Akademik

Резонансное поглощение электромагнитного излучения в радиочастотной области веществом с ненулевым спином ядра атома, находящегося во внешнем магнитном поле

Ядра атомов с ненулевыми магнитными моментами ядра или нечетными ядерными спинами могут вступать во взаимодействие с внешним магнитным полем. При этом происходит расщепление энергетических уровней, которое определяется природой ядра атома, электронным окружением и характером внутри- и межмолекулярного взаимодействия. Примерами таких ядер, у которых наблюдается резонанс, являются ¹H, ¹³C, ¹⁵N, ¹⁹F, ²⁹Si, ³¹P (см. Рис.1).

На явлении ЯМР основана спектроскопия ЯМР, которая является важнейшим методом определения структуры как малых органических молекул, так и высокомолекулярных биоорганических соединений и полимеров. Наибольшее распространение получила спектроскопия на ядрах ¹H (протонный магнитный резонанс или ПМР) и фтора ¹⁹F. Благодаря высокому естественному содержанию «магнитных» изотопов (99,98% ¹H и 100% ¹⁹F) и большим магнитным моментам эти ядра наиболее подходят для спектроскопии ЯМР. Из спектров ЯМР получают структурную и количественную информацию об исследуемом веществе. Регистрация спектров обычно происходит при непрерывном изменении частоты электромагнитного излучения (или магнитного поля). С появлением импульсных ЯМР-спектрометров большое распространение получила также ЯМР-спектроскопия углерода ¹³С, при которой регистрация происходит при кратковременном импульсном облучении пробы радиочастотным излучением.

Используя методы квантовохимических расчетов, можно теоретически предсказать характеристические химические сдвиги и модельный спектр, отвечающие структурам изомеров фуллеренов  (С₇₀, С₇₆, С₇₈, С₈₀ и С₈₄). При сравнении значений теоретических и экспериментальных химических сдвигов были впервые определены неизвестные прежде структуры изомеров таких соединений, как С₈₂, С₈₄, С₈₆ и С₈₈.

В нанотехнологии метод ЯМР находит применение как метод исследования поверхности материалов, в частности, композитов и полимеров. Его можно использовать также для выявления внутренних дефектов, растрескивания вследствие воздействия окружающей среды, а также для изучения динамики полимерных цепей с использованием изотопа ¹³C и дейтерия.

• Стрелецкий Алексей Владимирович, к.х.н.

1. Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Second Edition, Guangyu Sun, Fullerenes: Isomer Identification p.1340
2. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. - М.: Техносфера, 2006. - 384 с.