Физические основы сигнала в спектроскопии ЯМР
Сколько времени занимаюсь ЯМР, нне никак не удавалось до конца понять квантово-механическую модель, которую приводили во всех книжках для описания спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Вроде всё понятно, и как образуется сигнал, и какие параметры на него влияют, и что такое спиновые операторы с пропагаторами. Но всё время гложила какая-то внутренняя несогласованность этой модели. Почему-то описывалась эти система не так как других видов спектральных методов.
Основной тезис статьи : Переменный электрический ток в катушке возникает за счёт эффекта классической электромагнитной индукции, а не за счёт радиоизлучения образца. Радиоизлучение даёт мизерный вклад в детектируемый сигнал, т.е. иными словами, образец не излучает.
В качестве аргумента первого порядка приводят утверждение: большинство исследуемых объектов физически значительно меньше длины радиоволны, которая детектируется ЯМР-приборами. Далее выводиться, что тезис верен для современной магнитного резонанса и для б'ольших объектов.
Таким образом получается следующая картина.
Энергия радиочастотного излучения, которой облучается образец, может быть весьма и весьма велика и может сильно варьироваться, в то же время мощность ответного сигнала постоянна и может быть с лёгкостью оценнена теоретически. Причём мощность ответа даже не сопоставима с мощностью облучения (несколько порядков)
У меня есть следующее ощущение:
Гипотеза: Облучение образца импульсами требуеться только для того, чтобы создать нужную "погоду" для спиновой системы. При этом как такого поглощения энергии в значительном виде на происходит. И как такого "классического" квантово-механического перехода между уровнями с "накачкой" энергией не происходит. Мы только создаём условия для правильного поведения системы и влияния на Mxy.
Ни доказать, ни опровергнуть это ощущения я не могу. Так что есть над чем задуматься...
- Система энергетических уровней. И первый вопрос, которому учили на курсах физики: "А что происходит с энергией?" Согласно университетским курсам, если есть разные энергетические уровни для объектов, то облучая систему объектов квантами с энергией равной разности энергий уровней ты переводишь объекты с низшего уровня на высший (ну или приводишь с сваливанию систем с вышего на низший с излучением двух квантов). Всё линейно. Фигачишь - поглащает. Долго фигачишь - процессы поглощения энергии и индуцированного излучения уравниваються - система в динамическом равновесии. Но В ЯМР ВСЁ НЕ ТАК!!! Ты честно облучаешь систему резонансным облучением а результат разности заселённости уровней зависит от времени облучения. ПРИЧЁМ ЦИКЛИЧНО! так 360-ый импульс вообще не приведёт ни к какому результату - система осталась на месте. А где мои радиокванты?- Не понятно :(
- Почему нельзя простым облучение изменить разность заселённостей уровне? В тоже время специальные импульсные методики INEPT, cross-polarization и др, и экзотические методы laser-hyperpolarization, DNP позволяют эту проблемму обойти? Вот в других методах либо больше облучаешь - больше получаешь, либо доходишь до предела и всё. А в ЯМР как-то всё с ног на голову...
- Не удаётся согласовать в голове векторную(классическую) и квантовую модели описания сигнала ЯМР. В первом случае мы просто меняем среду в системе (добавляем переменное магнитное поле B1) и в этом случае у нас мощность B1 влияет только на необходимое время облучения и про энергию рассуждений нет. Во втором случае у нас есть энергетические уровни и уже говориться по поглащение энергии и её излучении. Согласно первой мы считываем изменение намагниченности внутри образца. Согласно второй (насколько я думал) мы детектируем радио-излучение исходящее от образца, "накаченного" нами.
Основной тезис статьи : Переменный электрический ток в катушке возникает за счёт эффекта классической электромагнитной индукции, а не за счёт радиоизлучения образца. Радиоизлучение даёт мизерный вклад в детектируемый сигнал, т.е. иными словами, образец не излучает.
В качестве аргумента первого порядка приводят утверждение: большинство исследуемых объектов физически значительно меньше длины радиоволны, которая детектируется ЯМР-приборами. Далее выводиться, что тезис верен для современной магнитного резонанса и для б'ольших объектов.
Таким образом получается следующая картина.
- Детектируется сигнал ЯМР согласно класической системе. Т.е. мы детектируем прецессию вектора намагниченности в плоскости перпендикулярной Bo.
- Система описания квантовыми уровнями и другие физическими квантовыми объектами нужны лишь для того, чтобы понять от чего зависит значение (Mx, My) после манипуляции со спиновой системой.
Энергия радиочастотного излучения, которой облучается образец, может быть весьма и весьма велика и может сильно варьироваться, в то же время мощность ответного сигнала постоянна и может быть с лёгкостью оценнена теоретически. Причём мощность ответа даже не сопоставима с мощностью облучения (несколько порядков)
У меня есть следующее ощущение:
Гипотеза: Облучение образца импульсами требуеться только для того, чтобы создать нужную "погоду" для спиновой системы. При этом как такого поглощения энергии в значительном виде на происходит. И как такого "классического" квантово-механического перехода между уровнями с "накачкой" энергией не происходит. Мы только создаём условия для правильного поведения системы и влияния на Mxy.
Ни доказать, ни опровергнуть это ощущения я не могу. Так что есть над чем задуматься...