Приветствую всех айтишников и технарей. Я надеюсь, что немного естественных наук вам тоже зайдет. Тем более что технические подробности здесь будут. Сегодня речь пойдет об этой штуке и её более скромных собратьях. В общем, спектрометрах ядерного магнитного резонанса. Зачем они нужны, как работают, ни у вообще почему без них невозможен современный органический синтез и в целом исследование молекулярных веществ. Пост про ЯМР был уже не так давно, но я всё-таки выложу творческую переработку своего старого поста с Пикабу. Может быть, кому-то он больше понравится...

ЯМР-спектрометр Varian на 900, вроде, МГц.
ЯМР-спектрометр Varian на 900, вроде, МГц.

Итак, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, или ЯМР (ЯМР, NMR, Nuclear Magnetic Resonance). Только за сам метод и его развитие было присуждено две Нобелевские премии - по физике за 1952 год и по химии за 1991 год. Плюсом к этому идут ещё две премии - химия за 2002 год, за филигранное использование метода для определения структуры биомолекул, и по физиологии и медицине за 2003 год - за МРТ. А сколько работ в области органической химии, химии полимеров, биохимии, получивших Нобелевскую премию, стали возможными благодаря ЯМР - не счесть!

Метод ЯМР не имеет конкурентов в деле установления строения растворимых молекул. Даже рентгеновская дифракция на монокристаллах обладает куда более скромными возможностями - для неё нужен монокристалл, тогда как ЯМР работает с любыми растворами. Кроме того, ЯМР позволяет анализировать смеси, и даже дает информацию об их составе. Остальные же методы, будь то спектроскопия или что-то другое, безнадежно проигрывают ЯМР в этой области. Вдобавок, метод ЯМР можно использовать для изучения механизмов, кинетики и термодинамики реакций, для конформационного анализа, физико-химических экспериментов таких как измерение коэффициентов диффузии. Большинство журналов, посвященных органической химии, считают ЯМР самым надежным методом установления структуры и чистоты вещества. Мало того, ЯМР приспособили и для исследования твердого тела. Правда, там он далеко не столь мощен и всемогущ, но тоже может кое-что уникальное.

Основы основ

В основе явления, эксплуатируемого методом ЯМР, лежит тот факт, что многие атомные ядра обладают ненулевым собственным магнитным моментом или ядерным спином, обозначаемым I или J. Я буду обозначать J, мне так привычнее. Ядерному спину соответствует набор (2J+1) спиновых состояний ядра, отличающихся направлением вектора магнитного момента ядра μ. Модуль μ является характеристикой ядра и измеряется обычно в единицах ядерного магнетона (μZ/μN), а вектор имеет дискретный набор направлений, отвечающих набору спиновых состояний. Каждое из которых характеризуется проекцией на условную ось вращения ядра, и соответствующие им значения ядерного спинового числа m. Глубже в теорию строения ядра я залезать не буду, ибо я тупой химик и так уже хожу по офигенно тонкому льду.

В контексте явления ЯМР нас интересует то, что ядро имеет несколько спиновых состояний. В сферическом ядре в вакууме (то есть в отсутствие внешнего магнитного поля) эти направления вырождены, т.е. соответствующие им состояния неразличимы, в том числе и по энергии. Однако если мы наведем внешнее магнитное поле, то мы получим точку отсчета - вектор индукции, и вырождение снимется - мы сможем различать между собой состояния m. Далее для простоты изложения и восприятия я в качестве примера буду использовать протон - ядро 1Н, имеющее J = 1/2. Хотя для любого ядра с таким J наши рассуждение будут так же справедливы. Для ядер с большим спином этих состояний будет больше, например для ядер 2H с J = 1 их будет 3, ну и так далее.

Энергетическая диаграмма спиновых состояний ядра 1Н. Как можно заметить, величина ΔE прямо пропорциональна B0.
Энергетическая диаграмма спиновых состояний ядра 1Н. Как можно заметить, величина ΔE прямо пропорциональна B0.

