і зразок може поглинати електромагнітне випромінювання в радіочастотної області, причому частоти поглинання визначаються властивостями зразка. Графік в координатах частота поглинання - інтенсивність сигналу являє собою спектр ЯМР [33].
Всі ядра несуть заряд. У деяких ядрах цей заряд «обертається» щодо осі ядра, і це обертання ядерного заряду генерує магнітний диполь вздовж осі. При обертанні позитивно зараженого ядра навколо власної осі індукується деякий локальне магнітне поле, т. Е. Ядро володіє магнітним моментом. Вектор ядерного магнітного моменту, згідно із законами мікросвіту, в зовнішньому магнітному полі може займати тільки певні дозволені (квантовані) орієнтації, які розрізняються по енергії. Кутовий момент обертового заряду може бути описаний його квантовим числом I.
Перехід ядра з одного енергетичного стану в інший пов'язано з переорієнтацією його магнітного моменту (спина ядра) відносно силових ліній зовнішнього, магнітного поля. Такі переходи можна викликати, якщо впливати на ядро ??змінним магнітним полем H 0 з частотою н.
Різниця енергій двох рівнів записується як:
Де h - постійна планка, - напруженість магнітного поля. Фундаментальне рівняння ЯМР, що зв'язує прикладається частоту () з величиною напруженості магнітного поля, записується вигляді:
Істотною умовою спостереження ядерних переходів є наявність у ядра ненульового магнітного моменту. До таких належать 1Н, 13С, 31Р, 19F та ін., Тобто ядра з непарним числом протонів і нейтронів. Такі ядра мають не нульовий сумарний спіновий момент - спінове квантове число як протонів, так і нейтронів дорівнює 1/2, і залежно від того, спарені в ядрі спини цих частинок чи ні, ядро ??може характеризуватися нульовим або ненульовим ядерним квантовим числом J. Ядра з парним числом нейтронів і протонів зазвичай не мають магнітного моменту, оскільки сумарний спіновий момент таких ядер дорівнює нулю.
Дуже важливо для органічної хімії, що звичайний ізотоп водню 1Н є магнітним, тоді як звичайний ізотоп вуглецю 12С магнітного моменту не має, а зміст магнітного ізотопу 13С в природних зразках сполук, на жаль, невелика (~ 1%). Тому ядерні переходи (ядерний магнітний резонанс) здійснити на ядрах водню технічно значно простіше. Для отримання інформації про ядерне резонансі на ядрах 13С, потрібно завжди більшу кількість речовини, більш досконала апаратура або спеціальні синтези для збагачення з'єднань магнітно-активним ізотопом 13С. Магнітний резонанс на ядрах 31Р і 19F, природно, може бути використаний тільки при дослідженні фосфорорганічних і фторорганічних сполук.
Ядра всіх атомів в молекулах, в тому числі і водневі ядра, оточені електронною оболонкою, яка екранує ядро ??від впливу зовнішнього магнітного поля Н 0, і електронна щільність навколо кожного ядра різна. Тому безпосередньо на ядро, на його магнітний момент буде діяти ефективне магнітне поле, ослаблене в якійсь мірі електронним екраном raquo ;. Щоб створити умови для порушення протонного магнітного переходу необхідно збільшити напруженість зовнішнього магнітного поля якраз на величину, преодолевающую екранування ядра атома водню. Тому атоми відрядив, що мають різне екранування, будуть здійснювати енергетичні переходи при різній напруженості зовнішнього магнітного поля. Енергія цього переходу, частота при якій відбувається резонанс, визначається наступною формулою:
,
де - гіромагнітне співвідношення, - константа екранування.
З вищенаведеного співвідношення видно, що відносна частота, при якій будуть резонувати водневі ядра в молекулі, визначається константою їх екранування (). Якщо атоми водню хімічно еквівалентні, тобто мають однакове геометричне положення та електронне оточення, то вони резонують при одній частоті, наприклад протони в молекулі метану або протони в молекулі бензолу. У теж час протони етилового спирту CH3-CH2-OH не всі однакові - їх можна розділити на три групи: протони метильної групи (-СН3), протони метиленової групи (-CH2-) і протон гідроксилу (-ОН). Всі вони будуть резонувати при різних частотах радіомагнітні випромінювання. Також не однаково екрановані протони різних молекул, при своїй еквівалентності всередині молекул - протони метану, бензолу, ацетону мають різні енергії резонансу.
Таким чином, поміщаючи зразок речовини в сильне однорідне магнітне поле з постійною напруженістю, і плавно змінюючи частоту радіочастотного випромінювання, можна ввести в резонанс всі протони один за іншим в порядку зміни величин їх констант екранування, і їхні сигнали резонансу утворюють спектр протонного магнітного резонансу з'єднання.
Радіочастотна енергія може вводитися або в режимі безперервної розгортки в деякому діапазоні частот (continuous - wave (CW) або безперервний режим), або у вигляді короткого радіочастотного імпуль...
