Основы магнитного резонанса. Часть II - Дзюба С.А.
Основы магнитного резонанса. Часть II
Автор: Дзюба С.А.Издательство: Новосибирск
Год издания: 1997
Страницы: 138
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Скачать:
С.А.Дзюба
ОСНОВЫ
МАГНИТНОГО
РЕЗОНАНСА
Часть Il
СПИНОВАЯ ДИНАМИКА И РЕЛАКСАЦИЯ
Часть III
ИМПУЛЬСНЫЕ МЕТОДЫ МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
С.А.ДЗЮБА
ОСНОВЫ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
Чзсгь II
СПИНОВАЯ ДИНАМИКА И РЕЛАКСАЦИЯ
Часть III ИМПУЛЬСНЫЕ МЕТОДЫ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
НОВОСИБИРСК 1997 ББК В 377.31 УДК 538.61
Дзюба СЛ. Основы магнитного резонанса. Часть II: Спиновая динамика и релаксация. Часть III: Импульсные методы: Учеб. пособие / Новосиб. ун-т. Новосибирск, 1997. 138 с.
Изложены основные принципы спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В данных частях II и III описываются результаты взаимодействия спинов со средой и различных внешних воздействий на спиновую систему. Особое внимание уделяется современным методам и современным физико-химическим приложениям магнитного резонанса.
Предназначено для студентов, аспирантов и научных сотрудников, специализирующихся в области физико-химических и биофизических приложений ЯМР и ЭПР.
© Новосибирский государственный университет, 1997 ПРЕДИСЛОВИЕ
Первая часть данного учебного пособия под названием "Основы магнитного резонанса. Часть I. Спектры магнитного резонанса" вышла в издательстве H ГУ в 1994 г. В ней излагались физические основы резонансных явлений для ядерных и электронных спинов в магнитном поле. В настоящих второй и третьей частях описываются проявления в магнитном резонансе взаимодействия спиновой системы со средой и различных внешних воздействий на спиновую систему, таких как динамика молекул, химическая реакция, резонансная накачка уровней, импульсное резонансное воздействие. Особое внимание уделяется современным импульсным методам магнитного резонанса, включая двумерную фурье-спектроскопию в ЯМР и спиновое эхо в ЭПР.
Особенностью магнитного резонанса как метода исследования является его неразрывная связь во многих случаях с конкретными физико-химическими явлениями. Например, эффекты обмена в спектрах непосредственно связаны с молекулярным механизмом, приводящим к такому обмену. Спектральные проявления химической поляризации электронов и ядер невозможно обсуждать без детального описания химической реакции и т.д. Во всех этих случаях изложение материала выходит за рамки чистой спектроскопии, привлекаются представления и понятия соответствующих других дисциплин.
С учебной литературой по магнитному резонансу сейчас дело обстоит неудовлетворительно. Фактически после выхода в 1970 г. очень хорошей книги А. Керринггона и Э. Мак-Лечлана "Магнитный резонанс и его применение в химии" больше учебников на русском языке не выпускалось. К настоящему времени магнитный резонанс шагнул, однако, далеко вперед. Целью данного пособия является стремление восполнить возникший таким образом пробел в учебной литературе. Автор пытался, опираясь на основополагающие принципы квантовой механики, достигнуть последовательного и строгого изложения. Пособие написано на основе курса лекций, читавшихся в течение ряда лет студентам кафедры химической физики физфака НГУ.
3 Автор выражает глубокую благодарность академику Ю.Н. Молину, член-корреспонденту РАН Ю.Д. Цветкову, кандидатам физ.-мат. наук А.Г. Марьясову и ПА. Пуртову за полезные обсуждения текста рукописи. Особенно автор признателен Ю.Д. Цветкову за многолетнюю совместную исследовательскую работу в области магнитного резонанса, которая существенным образом повлияла на создание данной книги.
4 Часть II. СПИНОВАЯ ДИНАМИКА И РЕЛАКСАЦИЯ
Глава 13. УРАВНЕНИЯ БЛОХА 13.1 Движение магнитного момента
Для описания временных эффектов в магнитном резонансе во многих случаях удобно применять классические представления о движении макроскопического вектора намагниченности. В постоянном магнитном поле Hg имеем (см. п. 1.5)
іде
?b*«+v>
Z 3 кТ
(13.1)
что
магнитная
(Для простоты здесь принимается, восприимчивость есть скаляр.)
Допустим, мы каким-то образом вывели систему из равновесия (например, изменили направление поля). Уравнение (13.1) уже не будет справедливо, так как оно описывает только стационарную ситуацию. Уравнение движения магнитного момента известно из электродинамики
(М dt
?МхН
(13.2)
Везде, гае это не оговаривается особо, величину у мы будем считать положительной (как для большинства ядер). Для электронных спинов знак в правой части (13.2) необходимо взять отрицательным.
Перепишем (13.2) в уравнение для трех компонент вектора М. Пусть H = Щ = (О, 0, Hq) = const и а>о = уНо-
dt dM
= (O0My,
У _
dl
dMz
dt
- -(O0Mx
= 0 .
(13.3) Решение этой системы дается формулами (1.8), приведем здесь его еще раз:
Эти уравнения описывают прецессию вектора M вокруг внешнего поля Но с частотой соо - см. рис. 13.1 (ларморова прецессия). Причем прецессия происходит в направлении "левого винта", движущегося вдоль Но- Для электронных спинов направление прецессии совпадает с направлением правого винта.
