Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) базируется на регистрации резонансного поглощения энергии радиочастотного электромагнитного излучения ядрами атомов исследуемого вещества, помещенного в постоянное магнитное поле.
В радиочастотном поле происходят квантовые переходы ядер с одного уровня на другой. Они сопровождаются изменением ориентации магнитного момента ядер и обуславливают резонансное поглощение веществом энергии электромагнитного излучения. На этом явлении основан метод исследования веществ по спектрам ЯМР – графикам зависимости энергии, поглощаемой образцом, от постоянного магнитного поля при постоянной частоте резонансного поглощения. Область спектра, в которой имеется детектируемый сигнал с одним или несколькими максимумами, называют линией поглощения ЯМР. Описанный метод называют стационарным. Для увеличения его информативности радиочастотным полем действуют на образец не непрерывно, а короткими мощными импульсами.
Импульсный метод ЯМР состоит в изменении частоты переменного поля, что обуславливает использование Фурье-преобразования сигнала в спектр.
Спектр ЯМР изолированных ядер представляет собой одну линию, соответствующую Н = Н₀, где Н₀ – напряженность магнитного поля, при которой происходит резонансное поглощение электромагнитной энергии ядрами данного типа. Спектральная линия ЯМР твердого тела может быть описана кривой Гаусса (рисунок 7.1), на которой интенсивность линии поглощения соответствует функции g(h), где h =
= Н – Н₀. Линии ЯМР-спектра твердых тел характеризуют формой и шириной, которую регистрируют на половине максимальной интенсивности линии. Их регистрация – область спектроскопии, названная ЯМР широких линий. По широким линиям ЯМР определяют расстояния между парамагнитными ядрами, углы между их валентными связями, а также идентифицируют окружающие атомы.


Рисунок 7.1 – Типичная форма спектральной линии ЯМР
твердого тела, отвечающая кривой Гаусса

Точные значения параметров спектров получают из квантово-механических расчетов. Соответствующие программы входят в математическое обеспечение современных спектрометров ЯМР.

Спектроскопия ЯМР относится к неразрушающим методам анализа. Она дает информацию о диффузии в твердых телах, водородных связях и ассоциации в жидкостях, степени упорядоченности макромолекул, адсорбции, электронной структуре ионных и жидких кристаллов.
За открытие явления ЯМР американские физики Ф. Блох и Э. Перселл были удостоены (1952 г.) Нобелевской премии.