В чем суть метода ЯМР-спектроскопии? Каким образом регистрируют спектр ядерного магнитного резонанса? Какую информацию о структуре молекул могут получить ученые с помощью данного метода? И какова история метода ЯМР? Об этом рассказывает доктор химических наук Владимир Польшаков.

Все элементарные частицы, то есть все, что из чего мы состоим, являются маленькими магнитиками, обладает магнитным моментом. Это и протон, и нейтрон, и электрон. Таким образом, все ядра, которые сложены из протонов и нейтронов, могут иметь магнитный момент. Природа магнитного момента — это квантовая природа. Но если ее попытаться более в классическом выражении проиллюстрировать, это похоже на поведение маленького вращающегося магнитика. Таким образом, если у нас нет внешнего магнитного поля, то он будет спокойно направлен, ориентирован в любую сторону. Как только мы прикладываем внешнее магнитное поле, то, как любой магнит, он начинает чувствовать это магнитное поле, и если его спиновое число равно ½, то появляется два направления его преимущественной ориентации, как бы вверх и вниз по магнитному полю.

Магнитное поле, которое окружает то или иное ядро, не равно тому магнитному полю, которое мы приложили к нему, поместив изучаемый объект в магнитное поле нашего спектрометра. Кроме внешнего магнитного поля, еще здесь нужно учесть локальные магнитные поля, которые наводятся, например, экранированием движений электронов вокруг ядер, действием соседних ядер, таких же магнитиков, то есть они могут индуцировать какие-то локальные магнитные поля, и так далее. Таким образом, каждое ядро, находящееся в разной части молекулы, имеет совершенно разное эффективное магнитное поле, которое окружает это ядро. И таким образом мы можем регистрировать так называемый спектр ядерного магнитного резонанса.

Рекомендуем по этой теме:
6403
ЯМР биомолекул
Метод ЯМР как метод определения структуры молекул появился в середине XX века в 1940-х годах, и с тех пор за очень короткое время, к середине 1950-х годов, он стал одним из ключевых методов изучения, скажем, органических соединений. История метода ЯМР уходит немного дальше, где-то в 1920-е годы. Здесь нельзя не упомянуть знаменитого ученого Паули, который ввел понятие спинового квантового числа, напрямую связанного с магнитными свойствами, о которых я говорил. Но реальными первооткрывателями метода ЯМР в жидкостях являются Блох и Пёрселл, американские ученые, которые получили Нобелевскую премию, если не ошибаюсь, в 1950-е годы за открытие, которое они сделали в 1945–1945 годах.