И, как водится, если у системы есть два состояния, отличающихся по энергии - система может переходить между этими состояниями. Разумеется, не бесплатно - для того, чтобы попасть на более высокий уровень, система должна откуда-то взять энергию ΔE, а чтобы попасть на более низкий - кому-то эту энергию отдать. В том случае, когда эта энергия поглощается/излучается в виде электромагнитной волны с энергией, равной (ну, или близкой) энергии межуровневого перехода, говорят о резонансном поглощении/испускании. Величина ΔE зависит от индукции приложенного внешнего поля, что логично и вполне интуитивно: повернуть магнит относительно другого магнита легче, когда они слабые. Зависимость эта линейная от индукции поля B0 и от магнитного момента ядра μZ (см. график выше), что не очень важно, но в целом приятно. Индукция поля в рабочей зоне современных приборов для рутинного анализа составляет примерно 10 - 15 Тл, а в высокополевых приборов для тонких измерений доходит до 25 Тл и даже немного выше. Это много, если что. Технически можно и ещё выше сделать, 25 Тл преодолели уже лет 30 назад, но там уже молекулы настолько охреневают от индукции магнитного поля, что возникает магнитная анизотропия образца, и спектр превращается в почти не поддающуюся интерпретации тыкву.

В ЯМР принято оперировать не энергиями, а соответствующими им частотами, которые связаны с B0 посредством производной от μZ и J величины, а именно гиромагнитного отношения γ. В итоге имеет место быть следующее соотношение между резонансной частотой поглощения/испускания:

νγB0/2π

Для 9.4 Тл опорная частота резонансного поглощения 1H соответствует примерно 400 МГц, а для 23.5 Тл увеличивается аж до 1 ГГц, то есть мы находимся в дециметровом диапазоне, что уже дает людям знакомым с радиотехникой примерное представление о том, как и на какой элементной базе это собирается. Спойлер: на более-менее обычной. В чем же засада? Почему радиоприемник на том же самом ~гигагерцовом УВЧ диапазоне собирается на сэкономленные со школьного обеда деньги из картошки, гетеродина и транзистора, а ЯМР спектрометр обычно покупают вскладчину на несколько научных групп? А засады три.

Первая засада - разрешение, с которой надо получать частотную характеристику (спектр) образца. А разрешение должно составлять доли ppb (parts per billion), то есть для 600 МГц прибора разрешение выражается в десятых долях герца. Как этого добиваются с радиотехнической точки зрения - понятия не имею, но подозреваю, что это дорого. Но помимо радиотехники, требуется высочайшая однородность поля, внутрь которого помещен образец. Потому что неоднородность поля в 10-6 Тл уже не позволит получить разрешение выше 1 ppb. А типичный размер образца - цилиндрик диаметром 5*50 мм.

Вторая засада - индукция поля. 10+ Тл в таком объеме это много. Такие поля - это сверхпроводящие магниты. Не то, чтобы сейчас это было очень сложно - но всё равно это очень дорого. Постоянные магниты, с которых ЯМР начинался, надолго ушли с арены, и только недавно нашли себе нишу в ЯМР-спектроскопии. Но до сих пор спектрометров на постоянных магнитах с частотой больше ~3 Тл на рынке нет. А у тех, которые на 3 Тл, объем рабочей зоны в десяток-другой раз меньше, от чего, разумеется, страдает чувствительность, ибо SNR (отношение сигнал/шум) пропорционально B03/2.

И третья, самая главная засада. Величины ΔE в таких полях составляют хорошо если ~10-6 эВ, а величина kT (мера тепловой энергии на молекулярном уровне) при комнатной температуре составляет 26 мЭв, то есть спиновые состояния ядра отличаются по энергии на сотые доли процента его внутренней энергии. А это, в свою очередь, приводит к тому, что отношение тепловой (т.е. равновесной при данной температуре) заселенности этих уровней крайне мало отличается от единицы: при наших вводных, если подставить их в уравнение Больцмана, отличие проявляется лишь в 5-м знаке после запятой, то есть избыточная заселенность нижнего энергетического уровня составляет несколько десятков ядер на миллион. Сложные кванты, которые я не в состоянии постичь, говорят, что в резонансное поглощении участвует только избыточная заселенность, да и то не вся, а половина - они поглощают до тех пор, пока заселенность не сравняется (это состояние называют насыщением). То есть в ЯМР активны лишь сотые, а иногда и тысячные доли процента всех ядер. Сравнивая ситуацию с тепловыми уровнями в ИК-спектроскопии, где избыточная заселенность составляет проценты и даже десятки процентов, а уж тем более с электронной спектроскопией, где избыточная заселенность стремится к единице, можно понять, что от ЯМР-спектрометра требуется очень высокая чувствительность. И это если говорить про ядра 1H, или проще говоря протоны. У которых γ = 2.8 и природное изотопное содержание >99%. А как вам ядра 13С, природное содержание которых 1.1%, а γ = 0.7? Почти в 400 раз ниже чувствительность на необогащенных образцах!

