन में प्रोटॉन पर परमाणु अनुनाद का पता लगाने में सफल रहा। इस खोज के लिए उन्हें 1952 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
एनएमआर घटना का सार और इसकी विशिष्ट विशेषताएं नीचे उल्लिखित हैं।
उच्च रिज़ॉल्यूशन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी
एनएमआर घटना का सार
एनएमआर घटना का सार इस प्रकार चित्रित किया जा सकता है। यदि चुंबकीय क्षण वाला एक नाभिक एक समान क्षेत्र में रखा जाता है एन 0 , z अक्ष के अनुदिश निर्देशित है, तो इसकी ऊर्जा (क्षेत्र की अनुपस्थिति में ऊर्जा के सापेक्ष) के बराबर है μ जेड एच 0, कहाँ μ जेड, - क्षेत्र की दिशा पर परमाणु चुंबकीय क्षण का प्रक्षेपण।
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, कोर 2 में स्थित हो सकता है मैं+ 1 राज्य. बाह्य क्षेत्र के अभाव में H 0 इन सभी अवस्थाओं में समान ऊर्जा है। यदि हम चुंबकीय क्षण घटक के सबसे बड़े मापनीय मान को निरूपित करते हैं μ , फिर चुंबकीय क्षण घटक के सभी मापनीय मान (इस मामले में μ जेड,) के रूप में व्यक्त किये गये हैं एम μ, कहाँ एम- क्वांटम संख्या, जो मान ले सकती है, जैसा कि ज्ञात है
एम= मैं, मैं- 1,मैं- 2...-(मैं- 1),-मैं।
चूंकि दोनों में से प्रत्येक के अनुरूप ऊर्जा स्तरों के बीच की दूरी मैं+ 1 स्थिति, बराबर एम एन 0 /मैं, फिर स्पिन के साथ नाभिक मैंअलग-अलग ऊर्जा स्तर हैं
- μ एच0,-(आई-1)μ जेड एच 0 /मैं,..., (आई-1)μ जेड एच 0 /मैं, μ ह0.
चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा स्तरों के विभाजन को परमाणु ज़ीमन विभाजन कहा जा सकता है, क्योंकि यह चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के विभाजन (ज़ीमन प्रभाव) के समान है। ज़ीमन विभाजन को चित्र में दिखाया गया है। सिस्टम के लिए 1 मैं= 1 (तीन ऊर्जा स्तरों के साथ)।
चावल। 1. ज़ीमन चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु ऊर्जा के स्तर का विभाजन।
एनएमआर घटना में नाभिक के चुंबकत्व के कारण विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का गुंजयमान अवशोषण शामिल है। इससे घटना का स्पष्ट नाम सामने आता है: परमाणु - हम नाभिक की एक प्रणाली के बारे में बात कर रहे हैं, चुंबकीय - हमारा मतलब केवल उनके चुंबकीय गुणों, अनुनाद से है - घटना स्वयं एक गुंजयमान प्रकृति की है। दरअसल, बोह्र के आवृत्ति नियमों से यह पता चलता है कि आसन्न स्तरों के बीच संक्रमण पैदा करने वाले विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की आवृत्ति ν सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है
,
(1)
चूँकि कोणीय संवेग (कोणीय संवेग) और चुंबकीय क्षण के सदिश समानांतर होते हैं, संबंध द्वारा निर्धारित मान γ द्वारा नाभिक के चुंबकीय गुणों को चिह्नित करना अक्सर सुविधाजनक होता है
, (2)
कहाँ γ जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है, जिसका आयाम रेडियन * ओर्स्टेड^(- 1) * सेकंड^(- 1) (रेड * ई^(- 1) * s*(- 1) ) या रेडियन/(ओरस्टेड * सेकंड) है (रेड/ (ई*एस)). इसे ध्यान में रखते हुए, हम पाते हैं
, (3)
इस प्रकार, आवृत्ति लागू क्षेत्र के समानुपाती होती है।
यदि, एक विशिष्ट उदाहरण के रूप में, हम एक प्रोटॉन के लिए γ का मान 2.6753 * 10:4 रेड / (ई * एस) के बराबर लेते हैं, और एच 0 = 10,000 Oe, तो गुंजयमान आवृत्ति
