پاورپوینت کامل و جامع با عنوان طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته یا NMR در 43 اسلاید - دانلود فایل
دانلود فایل پاورپوینت کامل و جامع با عنوان طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته یا NMR در 43 اسلاید
دانلود فایل پاورپوینت کامل و جامع با عنوان طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته یا NMR در 43 اسلاید
تشدید مغناطیسی هسته ای (به انگلیسی: Nuclear magnetic Resonance) یک پدیدهٔ فیزیکی بر اساس مکانیک کوانتمی است.
در حضور یک میدان مغناطیسی قوی، انرژی هسته های عناصر مشخصی به علت خواص مغناطیسی این ذرات به دو یا چند تراز کوانتیده شکافته می شوند.الکترون ها نیز به طریقی مشابه هسته عمل می کنند. انتقالات میان ترازهای انرژی القاشدهٔ مغناطیسی حاصل می تواند با جذب تابش الکترومغناطیسی بابسامد مناسب انجام شود. درست شبیه انتقالات الکترونی که با جذب تابش فرابنفش یا مرئی صورت می پذیرد. اختلاف انرژی بین ترازهای کوانتومی مغناطیسی برای هسته های اتمی به مقداری است که با تابش در گستره ای از ۰٫۱ تا ۱۰۰MHz مطابقت دارد. طیف بینی NMR هم به منظور کارهای کمّی و هم به منظور شناسایی کیفی مولکول ها مورد استفاده قرار می گیرد. هر چند که قدرت اصلی این دستگاه در شناسایی کیفی ترکیبات آلی و زیستی بسیار پیچیده است.
در حالت عادی اختلاف انرژی بین ترازهای اسپین هسته صفر است، اما زمانی که اتم ها در حضور میدان مغناطیسی قرار می گیرد بر اساس خصوصیت Zeeman حالت تبهگن سیستم کاهش پیدا می کند. با نا پدید شدن میدان اتم تشدید کرده و تابش های را از خود نشان می دهد که به آن تشدید مغناطیس هسته می گویند.
طیف بینی رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) بر اساس اندازه گیری تابش الکترومغناطیسی در ناحیه ی فرکانس رادیوئی تقریباً۴ تا ۶۰۰ مگا هرتز بنا شده است. برخلاف جذب فرابنفش، مرئی و زیر قرمز، هسته ی اتمها به جای الکترون های بیرونی در فرایند جذب درگیرند. به علاوه برای آنکه هسته حالت های انرژی مورد نیاز جهت جذب را پیدا کند، لازم است نمونه در یک میدان مغناطیسی شدید قرار گیرد. هدف عمده از به کار بردن طیف سنجی NMR٬تعیین و تشخیص ساختار مولکولها می باشد. اطلاعات مورد نیاز برای این کار از طریق اندازه گیری، تجزیه و تحلیل و تفسیر طیف NMR با قدرت تفکیک بالا حاصل می گردد. همان طور که می دانیم در طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته، در غیاب میدان مغناطیسی خارجی تمام هسته های مغناطیسی دارای انرژی برابر هستند، هنگامی که میدان خارجی اعمال می شود، جهت گیری های همسو و ناهمسو به انرژی های متفاوتی مربوط خواهند شد. تفاوت انرژی ΔE، دارای ابعاد hυ است. هسته ی برخی از اتم ها دارای اسپین هسته ای (I) هستند. در عدم حضور میدان مغناطیسی، تمام حالات اسپین یک هسته، سطح انرژی یکسانی دارند اما، در حضور میدان مغناطیسی، حالات اسپسنی یکسان نخواهد بود. از جمله هسته های مهم که دارای اسپین می باشند، به هیدروژن (2/1I=) و کربن 13C (2/1I=) می توان اشاره کرد.
پدیده ی رزونانس مغناطیسی هسته ای هنگامی رخ می دهد که هسته های هم جهت میدان اعمال شده انرژی جذب کرده و جهت اسپین خود را نسبت به آن میدان تغییر دهند، یعنی هنگامی که فرکانس میدان الکتریکی نوسانی تابش ورودی که در محدوده ی امواج رادیوئی است، کاملاً با فرکانس میدان الکتریکی تولید شده از هسته برابری کند، دو میدان جفت (ادغام) شده و انرژی تابش ورودی به هسته منتقل می گردد و موجب تغییر اسپین می شود. این عمل به رزونانس موسوم است و در این هنگام گفته می شود که آن هسته با موج الکترومغناطیس ورودی در رزونانس است. جذب انرژی یک فرایند کوانتایی بوده و انرژی جذب شده برابر اختلاف انرژی بین دو حالت موجود است:
hυ = (حالت 2/1+ E - حالت 2/1- E)= جذب شده E
در عمل، این اختلاف انرژی تابع قدرت میدان مغناطیسی اعمال شده (B0) است (شکل ۱۲–۲۰). فرکانس تابش با فرکانس رادیوئی که به وسیله ی یک هسته ی خاص جذب می شود، به شدت تحت تأثیر محیط شیمیایی آن، یعنی الکترون ها و هسته های مجاور قرار دارد. در نتیجه حتی مولکول های ساده منبعی از اطلاعات طیفی را فراهم کنند که می تواند جهت تعیین ساختار شیمیایی آنها به کار برده شود. پروتون های مولکول توسط الکترون ها احاطه شده و محیط الکترونی هر یک از پروتون ها به طور جزئی با دیگر پروتون ها فرق می کند. به عبارت دیگر، پروتون ها توسط الکترون هایی که آنها را احاطه کرده اند پوشیده یا محافظت می شوند. هر قدر دانسیته ی الکترونی اطراف یک هسته بیشتر باشد، میدان مغناطیسی تولید شده توسط الکترون ها، که در جهت عکس میدان اعمال شده است، بیشتر خواهد بود. در این حالت، میدان حاصله برای آن هسته کاهش می یابد.
