ЯМР в одном и двух измерениях - Эрнст Р.
ISBN 5-03-001394-6
Скачать (прямая ссылка):
Казань
27 марта 1989 г.
Джеффри Боденхаузен Предисловие
Работа над этой монографией имеет долгую историю, и то, во что она в конце концов вылилась, никак нельзя было предугадать заранее. Сначала мы намеревались составить краткий обзор последних достижений в двумерной ЯМР-спектроскопии. Однако это очень скоро переросло свои первоначальные замыслы. Мы пришли к тому, к чему и должны были прийти: в основе всех проявлений магнитного резонанса лежат одни и те же принципы независимо от того, исследуются ли они с помощью одно- или двумерной спектроскопии.
Поэтому, как и следовало ожидать, монография представляет собой систематизированное изложение современной ЯМР-спектроскопии с рассмотрением одно- и двумерных методов. Особое значение в ней придается теоретическим основам, а не описанию приложений, хотя читатель может найти и разделы, в которых преобладает рассмотрение практических вопросов. Фурье-спектроскопия естественным образом объединяет ЯМР в твердых телах и в жидкостях. Поэтому мы старались обсуждать основные положения, затрагивающие оба этих направления.
Первая глава служит введением и представляет собой довольно беглое обозрение исторических вех развития ЯМР-спектроскопии вплоть до ее последних достижений.
Вторая глава начинается с уравнения движения и посвящена описанию динамики спиновых систем. Она дает математический аппарат, необходимый для работы с оператором плотности. В рамках общей формулировки фурье-спектроскопии в ней рассматриваются главные факторы, определяющие уравнение движения, а именно гамильтониан и супероператоры релаксации и химического обмена.
Успехи ЯМР-спектроскопии обусловлены главным образом широкими возможностями преобразования ядерного спинового гамильтониана. Поэтому в третьей главе мы кратко обсудим различные методы спиновой ЯМР-«алхимии», такие, как двойной резонанс, многоимпульсные последовательности и т. д. Эти методы удобнее всего рассматривать в рамках теории среднего гамильтониана, которую мы изложим в этой главе как для обычных (периодических), так и для апериодических возмущений, имеющих особое значение для двумерной спектроскопии.
Одномерная фурье-спектроскопия составляет содержание гл. 4, которая начинается с раздела, показывающего связь спектроскопии с общей теорией отклика, используемой в электротехнике. Теорию линейного и нелинейного откликов мы рассмотрим вначале для Предисловие
11
классических систем, а затем обобщим ее на квантовые системы. Для описания основных свойств одномерной фурье-спектроскопии можно применять классические уравнения Блоха, но специфические свойства связанных систем требуют для их анализа применения методов квантовой механики.
В пятой главе мы обсудим основные свойства многоквантовых переходов, а чтобы продемонстрировать превосходство методов двумерной спектроскопии, в нее включено также краткое описание стационарных методов детектирования. Кроме того, в этой главе мы изучим возбуждение и развитие многоквантовой когерентности, в то время как рассмотрение практических приложений двумерных многоквантовых спектров мы отложили до гл. 8.
В гл. 6 развиты основы теории двумерной спектроскопии. Обзор различных методов разделения взаимодействий, таких, как химические сдвиги и спин-спиновые взаимодействия, приведен в гл. 7. Методы двумерных корреляций, основанные на переносе когерентности, обсуждаются в гл. 8, в то время как обзор методов изучения динамических процессов (химический обмен и кросс-релаксация) мы дадим в гл. 9. И, наконец, в гл. 10 мы кратко опишем основные принципы получения ЯМР-изображений. Рассмотрение этих принципов мы включили в данную монографию в связи с тем, что многие методы получения изображений применяют двумерную спектроскопию.
Мы надеемся, что настоящая книга поможет спектроскопистам углубить и расширить свои знания в области временнбй спектроскопии и использовать ее современные одно- и двумерные методы как рабочий инструмент в своих исследованиях.
Чтобы удовлетворить вкусам широкого круга читателей, мы пытались представить материал как в интуитивной, так и в строгой математической формах. Очевидно, что это оказалось бы невозможным, если бы не пришлось пойти на многочисленные компромиссы.
Глубокой благодарности заслуживают те, кто способствовал развитию наших интересов в области временнбй спектроскопии. Проф. Ганс Примас внес большой вклад в развитие основных положений и математического аппарата. Д-р Уэстон А. Андерсон проявил инициативу в поиске более чувствительных методов ЯМР, приведших к созданию фурье-спектроскопии, а проф. Джин Джинер впервые высказал идею о возможности выполнения спектроскопии в двух измерениях.
Мы благодарим наших коллег и сотрудников, которые подарили нам много идей, исправили допущенные неточности и выполни- 12
Предисловие
ли многие первоклассные эксперименты. Особой благодарности среди них заслуживают Вальтер П. Аю, Петер Бахман, Энрико Бартольди, Лукас Брауншвейлер, Петер Брюннер, Дуглас П. Бе-рам, Пабло Караватти, Кристофер Дж. Р. Каунселл, Герхард В. Эйх, Кристиан Гризингер, Альфред Хёхенер, Йонг-Рен Хуанг, Джири Кархан, Герберт Коглер, Роланд Крейс, Рене Кюн, Анил Кумар, Малькольм X. Левитт, Макс Линдер, Эндрю А. Модели, Слободан Мацюра, Бит X. Мейер, Бит У. Мейер, Анита Минорет-ти, Люциано Мюллер, Норберт Мюллер, Куниаки Нагаяма, Петер Пфандлер, Умберто Пиантини, Кристиан Радлов, Марк Ране, Ми-каэл Рейнгольд, Тьерри Шаффхаузер, Гюнтер Шац, Стефан Шауб-лин, Кристиан Шёненбергер, Оле В. Соренсен, Дитер Сутер и Стефен К. Вимперис. Мы хотели бы также отметить очень плодотворное сотрудничество с Куртом Вютрихом и Герхардом Вагнером.