ऐसी आवृत्ति पारंपरिक रेडियो इंजीनियरिंग विधियों द्वारा उत्पन्न की जा सकती है।
एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में कई विशेषताएं हैं जो इसे अन्य विश्लेषणात्मक तरीकों से अलग करती हैं। ज्ञात समस्थानिकों के लगभग आधे (~150) नाभिकों में चुंबकीय क्षण होते हैं, लेकिन केवल अल्पसंख्यक का ही व्यवस्थित रूप से उपयोग किया जाता है।
स्पंदित स्पेक्ट्रोमीटर के आगमन से पहले, अधिकांश अध्ययन हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) पर एनएमआर की घटना का उपयोग करके किए गए थे। 1 एच (प्रोटॉन चुंबकीय अनुनाद - पीएमआर) और फ्लोरीन 19 एफ. इन नाभिकों में एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए आदर्श गुण हैं:
"चुंबकीय" आइसोटोप की उच्च प्राकृतिक सामग्री ( 1एच 99.98%, 19 एफ 100%); तुलना के लिए, यह उल्लेख किया जा सकता है कि कार्बन के "चुंबकीय" आइसोटोप की प्राकृतिक सामग्री 13 सी 1.1% है;
बड़ा चुंबकीय क्षण;
घुमाना मैं = 1/2.
यह मुख्य रूप से उपरोक्त नाभिक से संकेतों का पता लगाने पर विधि की उच्च संवेदनशीलता को निर्धारित करता है। इसके अलावा, एक सैद्धांतिक रूप से कड़ाई से प्रमाणित नियम है जिसके अनुसार केवल एकता के बराबर या उससे अधिक स्पिन वाले नाभिक में ही विद्युत चतुष्कोणीय क्षण होता है। इसलिए, एनएमआर प्रयोग 1 एच और 19 एफ विद्युत वातावरण के साथ नाभिक के परमाणु चतुर्भुज क्षण की बातचीत से जटिल नहीं है। बड़ी संख्या में कार्य दूसरों (इसके अलावा) पर प्रतिध्वनि के लिए समर्पित किए गए हैं 1 एच और 19 एफ) नाभिक जैसे 13 सी, 31 पी, 11 बी, 17 तरल चरण में O (नाभिक 1 के समान)। 1 एच और 19 एफ)।
रोजमर्रा के अभ्यास में स्पंदित एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर की शुरूआत ने इस प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपी की प्रयोगात्मक क्षमताओं में काफी विस्तार किया है। विशेष रूप से, एनएमआर स्पेक्ट्रा की रिकॉर्डिंग 13 सी समाधान - रसायन विज्ञान के लिए सबसे महत्वपूर्ण आइसोटोप - अब वस्तुतः एक सामान्य प्रक्रिया है। नाभिक से संकेतों का पता लगाना भी आम बात हो गई है, जिसके एनएमआर संकेतों की तीव्रता नाभिक से आने वाले संकेतों की तीव्रता से कई गुना कम है। 1 एच, ठोस चरण सहित।
उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर स्पेक्ट्रा में आमतौर पर विभिन्न रासायनिक वातावरणों में चुंबकीय नाभिक के अनुरूप संकीर्ण, अच्छी तरह से हल की गई रेखाएं (सिग्नल) शामिल होती हैं। स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड करते समय संकेतों की तीव्रता (क्षेत्र) प्रत्येक समूह में चुंबकीय नाभिक की संख्या के समानुपाती होती है, जो प्रारंभिक अंशांकन के बिना एनएमआर स्पेक्ट्रा का उपयोग करके मात्रात्मक विश्लेषण करना संभव बनाती है।
एनएमआर की एक अन्य विशेषता विनिमय प्रक्रियाओं का प्रभाव है जिसमें गूंजने वाले नाभिक गुंजयमान संकेतों की स्थिति और चौड़ाई पर भाग लेते हैं। इस प्रकार, एनएमआर स्पेक्ट्रा से ऐसी प्रक्रियाओं की प्रकृति का अध्ययन किया जा सकता है। तरल पदार्थों के स्पेक्ट्रा में एनएमआर लाइनों की चौड़ाई आमतौर पर 0.1 - 1 हर्ट्ज (उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर) होती है, जबकि ठोस चरण में अध्ययन किए गए समान नाभिक 1 * 10^ 4 के क्रम की चौड़ाई वाली रेखाओं की उपस्थिति का कारण बनेंगे। हर्ट्ज (इसलिए एनएमआर वाइड लाइनों की अवधारणा)।
उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में अणुओं की संरचना और गतिशीलता के बारे में जानकारी के दो मुख्य स्रोत हैं:
रासायनिक पारी;
स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक।
रासायनिक पारी
वास्तविक परिस्थितियों में, प्रतिध्वनि करने वाले नाभिक, जिनके एनएमआर संकेतों का पता लगाया जाता है, परमाणुओं या अणुओं का एक अभिन्न अंग हैं। परीक्षण पदार्थों को चुंबकीय क्षेत्र में रखते समय ( एच 0 ) परमाणुओं (अणुओं) का एक प्रतिचुंबकीय क्षण उत्पन्न होता है, जो इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति के कारण होता है। इलेक्ट्रॉनों की यह गति प्रभावी धाराएँ बनाती है और इसलिए एक द्वितीयक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है, जो लेन्ज़ के नियम के अनुसार क्षेत्र के समानुपाती होता है एच 0 और विपरीत दिशा में. यह द्वितीयक क्षेत्र कोर पर कार्य करता है। इस प्रकार, उस स्थान पर स्थानीय क्षेत्र जहां प्रतिध्वनि कोर स्थित है
,
(4)
कहाँ σ एक आयामहीन स्थिरांक है, जिसे स्क्रीनिंग स्थिरांक कहा जाता है और इससे स्वतंत्र होता है एच 0 , लेकिन रासायनिक (इलेक्ट्रॉनिक) वातावरण पर अत्यधिक निर्भर; यह कमी को दर्शाता है ह्लोकके साथ तुलना एच 0 .
परिमाण σ एक प्रोटॉन के लिए 10^(- 5) के क्रम के मान से लेकर भारी नाभिक के लिए 10^(- 2) के क्रम के मान तक भिन्न होता है। के लिए अभिव्यक्ति को ध्यान में रखते हुए ह्लोकहमारे पास है
,
(5)
परिरक्षण प्रभावइसमें परमाणु चुंबकीय ऊर्जा के स्तरों के बीच की दूरी को कम करना शामिल है या, दूसरे शब्दों में, ज़ीमैन स्तरों के अभिसरण की ओर ले जाता है (चित्र 2)। इस मामले में, स्तरों के बीच संक्रमण पैदा करने वाली ऊर्जा क्वांटा छोटी हो जाती है और इसलिए, प्रतिध्वनि कम आवृत्तियों पर होती है (अभिव्यक्ति देखें (5))। यदि आप फ़ील्ड बदल कर कोई प्रयोग करते हैं एच 0 जब तक अनुनाद उत्पन्न नहीं होता है, तब तक लागू क्षेत्र की ताकत उस स्थिति से अधिक होनी चाहिए जब कोर को परिरक्षित नहीं किया जाता है।
चावल। 2. नाभिक के ज़ीमैन स्तरों पर इलेक्ट्रॉनिक परिरक्षण का प्रभाव: ए - अरक्षित, बी - परिरक्षित।
एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के विशाल बहुमत में, स्पेक्ट्रा तब रिकॉर्ड किया जाता है जब क्षेत्र बाएं से दाएं बदलता है, इसलिए सबसे अधिक संरक्षित नाभिक के सिग्नल (चोटियाँ) स्पेक्ट्रम के दाईं ओर होने चाहिए।
स्क्रीनिंग स्थिरांक में अंतर के कारण रासायनिक वातावरण के आधार पर सिग्नल के बदलाव को रासायनिक बदलाव कहा जाता है।
रासायनिक बदलाव की खोज पहली बार 1950 और 1951 के बीच कई प्रकाशनों में बताई गई थी। उनमें से, अर्नोल्ड और सह-लेखकों (1951) के काम पर प्रकाश डालना आवश्यक है, जिन्होंने समान नाभिक की रासायनिक रूप से भिन्न स्थितियों के अनुरूप अलग-अलग रेखाओं वाला पहला स्पेक्ट्रम प्राप्त किया। 1 एक अणु में एच. हम बात कर रहे हैं एथिल अल्कोहल सीएच की 3 सीएच 2 ओह, विशिष्ट एनएमआर स्पेक्ट्रम 1 जिसका H कम रिज़ॉल्यूशन पर चित्र में दिखाया गया है। 3.