Так, а какое вообще это всё отношение имеет к химии, ну есть у ядер какое-то резонансное поглощение, дальше что? А то, что помимо ядер, в молекулах есть электронная плотность, которая как-то крайне прихотливо обволакивает собой эти самые ядра в соответствии с пространственным строением молекулы. И у электронной плотности этой есть также свой магнитный момент, более того - состоящий из двух компонент - орбитального магнитного момента и собственного, тобишь спинового. В теории строения атома им соответствуют квантовые числа m и s, соответственно, в молекулах всё сложнее, особенно у легких атомов у которых не так много остовных электронов, но тем не менее вокруг каждого ядра электронная плотность формирует определенное поле. И вот это поле Be в совокупности с внешним полем B0 дают результирующее поле B1, которое и действует на ядро. И резонансная частота поглощения этого ядра уже не

ν0γB0/2π

а

νγ(B0+Be)/2π

то есть частота изменяется на

ΔνγBe/2π

Величину -Δν (именно так, с минусом) принято называть химсдвигом δ, что логично, т.к. это сдвиг частоты, вызванный химическим окружением, и измерять в миллионных долях, ppm. Для протонов диапазон шкалы δ, в который укладывается абсолютное большинство диамагнитных молекул, составляет около 15 ppm. Понимаете теперь, зачем высокое разрешение, да? Если есть шкала относительных величин, то нужна и точка отсчета. Для протонов за ноль после долгих лет разброда и шатания был принят сигнал тетраметилсилана, потому что молекула инертная, её сигнал особо ни с чем не перекрывается и слабо зависит от температуры и проч. Молекула, содержащая несколько типов протонов с различными резонансными частотами, а следовательно и разными значениями δ будет давать (в идеале) линейчатый, а на самом деле более сложной формы спектр, который и называется спектром ЯМР.

Вот так вот выглядит неплохого качества спектр 1H ЯМР.
Вот так вот выглядит неплохого качества спектр 1H ЯМР.

Перерабатывать пришлось достаточно много, поэтому засим я первую часть, пожалуй, закончу. Хочется посмотреть, как оно вообще зайдет и будет ли кому интересно. На очереди у нас два блока: техническая реализация ЯМР спектроскопии как в смысле приборного исполнения, так и по пробоподготовке, а также химический смысл, интерпретация и применения ЯМР спектров. Я думаю изложить это вместе во второй части поста.

Комментарии (51)


  1. Redduck119
    11.10.2023 08:08
    +7

    Понял совсем чуть чуть, почти что ничего.
    Но всё равно интересно.


    1. vint59
      11.10.2023 08:08
      +4

      ну дак оно не для всех. @GidraVydra , продолжай !


  1. ElenJun
    11.10.2023 08:08

    Очень интересно! Собираюсь в будущем поступать на химию (2е высшее), хотелось бы заниматься синтезом IT и химии, Вы можете подсказать куда лучше идти в данном направлении?


    1. GidraVydra Автор
      11.10.2023 08:08
      +4

      Именно в химию? Есть квантовая химия, есть хемоинформатика. Для квантов нужна физика в анамнезе, так что из IT проще в хемоинформатику.

      А вообще забавно - коллеги, роняя тапки, бегут из химии в IT, а тут нашелся и обратный прецедент.


