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……………………………………………………………….

Введение.

Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), открытое в 1945 г. Ф. Блохом и Э. Перселлом, легло в основу создания нового вида спектроскопии, который в очень короткий срок превратился в один из самых информативных методов исследования молекулярной структуры и динамики молекул, межмолекулярных взаимодействий, механизмов химических реакций и количественного анализа веществ в различных агрегатных состояниях. Начиная с 1953 г., когда были выпущены первые спектрометры ЯМР, техника ЯМР непрерывно совершенствуется, лавинообразно нарастает поток исследований, возникают новые и расширяются традиционные области применения в химии, физике, биологии и медицине.

Достоинство резонансного метода заключается в том, что он позволяет обнаруживать и выделять из полной магнитной восприимчивости очень небольшие ее изменения, обусловленные различными причинами. Наиболее эффектным примером является наблюдение очень слабого ядерного парамагнетизма железа на фоне электронного ферромагнетизма. Резонансные методы позволяют получать такую точную и детальную информацию о магнитных свойствах вещества, которую едва ли можно получить какими- либо другими методами.

Уникальная специфика метода ЯМР - возможность изучения кинетики

и механизмов равновесных химических превращений - так называемых обменных процессов, в том числе между идентичными молекулами. Применение специальных методов (мультиплетные резонансы, двухмерная спектроскопия) позволяет однозначно устанавливать механизмы таких процессов. ЯМР-спектроскопию с успехом используют для исследования межмолекулярных взаимодействий- водородных связей, комплексообразования, структуры жидкокристаллических систем.

Последние достижения спектроскопии ЯМР связаны с внедрением в практику импульсных методов регистрации и широким применением мини- и микро-ЭВМ, обеспечивающих регистрацию спектров, обработку и частичную расшифровку, а также позволяющих осуществить частичную или полную автоматизацию проведения сложных экспериментов. Это позволило повысить эффективную чувствительность спектрометров, открыло возможности регистрировать спектры тяжелых и редких ядер, имеющих малые магнитные моменты или низкое природное содержание.

К настоящему времени разработаны принципиальные основы теории химических сдвигов, спин-спинового взаимодействия, обменных процессов. Дальнейшее развитие ЯМР-спектроскопии определяется, в первую очередь, техническим прогрессом, совершенствованием и без того многообразных импульсных методик и на этой основе - широким развитием ЯМР- спектроскопии «редких» ядер, развитием теории и методов исследования быстрых необратимых реакций, развитием спектроскопии высокого разрешения в твердом теле и другими техническими усовершенствованиями

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.

1979.1. 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.

1979.2. 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.

1979.3. 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.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: