Спин-спиновое взаимодействие

Если в молекуле имеется система двух неэквивалентных протонов (имеющих разные химические сдвиги) Н_а и Н_в информация о состоянии протона Н_а передается через валентные электроны протону Н_в и наоборот. То есть каждый протон находится под влиянием двух локальных полей: одно уменьшает влияние, а другое его увеличивает на то же значение. Поэтому вместо одного сигнала у протона Н_в будет два сигнала, аналогично и у протона Н_а. В общем случае, когда протон (или группа эквивалентных протонов) взаимодействует с n другими эквивалентными протонами, то сигнал первого протона содержит n+1 компонент. Распределение интенсивности линий в мультиплете определяется коэффициентами разложения бинома степени n:(a + b)ⁿ. Ниже приведен спектр протонного магнитного резонанса хлористого этила рис. 21.

Рис. 21 - Спектр ПМР хлористого этила

Как видно из приведенного спектра метильная группа имеет три компоненты, так как проявилось влияние метиленовой группы. А у метиленовой группы сигнал имеет четыре компоненты под влиянием стильной группы

Спектры ЯМР регистрируют с помощью радиоспектрометров рис. 22. Образец исследуемого вещества помещают как сердечник в катушку генерирующего контура (поле Н₁), расположенного в зазоре магнита, создающего поле Н₀так, что Н₁ перпендикулярно Н_о При наступает резонансное поглощение, что вызывает падение напряжения на контуре, в схему которого включена катушка с образцом. Падение напряжения детектируется, усиливается и подается на развертку осциллографа или записывающее устройство. В современных радиоспектрометрах ЯМР обычно используют поля напряженностью 1-12 Тл.

Рис. 22 - Схема спектрометра ЯМР: 1 - катушка с образцом; 2 - полюса магнита; 3 -генератор радиочастотного поля; 4 -усилитель и детектор; 5 - генератор модулирующего напряжения; 6 - катушки модуляции поля В₀; 7 - осциллограф.

Полученный спектр на экране осциллографа записывается принтером на бумаге или сохраняется в памяти компьютера.

Более подробное описание спектроскопии ЯМР можно найти в книгах, приведенных в списке использованной литературы.

Контрольные вопросы к теме 1.4

1. Возможности и значение спектральных методов. Их применение в техническом анализе.

2. Спектр электромагнитных колебаний. Длина волны, частота, волновое число. Связь этих величин с энергией.

3. Разновидности спектров по способу возбуждения. Принцип устройства спектрометра, ИК-, УФ- и видимые спектры. Их природа.

4. Абсорбционная спектроскопия. Основной закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера.

5. Оптическая плотность и пропускание. Связь между ними.

6. Спектр поглощения. Фотоколориметрия и спектрофотометрия.

7. Метод калибровочного графика в фотометрии.

8. Ядерный магнитный резонанс – физические основы.

9. Химический сдвиг, определение строения органических соединений по их ПМР спектрам.