Глава 1. Сущность и основные особенности ядерного магнитного резонанса (типы существующих ядер).

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра послевузовского и дополнительного профессионального

Фармацевтического образования ИПО

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Спектроскопия ядерного магнитного резонанса. Применение в фармацевтическом анализе».

Выполнила интерн: Аралбаева Д.Р.

Специальность: фармацевтическая химия и фармакогнозия

Проверил: Ф.И.О., должность: Халиков Р.А.

Сроки обучения________________________________

Уфа – 2015

Содержание

Введение ………………………………………………………………3

Глава 1. Сущность и основные особенности ядерного магнитного резонанса (типы существующих ядер).............................................

1.1.Магнитные свойства ядер

1.2Магнитный момент ядра и его взаимодействие с магнитным полем

Глава 2. Условия наблюдения ЯМР. Константа экранирования ядра

2.1Условие ядерного магнитного резонанса

2.2. Экранирование ядра электронами. Константа экранирования

2.3.Химические сдвиги сигналов ЯМР

2.4. Основы теории релаксации

2.5.Спин-спиновое взаимодействие

2.6. Спин-решеточное взаимодействие

Глава 3. Установки для наблюдения ядерного магнитного резонанса

3.1. ЯМР-спектроскопия

3.2. Импульсная Фурье-спектроскопия ЯМР

3.3. Двумерная спектроскопия ЯМР

3.4.

Глава 4. Применение ЯМР-спектроскопии в фармацевтическом анализе

Введение

Открытие ЯМР имеет весьма длинную и захватывающе интересную предысторию. Представления о том, что электрон и атомные ядра имеют собственные магнитные моменты, было введено в физику В. Паули (Нобелевская премия по физике 1945 года).

Отто Штерн вместе с Вальтером Герлахом экспериментально подтвердили это в опытах с атомными и молекулярными пучками. Отто Штерн был удостоен Нобелевской премии по физике 1943 года с формулировкой: «за вклад в развитие метода молекулярных пучков, открытие и измерение магнитного момента протона». И. Раби активно и успешно развивал это направление. Он впервые наблюдал явление ЯМР в молекулярных пучках и получил Нобелевскую премию по физике в 1944 г. «за резонансный метод записи магнитных свойств атомных ядер».

Нобелевская премия по физике в 1952 году была присуждена двум американцам Феликсу Блоху (Стенфордский университет) и Эдварду Перселлу (Гарвардский университет) «за развитие новых методов для точных ядерных магнитных измерений и связанные с этим открытия». Работы этих авторов в самом авторитетном физическом журнале Physical Review появились одновременно (E.M.Purcell, H.G.Torrey, R.V.Pound, Phys.Rev.,1946, 69, 37; F.Bloch, W.Hansen, M.E.Packard, Phys.Rev.,1946, 69, 127; F.Bloch, Phys.Rev.,1946, 70, 460.). Им удалось наблюдать явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в конденсированной фазе.

Заметим, что в 2007 г., когда мировая научная общественность отмечала столетие со дня рождения выдающегося российского физика Е.К. Завойского, первооткрывателя электронного магнитного резонанса, были опубликованы материалы его архивов. Их изучение показало, что в уже 1943 году, т.е., за два года до Блоха и Перселла, он также наблюдал сигналы ЯМР в конденсированной фазе, но не сумел добиться надежной воспроизводимости результатов и не опубликовал их. В коротких лекциях нет возможности осветить все аспекты ЯМР, да и любого другого метода сколько-нибудь подробно. Рассматривайте приведенные здесь сведения как материал для первого знакомства с ЯМР.

Глава 1. Сущность и основные особенности ядерного магнитного резонанса (типы существующих ядер).

1.1. Магнитные свойства ядер.

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, обладающих спином ^ХА, и может также иметь отличный от нуля результирующий спин I, т.е. угловой момент количества движения, характеризуемый вектором p = Ы, где h

% = —, h - постоянная Планка. Отсутствие или наличие спина ядра и его 2ж

значение определяются числом протонов и нейтронов, т.е. связаны с такими характеристиками ядра, как его заряд (порядковый номер элемента), равный сумме зарядов протонов, и массовое число (сумма масс протонов и нейтронов). Различают три вида зависимости ядерного спина от этих величин.

1.При четных значениях заряда и массового числа, т.е. при четных числах протонов и нейтронов, ядерный спин I = 0, например, у таких очень распространенных изотопов, как ¹²C, ¹⁶O, ³²S и др.

2. У всех элементов с нечетным массовым числом при любом порядковом номере, т.е. когда числа протонов и нейтронов разной четности, ядра имеют полуцелочисленный спин: I=1/2, 3/2, 5/2,…, например, у изотопов ¹H, ¹¹B, ¹³C, ¹⁷O, ¹⁹F, ²⁷Al, ³¹P и др.

3. При четном массовом числе и нечетном заряде, т.е. нечетном числе как протонов, так и нейтронов, ядро обладает целочисленным спином: I = 1,2,3,..., например, у изотопов ²H,¹⁰B,¹⁴N,³⁰P и др.

Согласно законам классической электродинамики, вращение электрически заряженной частицы вокруг некоторой оси создает магнитное поле, совпадающее по направлению с осью вращения.

Рисунок 1: Механическая модель ядра.

Такая система характеризуется магнитным моментом, пропорциональным угловому моменту количества движения, и эту модель можно использовать для положительного заряженного атомного ядра.

Магнитный момент протона, называемый ядерным магнетоном,

где e - заряд; mn - масса протона; c - скорость света; 5,05 10. 27 2 n = × A × м - b. Для ядер, обладающих спином, пропорциональность магнитного момента угловому моменту количества движения выражается соотношением

где коэффициент пропорциональности g_n называется гиромагнитным соотношением или магнитомеханическим отношением ядра (отношение магнитного момента к угловому).

Ядерный магнитный момент может быть выражен также через так называемый ядерный g - фактор, представляющий безразмерную постоянную g_n, и ядерный магнетон b_n :

а в единицах ядерного магнетона имеем скалярный магнитный момент, по определение равный m_n =g_n I.

Значения I,g_n,,g_n определяются природой ядра и представляют табулируемые константы. Магнитные свойства ядер некоторых изотопов приведены в таблице №1.

Таблица №1. Магнитные свойства некоторых ядер.

Вектор спина I=1p/h согласно квантовой механике связан со спиновым квантовым числом I соотношением

В отсутствие внешнего магнитного поля любые ориентации вектора ядерного магнитного момента в пространстве равновероятны, т.е. квантовые спиновые состояния вырождены:

Рисунок 2: Ориентация магнитных моментов протона: а – вне магнитного поля; б – в постоянном магнитном поле.

Дата добавления: 2015-11-14