चावल। 3. कम रिज़ॉल्यूशन पर लिया गया तरल एथिल अल्कोहल का प्रोटॉन अनुनाद स्पेक्ट्रम।
इस अणु में तीन प्रकार के प्रोटॉन हैं: मिथाइल समूह सीएच के तीन प्रोटॉन 3 -, मेथिलीन समूह के दो प्रोटॉन -CH 2 - और हाइड्रॉक्सिल समूह का एक प्रोटॉन -OH। यह देखा जा सकता है कि तीन अलग-अलग सिग्नल तीन प्रकार के प्रोटॉन से मेल खाते हैं। चूंकि सिग्नल की तीव्रता 3: 2: 1 के अनुपात में है, इसलिए स्पेक्ट्रम (सिग्नल असाइनमेंट) को डिकोड करना मुश्किल नहीं है।
चूँकि रासायनिक बदलावों को पूर्ण पैमाने पर नहीं मापा जा सकता है, अर्थात, इसके सभी इलेक्ट्रॉनों को छीनने वाले नाभिक के सापेक्ष, एक संदर्भ यौगिक के संकेत को संदर्भ शून्य के रूप में उपयोग किया जाता है। आमतौर पर, किसी भी नाभिक के लिए रासायनिक बदलाव मान एक आयामहीन पैरामीटर 8 के रूप में दिए जाते हैं, जिन्हें निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
,
(6)
कहाँ एच- नहींअध्ययनाधीन नमूने और मानक के लिए रासायनिक बदलाव में अंतर है, नहीं- लागू फ़ील्ड के साथ संदर्भ सिग्नल की पूर्ण स्थिति एच 0 .
वास्तविक प्रायोगिक स्थितियों में, फ़ील्ड के बजाय आवृत्ति को अधिक सटीक रूप से मापना संभव है, इसलिए δ आमतौर पर अभिव्यक्ति से पाया जाता है
,
(7)
कहाँ ν - मैं मंजिलनमूने और मानक के लिए रासायनिक बदलावों में अंतर है, जो आवृत्ति इकाइयों (हर्ट्ज) में व्यक्त किया गया है; एनएमआर स्पेक्ट्रा आमतौर पर इन इकाइयों में कैलिब्रेट किया जाता है।
सच कहूँ तो, किसी को भी उपयोग नहीं करना चाहिए ν 0 - स्पेक्ट्रोमीटर की ऑपरेटिंग आवृत्ति (यह आमतौर पर तय होती है), और आवृत्ति मैं मंजिल, अर्थात, वह पूर्ण आवृत्ति जिस पर मानक का गुंजयमान संकेत देखा जाता है। हालाँकि, इस तरह के प्रतिस्थापन से उत्पन्न त्रुटि बहुत छोटी है ν 0 और मैं मंजिललगभग बराबर (अंतर 10^ (-5) है, यानी राशि के हिसाब से σ एक प्रोटॉन के लिए)। क्योंकि अलग-अलग एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर अलग-अलग आवृत्तियों पर काम करते हैं ν 0 (और, इसलिए, विभिन्न क्षेत्रों के लिए एच 0 ), व्यक्त करने की आवश्यकता स्पष्ट है δ आयामहीन इकाइयों में.
