Что такое анализатор ядерного магнитного резонанса (ЯМР)?

Что такое анализатор ядерного магнитного резонанса (ЯМР)?

Анализаторы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) определяют химическое окружение атомов, идентифицируя элементы в окружающей среде и состояния связей для выяснения структуры анализируемого соединения.

Результаты анализаторов ЯМР отображаются с химическим сдвигом на горизонтальной оси, представляющим собой разницу частот между сигналом ЯМР эталонного вещества и анализируемого вещества, и интенсивностью на вертикальной оси.

Рисунок 1. Пример результатов измерения ЯМР

Анализаторы ЯМР, способные оценивать определенные элементарные виды во время измерения, предлагают детальное понимание для каждого элемента, даже в сложных соединениях. Они вмещают разнообразный массив образцов, включая жидкости, твердые вещества и гелеобразные вещества.

В то время как Рамановские спектрофотометры и электронные микроскопы также облегчают структурный анализ, ЯМР-анализаторы обеспечивают простой, неразрушающий анализ, предлагая исчерпывающую структурную информацию, включая данные о соседних атомных видах.

Применение ЯМР-анализаторов

ЯМР-анализаторы находят применение не только в анализе материалов, но и в клинических областях, как указано ниже.

1. Анализ материалов

ЯМР отлично подходит для анализа органических материалов, включая смолы, биоматериалы и электролиты для батарей, помогая в структурном выяснении и анализе причин деградации.

Он проясняет структуры синтезированных или очищенных веществ, идентифицирует компоненты молекулярной массы, оценивает чистоту, обнаруживает примеси и облегчает количественный анализ посредством сравнения баз данных.

2. Клинические применения

МРТ (магнитно-резонансная томография), использующая принципы ЯМР, визуализирует распределение воды в организме, предлагая подробные изображения состояния тканей без риска облучения, превосходя КТ по ​​разрешению и возможностям обнаружения.

Принцип работы ЯМР-анализаторов

1. Ядерный магнитный момент

Рисунок 2. Ядерный магнитный момент

Ядро атома, положительно заряженное и вращающееся, генерирует магнитное поле, фактически делая каждый атом небольшим магнитом. Величина этого поля и есть ядерный магнитный момент.

2. Зеемановское расщепление и резонанс

Рисунок 3. Расщепление Зеемана

В сильном магнитном поле ядра расщепляются на два энергетических состояния, явление, известное как расщепление Зеемана. Резонанс возникает, когда электромагнитные волны, соответствующие энергетической щели, вызывают переходы, что позволяет идентифицировать атомные среды.

Расщепление Зеемана позволяет наблюдать различные ядерные составы, за исключением атомов, таких как 12C и 16O, у которых отсутствуют ядерные магнитные моменты из-за их четной массы и атомных чисел.

3. Химический сдвиг

Частоты резонанса меняются в зависимости от окружения ядра, измеряемого как химический сдвиг в ppm от резонансной частоты эталонного материала.

Другая информация об анализаторах ЯМР

Меры предосторожности при использовании анализаторов ЯМР

Сильные магнитные поля анализаторов ЯМР притягивают металлические предметы и могут повредить кардиостимуляторы, кредитные карты и смартфоны. Магниты, охлаждаемые жидким гелием, требуют осторожного обращения, чтобы не допустить выброса удушающего газа при резком повышении температуры.