      1. Tamerlan666
        11.10.2023 08:08
        +1

        Я после защиты диссертации, основа которой - двумерная спектроскопия ЯМР, тоже ушел в IT, например, как и многие другие мои коллеги. Увы, наука финансируется далеко не так, как IT.


  1. Nick0las
    11.10.2023 08:08
    +2

    Статья интересная, продолжайте. Хоть у меня и специальность прикладная физика, тема ЯМР прошла вообще по касательной.


  1. Tamerlan666
    11.10.2023 08:08
    +5

    Из того, что опущено в статье. Для айтишников, думаю, было бы интересно упомянуть тот факт, что реальный толчок развитию именно импульсной ЯМР-спектроскопии (в отличие от традиционной спектроскопии медленного прохождения) дало появление производительных компьютеров, способных обсчитывать фурье-преобразование сигналов за разумное время.


    1. GidraVydra Автор
      11.10.2023 08:08
      +2

      Торопитесь) Это будет во второй части.


    1. iggr63
      11.10.2023 08:08

      Точно. За это 4-ую Нобелевку в ЯМР и дали.


  1. leshabirukov
    11.10.2023 08:08

    Вопрос: магнитная активация ядер как-нибудь влияет на собственно ядерные свойства (радиоактивность, - распад, поглощение)?


    1. Tamerlan666
      11.10.2023 08:08
      +2

      Нет, не влияет. Там порядки энергий совершенно другие. Собственно, разница порядков как между частотой типичного дециметрового диапазона радиоволн и гамма-диапазоном.


      1. leshabirukov
        11.10.2023 08:08

        Получается, кроме энергии ничего не важно? Привносимая анизотропия не вызывает скажем, анизотропию поглощения нейтронов?


  1. Tamerlan666
    11.10.2023 08:08
    +2

    Вопрос про ядерные свойства вполне закономерен, кстати. Многих людей пугает слово "ядерный" в аббревиатуре ЯМР. По этой же причине ЯМР-томографию переименовали просто в МРТ, чтобы не пугать не посвященных в физику процесса людей. :)


    1. Vytian
      11.10.2023 08:08
      +3

      Но с другой стороны, физике процесса всё равно, ядерный там спин или электронный, или вообще какая-нибудь квазичастица в гетероструктуре. Магнитный резонанс и там, и там. А то накрутили : ЯМР, ЭСР, ОДМР, а отличается только гиромагнитное отношение и Т2. В практическом смысле с ядерным спином , конечно, проще, ядра стабильнее и лучше от среды изолированы, чем какие-нибудь квантовые точки.

      Надеюсь, про приложения автор побольше напишет в следующих частях, там последнее время масса нетривиальной движухи, как в относительно классических спектроскопии и МРТ, -- скажем релаксометрия в сверхнизких полях, -- так и в гибридных системах типа НМР в кристаллах с оптически-активными дефектами. Я сварщик не настоящий, но и то много чего краем уха слышал.


      1. Tamerlan666
        11.10.2023 08:08
        +1

        У обычных людей слово "ядерный" ассоциируется с ядерной физикой и ионизирующим излучением, сиречь радиацией. Магнитный резонанс (что ядер, что электронов) с ионизирующими излучениями ничего общего не имеет, диапазоны совершенно иные, как и порядки энергий перехода.


        1. Vytian
          11.10.2023 08:08
          +1

          Да так то я знаю (вздыхая)... а если ещё и цезий с йодом помянуты, так вообще туши свет, бросай гранату.

          Впрочем по идее, магнитный резонанс должен быть и на истинных ядерных переходах.. сколько там, единицы-десятки кэв? Момент-то квантуется, переходы есть, знач дело только за подходящим магнитом. Или там даже Пашен-Бак не работает, что-нибудь богомерзкое релятивистское?