रासायनिक बदलाव की इकाई को क्षेत्र की ताकत या अनुनाद आवृत्ति (पीपीएम) का दस लाखवां हिस्सा माना जाता है। विदेशी साहित्य में, यह संक्षिप्त नाम पीपीएम (पार्ट्स पर मिलियन) से मेल खाता है। प्रतिचुंबकीय यौगिक बनाने वाले अधिकांश नाभिकों के लिए, उनके संकेतों की रासायनिक बदलाव की सीमा सैकड़ों और हजारों पीपीएम है, जो 20,000 पीपीएम तक पहुंचती है। एनएमआर के मामले में 59
सह (कोबाल्ट)। स्पेक्ट्रा में 1
अधिकांश यौगिकों के प्रोटॉन एच सिग्नल 0 - 10 पीपीएम की सीमा में होते हैं।
स्पिन-स्पिन इंटरेक्शन
1951-1953 में, कई तरल पदार्थों के एनएमआर स्पेक्ट्रा को रिकॉर्ड करते समय, यह पता चला कि कुछ पदार्थों के स्पेक्ट्रा में गैर-समतुल्य नाभिकों की संख्या के एक साधारण अनुमान से अधिक रेखाएं थीं। पहले उदाहरणों में से एक POCl अणु में फ्लोरीन पर अनुनाद है 2 एफ. स्पेक्ट्रम 19 F में समान तीव्रता की दो रेखाएँ होती हैं, हालाँकि अणु में केवल एक फ्लोरीन परमाणु होता है (चित्र 4)। अन्य यौगिकों के अणुओं ने सममित एकाधिक संकेत (ट्रिपलेट, चौकड़ी, आदि) दिए।
ऐसे स्पेक्ट्रा में पाया जाने वाला एक अन्य महत्वपूर्ण कारक यह था कि आवृत्ति पैमाने पर मापी जाने वाली रेखा रिक्ति, लागू क्षेत्र से स्वतंत्र होती है एच 0 , इसके आनुपातिक होने के बजाय, जैसा कि स्क्रीनिंग स्थिरांक में अंतर के कारण बहुलता उत्पन्न होने पर होता।
चावल। 4. POCl अणु में फ्लोरीन नाभिक पर अनुनाद स्पेक्ट्रम में दोहराव 2एफ
1952 में रैमसे और परसेल इस बातचीत की व्याख्या करने वाले पहले व्यक्ति थे, उन्होंने दिखाया कि यह इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के माध्यम से एक अप्रत्यक्ष संचार तंत्र के कारण था। परमाणु स्पिन किसी दिए गए नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को उन्मुख करता है। ये, बदले में, अन्य इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को उन्मुख करते हैं और, उनके माध्यम से, अन्य नाभिक के स्पिन को उन्मुख करते हैं। स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन की ऊर्जा आमतौर पर हर्ट्ज़ में व्यक्त की जाती है (अर्थात, प्लैंक स्थिरांक को इस तथ्य के आधार पर ऊर्जा की एक इकाई के रूप में लिया जाता है) ई = एच ν ). यह स्पष्ट है कि इसे सापेक्ष इकाइयों में व्यक्त करने की कोई आवश्यकता नहीं है (रासायनिक बदलाव के विपरीत), क्योंकि चर्चा के तहत बातचीत, जैसा कि ऊपर बताया गया है, बाहरी क्षेत्र की ताकत पर निर्भर नहीं करती है। संबंधित मल्टीप्लेट के घटकों के बीच की दूरी को मापकर इंटरैक्शन का परिमाण निर्धारित किया जा सकता है।
स्पिन-स्पिन युग्मन के कारण विभाजन का सबसे सरल उदाहरण एक अणु का अनुनाद स्पेक्ट्रम है जिसमें दो प्रकार के चुंबकीय नाभिक ए और एक्स होते हैं। नाभिक ए और एक्स एक ही आइसोटोप के विभिन्न नाभिक या नाभिक का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं (उदाहरण के लिए) , 1 एच) उस स्थिति में जब उनके अनुनाद संकेतों के बीच रासायनिक बदलाव बड़े होते हैं।
चावल। 5. स्पिन के साथ चुंबकीय नाभिक ए और एक्स से युक्त प्रणाली के एनएमआर स्पेक्ट्रम का दृश्य मैं = 1/2जब शर्त पूरी हो जाती है δ एक्स > जे एक्स।
चित्र में. चित्र 5 दिखाता है कि एनएमआर स्पेक्ट्रम कैसा दिखता है यदि दोनों नाभिक, यानी ए और एक्स, का स्पिन 1/2 है। प्रत्येक डबलट में घटकों के बीच की दूरी को स्पिन-स्पिन युग्मन स्थिरांक कहा जाता है और इसे आमतौर पर जे (हर्ट्ज) के रूप में दर्शाया जाता है; इस मामले में यह स्थिरांक J हैएएच.