چون هسته، میدان مغناطیسی اعمال شده ی کمتری را احساس کرده، پس در فرکانس پایین تری گردش می کند، یعنی در این فرکانس پایین، تابش فرکانس رادیویی را جذب می کند. هر پروتون در محیط شیمیایی نسبتاً متفاوتی قرار دارد، در نتیجه مقدار ممانعت الکترونی، اندکی فرق دارد و فرکانس رزونانس آن نیز فرق خواهد داشت. اندازه گیری فرکانس رزنانس هر پروتون کار بسیار دشواری است و بنابراین، تلاشی در جهت اندازه گیری دقیق فرکانس رزنانسی پروتون صورت نمی گیرد و به جای آن از یک ترکیب شاهداستفاده می شود. این ترکیب شاهد را در محلولی که حاوی ماده مورد نظر است ریخته و فرکانس رزنانس هر پروتون نمونه را نسبت به فرکانس رزنانس پروتون ها ماده ی شاهد اندازه گیری می کنند. به عبارت بهتر، اختلاف فرکانس اندازه گیری می شود. ماده شاهد استاندارد، تترامتیل سیلان (CH3)4Si)) بوده که به TMS موسوم است. علت استفاده از این ماده این است که پروتونهای گروه های متیل آن بیش از اکثر ترکیبات محافظت می شوند؛ بنابراین، هنگام مطالعه یک ترکیب، رزنانس پروتونهای آن برحسب این که آن ها به چه مقدار (بر حسب Hz) از فاطله دارند، گزارش می شود. تغییر مکان یک پروتون نسبت به TMS (بر حسب Hz) بستگی به قدرت میدان مغناطیسی اعمال شده دارد. با تقسیم تغییر مکان (Hz) یک پروتون به فرکانس (MHz) طیف سنج، واحد جدید به نام تغییر مکان شیمیایی حاصل می گردد که مستقل از میدان می باشد.
تغییر مکان شیمیایی بر حسب واحد δ، بیانگر اندازه ایست که رزنانس یک پروتون بر حسب قسمت در میلیون (ppm) فرکانس دستگاه طیف سنج از TMS فاصله گرفته است.
تمام پروتون های یک مولکول که در محیط شیمیایی یکسانی قرار دارند، اغلب دارای تغییر مکان شیمیایی یکسانی هستند، فقط یک جذب می دهند و از یک نوع هستند. این پروتون ها از لحاظ شیمیایی معادل خوانده می شوند. از طرفی، مجموعه ای از پروتون های موجود در مولکول ها که از لحاظ شیمیایی متفاوت هستند، جذب مختص به خود را می دهند. نه تنها انواع گوناگون پروتون ها تغییر مکان شیمیایی مختلفی دارند، بلکه مقدار تغییر مکان شیمیایی(δ)آن پروتون ها، صفت مشخصه ی نوع آنها خواهد بود. هر نوع پروتون فقط در محدوده ای از δ رزونانس می دهد. در طیف سنجی NMR تعداد قلل موجود در طیف، تعداد انواع پروتون ها را در مولکول مشخص می کند. نه تنها طیف NMR تعداد انواع گوناگون پروتون های یک مولکول را مشخص می کند، بلکه هم چنین قادر به تشخیص تعداد پروتون های هر یک از انواع نیز می باشد. درطیف NMR مساحت هر قله متناسب با تعداد هیدروژن هایی است که آن قله را ایجاد می کنند.
فهرست مطالب:
NMR
تفاوت با دیگر روشها
توانايي تكنيك NMR
محدوديت NMR
رزونانس مغناطیسی هسته
ESR
اندازه حركت زاويه اي ذرات بنيادي
عدد كوانتومي اسپين براي هسته هاي مختلف
خواص مغناطيسي ذرات بنيادي
عدد كوانتومي مغناطيسي m
ترازهاي انرژي در يك ميدان مغناطيسي
انرژي پتانسيل يك ذره با ممان مغناطيسي
جذب تابش
حركت تقديمي ذرات در يك ميدان
فرکانس حرکت تقدیمی
فركانس مكانيك كوانتومي
مكانيسم هاي برگشت هسته در حالت با انرژي بالاتر (يا اسپين برانگيخته) به حالت با انرژي پايينتر
برگشت به تراز پايه با نشر انرژي hv
فرآیندهای آسایش
هدف در NMR: اندازه گيري جذب در حضور ميدان Ho
انواع آسایش
آسايش اسپين- اسپين
عوامل پهن شدن خطوط طیفهای NMR
انواع ناهمگنی
اندازه گيري جذب
اندازه گيري تغييرات جذب فركانس تابشی در ميدان ثابت Ho اعمال شده
انواع اسپكتروسكوپي NMR
اجزاء دستگاهی NMR
مغناطیس
مولد روبش میدان
منبع فرکانس رادیویی
آشکارساز
ظرف نمونه
معیار اندازه گيري کمی
حلال نمونه
كاربرد طيف بيني NMR در مطالعات ساختماني
انواع آثار محیطی
جابجايي شيميايي
شكافتگي اسپين-اسپين
منبع جابجايي شيميايي
مقياسهاي طولي براي NMR
و...