ЯМР-научпоп
Спектроскопия ЯМР - это физико-химический метод с весьма обширными исследовательскими возможностями. Наиболее широко его используют в аналитических целях, когда необходимо просто установить, что за соединение находится в руках у исследователя. Если говорить совсем коротко, то процедура довольно проста: сначала образец помещают в магнит. В настоящее время, как правило, используют сверхпроводящие магниты с полями в диапазоне от 4 до 20 Тесла (для сравнения - естественное магнитное поле Земли составляет приблизительно 50 мкТ). Ядра атомов образца, помещённого магнит, переходят в особое состояние, связанное с воздействием на них постоянного магнитного поля, которое, скажем так, наиболее «удобно» (соответствует минимуму потенциальной энергии) для системы, оказавшейся в новых условиях. Затем на образец воздействуют радиочастотным импульсом, выводя её из состояния равновесия с внешним магнитным полем. После этого регистрируют радиочастотный отклик системы, возвращающейся в равновесное состояние. И в дальнейшем, получив уже этот отклик, можно выудить из него довольно много разнообразной информации. Если эксперимент был поставлен грамотно. J
В первую очередь, при постановке эксперимента, необходимо выбрать ядра, которые мы хотим «посмотреть». Почему так? Почему нельзя просто взять и снять? Дело в том, что у каждого ядра в заданном постоянном магнитном поле - своя резонансная частота (её ещё называют Ларморовой частотой). Например, когда говорят «спектрометр на 500 МГц», то подразумевают, что резонансная частота протонов на таком спектрометре будет составлять 500 МГц. Однако резонансная частота ядер С-13 на этом приборе составит приблизительно 125 МГц. Если взять ещё какой-нибудь изотоп, то будет совсем другая частота. Причём да - именно - не другой элемент, а другой ИЗОТОП. Например, другой изотоп элемента водорода - дейтерий, будет иметь частоту примерно 77 МГц, а радиоактивный изотоп - тритий - 533 МГц. А, например, самый распространенный из изотопов углерода - С-12 (природное содержание - 98,9%) - вообще невозможно «увидеть» методом спектроскопии ЯМР. Именно поэтому, когда стоит задача - получить ЯМР спектр углерода, часто используют соединения, искусственно обогащённые изотопом С-13.
Что такое изотоп, изучают ещё в школе на предметах химия и физика. Однако, как показывает опыт, в обществе сложилось весьма своеобразное представление о них: например, для наших (Российских) таможенников слово «изотоп» автоматически эквивалентно слову «радиоактивный». Это абсолютное недоразумение! Из изотопов состоит всё вокруг нас и даже мы сами. Изотопами называются атомы одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Изотопы бывают стабильные и радиоактивные (те, которые со временем распадаются с образованием стабильных изотопов). В естественном виде, как правило, элементы представлены не каким-то одним своим изотопом, изотопы каждого элемента распределены определённым образом. Например, углерод в природе существует в виде стабильных изотопов С-12 (98,9%) и С-13 (1,1%), а также следовых количеств радиоактивного изотопа С-14 (по содержанию которого определяют, например, возраст археологических находок).