दोहरे की उपस्थिति इस तथ्य के कारण होती है कि प्रत्येक नाभिक पड़ोसी नाभिक की अनुनाद रेखाओं को विभाजित करता है 2आई+1अवयव। विभिन्न स्पिन अवस्थाओं के बीच ऊर्जा अंतर इतना छोटा है कि थर्मल संतुलन पर, बोल्ट्ज़मैन वितरण के अनुसार, इन अवस्थाओं की संभावनाएँ लगभग बराबर हो जाती हैं। परिणामस्वरूप, एक नाभिक के साथ अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न गुणक की सभी रेखाओं की तीव्रताएँ समान होंगी। मामले में वहाँ है एनसमतुल्य नाभिक (अर्थात, समान रूप से परिरक्षित, इसलिए उनके संकेतों में समान रासायनिक बदलाव होता है), पड़ोसी नाभिक के गुंजयमान संकेत को विभाजित किया जाता है 2एनआई + 1पंक्तियाँ.
निष्कर्ष
संघनित पदार्थ में एनएमआर की घटना की खोज के तुरंत बाद, यह स्पष्ट हो गया कि एनएमआर पदार्थ की संरचना और उसके गुणों का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली विधि का आधार होगा। दरअसल, एनएमआर स्पेक्ट्रा का अध्ययन करते समय, हम एक प्रतिध्वनि प्रणाली के रूप में नाभिक की एक प्रणाली का उपयोग करते हैं जो चुंबकीय वातावरण के प्रति बेहद संवेदनशील होती है। प्रतिध्वनि करने वाले नाभिक के पास स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र अंतर- और अंतर-आणविक प्रभावों पर निर्भर करते हैं, जो मल्टीइलेक्ट्रॉन (आणविक) प्रणालियों की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करने के लिए इस प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपी का मूल्य निर्धारित करता है।
वर्तमान में, प्राकृतिक विज्ञान के ऐसे क्षेत्र को इंगित करना कठिन है जहां एनएमआर का उपयोग किसी न किसी हद तक नहीं किया जाता है। एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों का व्यापक रूप से रसायन विज्ञान, आणविक भौतिकी, जीव विज्ञान, कृषि विज्ञान, चिकित्सा, प्राकृतिक संरचनाओं (अभ्रक, एम्बर, अर्ध-कीमती पत्थर, दहनशील खनिज और अन्य खनिज कच्चे माल) के अध्ययन में, यानी ऐसे वैज्ञानिक क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। जिसमें पदार्थ की संरचना, उसकी आणविक संरचना, रासायनिक बंधों की प्रकृति, अंतर-आणविक अंतःक्रिया और आंतरिक गति के विभिन्न रूपों का अध्ययन किया जाता है।
फैक्ट्री प्रयोगशालाओं में तकनीकी प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के साथ-साथ उत्पादन में सीधे विभिन्न तकनीकी संचार में इन प्रक्रियाओं की प्रगति की निगरानी और विनियमन करने के लिए एनएमआर विधियों का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। पिछले पचास वर्षों के शोध से पता चला है कि चुंबकीय अनुनाद विधियां बहुत प्रारंभिक चरण में जैविक प्रक्रियाओं में गड़बड़ी का पता लगा सकती हैं। चुंबकीय अनुनाद विधियों (एनएमआर टोमोग्राफी विधियों) का उपयोग करके संपूर्ण मानव शरीर का अध्ययन करने के लिए प्रतिष्ठान विकसित किए गए हैं और उत्पादित किए जा रहे हैं।
जहां तक सीआईएस देशों और मुख्य रूप से रूस का सवाल है, चुंबकीय अनुनाद विधियों (विशेषकर एनएमआर) ने अब इन देशों की अनुसंधान प्रयोगशालाओं में एक मजबूत स्थान ले लिया है। विभिन्न शहरों (मास्को, नोवोसिबिर्स्क, कज़ान, तेलिन, सेंट पीटर्सबर्ग, इरकुत्स्क, रोस्तोव-ऑन-डॉन, आदि) में वैज्ञानिक स्कूल अपनी मूल समस्याओं और उन्हें हल करने के दृष्टिकोण के साथ इन विधियों का उपयोग करके उभरे हैं।
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