        1. semennikov
          11.10.2023 08:08
          +4

          На эту тему есть забавная история. На физфаке в Петергофе была (и есть) кафедра атомной физики(не ядерной! ) они изучали переходы электронов между орбитами и т.д. и т.п. ЯМР и ЭПР кстати тоже к ним относились. Поздней весной или даже в начале лета точно не помню, было жарко, открыли окно и ветром занавеску занесло на раскаленную спираль, занавеска загорелась. Дежурная по этажу позвонила в пожарную и сказала "Пожар на кафедре атомной физики" - Занавеску быстро потушили, и тут приезжает огромная пожарная машина на базе шасси "Ураган" (на ней возили баллистические ракеты) и из нее вылезают бравые пожарные в блестящих скафандрах(!). Оказывается, местные пожарные ехать побоялись и позвонили на Ленинградскую АЭС, она не далеко от Петергофа, и оттуда приехали ребята которых тренировали тушить реактор. Студенты потом долго хихикали.


      1. semennikov
        11.10.2023 08:08
        +3

        Есть еще и ЭПР - парамагнитный резонанс. Магниты те же, частоты примерно те же требования к электронике те же а физика ну совершенно другая


        1. iggr63
          11.10.2023 08:08
          +1

          ЭПР это золушка в магнтном резонансе. Большей частью там используются электромагнитны потому что для наиболее популярных частот Х-диапазона достаточно иметь магнитное поле < 0.6 Т.


          1. semennikov
            11.10.2023 08:08

            Ну вообще то у меня был магнит до 6 Тл


            1. iggr63
              11.10.2023 08:08

              На 95 Ггц?


              1. semennikov
                11.10.2023 08:08

                Примерно так, 4 мм длина волны


        1. Tamerlan666
          11.10.2023 08:08
          +1

          У ЭПР частоты выше на три порядка, т.к. гиромагнитное отношение для электрона тоже почти на три порядка выше. У протона в ядре водорода, ЕМНИП, примерно 43 МГц/Тл, у электрона - 28 ГГц/Тл. Соответственно, электроника у спектрометров ЭПР тоже совершенно иная - с волноводами, резонаторами и прочей СВЧ-обвязкой.


          1. semennikov
            11.10.2023 08:08

            Что верно, то верно, у меня были СВЧ частоты на 8 мм при полях до 6 Тл, но после демодуляции электроника была практически та же. Сканировали полем, СВЧ просто смотрели поглощение


            1. Tamerlan666
              11.10.2023 08:08

              На 6 Тл частота ЭПР будет за полторы сотни ГГц. Это уже почти оптический субмиллиметровый диапазон.


              1. semennikov
                11.10.2023 08:08

                Не совсем, в кристаллах когда смотришь дефекты там из-за взаимодействия электронных оболочек эффективное гиромагнитное соотношение сильно уезжает вниз, именно эти эффекты и смотрели.


              1. iggr63
                11.10.2023 08:08

                Все еще миллиметровый. На 263 Ггц длина волны 1.14 мм. Но таки да с примерно 140 ГГц начинают использовать квазиоптические компоненты.


      1. GidraVydra Автор
        11.10.2023 08:08

        Настолько глубоко я точно копать не буду. Максимум про сверхнизкие поля пару слов.


  1. kbtsiberkin
    11.10.2023 08:08
    +2

    Прекрасная наука, и в физике (это я говорю как физик-теоретик с почти дописанным докторским диссером по около-резонансной тематике :)), и в химии, и в электронике!

    А современные гелиевые сверхпроводящие магниты роскошны! Даже просто эстетически) Не говоря уже про то, что огрооомный магнит с огромным аппаратным и программным комплексом даёт нам возможность пощупать мааааленькое атомное ядро в маленьком же образце. Ну или хотя бы электронную оболочку атома, при ЭПР. Почти что как в ускорителях элементарных частиц. Почти что единство и борьба противоположностей.

    Эх, было время, у нас в Перми маленькое никому не известное ОКБ "Маяк" при универе создало прототип полностью самостоятельно разработанного медицинского томографа с открытой рабочей зоной - крайне ценно для работы с детьми и клаустрофобами. Но, увы, победить нахлынувший импорт они не смогли. Так разработка и осталась в одном экземпляре и пачке чертежей. А уж спектрометров налепили - десятки, если не сотни. Своих, уникальных, под свои и чужие задачи, ЯМР, ЭПР, ЯКР. Ещё тёплых, ламповых.


    1. GidraVydra Автор
      11.10.2023 08:08
      +1

      Прототип - звучит гордо, но ничего не гарантирует. Из всех созданных в нашей лабе прототипов, например, только один хоть как-то коммерциализовался, и это норма.


    1. ru1z
      11.10.2023 08:08
      +1

      Да причем здесь импорт, от университетского прототипа до промышленности нужна господдержка (потому что другого варианта нет, промышленного заказа нет), вам правильно пишут выше про прототипы. А ее не было и развития промышленности, где бы очень пригодились эти уникальные прототипы, государи тоже не произвели. Нет господдержки, развалили высокотехнологическую промышленность, поэтому все прототипы теперь в Китай утекают и там реализуются чаще. Если что-то разрабатывается в научных учреждениях на голом энтузиазме силами умнейших людей вопреки действиям госчиновников, это почетно и достойно всяческого одобрения, но этого недостаточно для внедрения. Развитием сферы следовало бы заниматься, вкладывать в нее ресурсы и усилия, но ничего этого не сделано, наоборот, прототипы растеряны, в каждом университете/учреждении похожие истории рассказывают, досадно. Да и в СССР полно таких прототипов было, вон недавно нобелевскую дали, тоже практически за "ранний" прототип. И в СССР полно работ по ЯМР/ЭПР, полно разработок было. И тогда тоже был импорт, не поддерживали свои разработки, потому что все это никому наверху "просто так" не интересно и только грустные истории о том, как химики-физики пытаются получить приборы (https://chem.spbu.ru/post/41-sectiondepartment/categoryphohchem/103-istoriya-laboratorii-yamr-na-kafedre-fokh.html) или реализовать прототипы в приборы, остаются. Импорт здесь следствие отсутствия интереса.


      1. semennikov
        11.10.2023 08:08
        +2

        Это да, простенькие приборы мы таки делали и даже продавали в Японию в конце 80-х. Например криостаты от 1,8 К до 300 К. Но потом все естественно накрылось, а японцы даже в конце 90-х запрашивали у нас сменные наконечники, но мы уже ничего не могли


      1. iggr63
        11.10.2023 08:08
        +1

        Из советского наследия только Минские портативные ЭПР спектрометры вышли на международный коммерческий уровень Linev Systems. Спасибо Линеву. Небольшую серию тоже портативных ЭПР спектрометров сделали и в Екатеринбурге Супергетеродинный ЭПР спектрометер Артемов и Рокеах.


    1. Astrei
      11.10.2023 08:08
      +3

      Очень интересно! А можно ли где-то найти подробностей про данный аппарат? Давно уже хочу написать статью про историю отечественного оборудования для МРТ, вот собираю обрывки по крупицам.


      1. iggr63
        11.10.2023 08:08
        +2

        Вот например оригинальная разработка томографа доведенная до коммерческого уровня Казанский ЯМР томограф


        1. Astrei
          11.10.2023 08:08
          +1

          Ага, про эти знаю, вот мой список на текущий момент:

          - "ТОРОСС-1" ЗАО ИМТ-сервис, Москва
          - Серия "Образ" ЗАО НПФ Аз, Москва
          - "Юнитом",  ГК «МТТ Контрол», Москва
          - "RTI Fullscan" Гелпик, ФИАН, Москва
          - "Универсал-Макс", ВНИИ КТ, Москва
          - Серия "ТМР-КФТИ" , Казанский физико-технический институт им. Е.К. Заводского, Казань
          - "Электом-С5", НТЦ "ЦИКЛОН" НИИЭФА им.Д.В.Ефремова, Санкт-Петербург
          - "МТ-1000", данных нет, был установлен в Бурятской республиканской больнице им. Семашко в Улан-Уде в 1987 году, упоминается как "первый в СССР"

          Список надо сортировать по хронологии, некоторые машины были созданы ещё в СССР. К сожалению информацию собирать очень тяжко: в интернете и книгах ничего не осталось (особенно про самые старые аппараты), а на контакт не идут ни бывшие производители, ни больницы где данные агрегаты были установлены (им не до этих глупостей). А так разработок было поразительно много. До сих пор узнаю новое, например, про тот что упомянут в этой ветке выше.


          1. iggr63
            11.10.2023 08:08
            +2

            Хороший список. Е.К Заводский на самом деле Завойский, который и открыл собственно ЭПР. Да и ЯМР на самом деле тоже.


            1. Tamerlan666
              11.10.2023 08:08
              +1

              Насчет ЯМР сомнительно. У нас на кафедре пытались отреплицировать эксперименты Завойского, используя аппаратуру и доступную электронику 40-х годов. По всему получалось, что обнаружить резонансный сигнал с теми магнитами крайне затруднительно и возможно лишь при очень большом везении. Как раз по причине низкой чувствительности датчиков и невысокой однородности поля.


              1. iggr63
                11.10.2023 08:08

                Так оно и было в 1941 году. Из-за низкой однородности поля эффект наблюдался, но не воспрозводился. Это я по рассказам с нашей кафедры помню. Просто эффект сильно зависил от положения образца. Завойский был очень хороший электронщик, так что чувствительность наверное не была главным ограничением. Кстати первый ЭПР-ый спектрометер собранный из оригинальных деталей (sic!) вполне себе работает. Можно посмотреть в музее Казанского университета.


      1. kbtsiberkin
        11.10.2023 08:08

        Предоставлю, конечно, есть кое-что из отчётов и статей.


  1. iggr63
    11.10.2023 08:08
    +3

    есть для 600 МГц прибора разрешение выражается в десятых долях герца. Как этого добиваются с радиотехнической точки зрения - понятия не имею,

    Разрешение по частоте достигается с помощью прямого цифрового синтеза (DDS) с подходящей разрядностью фазового аккумулятора. Милигерцы.


  1. iggr63
    11.10.2023 08:08
    +1

    Потому что неоднородность поля в 10-6 Тл уже не позволит получить разрешение выше 1 ppb. А типичный размер образца - цилиндрик диаметром 5*50 мм.

    Для достижения однородности магнитного поля в объеме образца используют дополнительные катушки компенсирующие эти неоднородности. Процесс компенсации, даже можно сказать - искусство, называется "шимминг" (shimming). Очень популярная тема в интернете.


    1. GidraVydra Автор
      11.10.2023 08:08
      +2

      А в каком плане она популярна в интернете? 10 часов ASMR кручения энкодера на Брукеровском пульте?


      1. iggr63
        11.10.2023 08:08

        Не только кручением джойстика на Брукеровскм пульте, но и объяснениями как "устроены" магнитные поля и как их корректировать.


        1. GidraVydra Автор
          11.10.2023 08:08
          +1

          Моего уровня познаний хватает только на два ортогональные катушечки, ток которых вручную или параметрической оптимизацией дрючат до получения максимального гейна)


          1. iggr63
            11.10.2023 08:08

            Вот хорошая картинка от Сименса

            3 линейных члена и 5 второго порядка и надо нивелировать.


            1. GidraVydra Автор
              11.10.2023 08:08
              +1

              Когда физик говорит "интересная картинка", я напрягаюсь...

              Но тут в принципе всë понятно.


              1. iggr63
                11.10.2023 08:08

                Я не физик, а радиофизик:)


  1. iggr63
    11.10.2023 08:08

    что в резонансное поглощении участвует только избыточная заселенность, да и то не вся, а половина - они поглощают до тех пор, пока заселенность не сравняется (это состояние называют насыщением). 

    Совершенно верно. Для повышения избыточной насыщенности используется динамическая поляризация ядер. В ислледуемый образец добавляются парамагнитные примеси которые поляризуются с помощью СВЧ накачки. Эта поляризация затем переносится на ядра.


  1. iggr63
    11.10.2023 08:08

    Хорошее обьяснение основных физических принципов и ограничений метода ЯМР. Жду продолжения.


  1. Norpinane
    11.10.2023 08:08

    Доброе время суток! Хорошая статья. Сам в прошлом занимался ЯМР (более 11 лет практики): от приготовления образца до регистрации спектров/расшифровки настройки шимов/калибровке датчиков и т.д. Работал на 400-ке Jeol JNM ECX-400. Достаточно редкий зверь в РФ.