Спектры ямр
Спектр 1H 4-этоксибензальдегида. В слабом поле (синглет ~9,25 м.д) сигнал протона альдегидной группы, в сильном (триплет ~1,85-2 м.д.) — протонов метила этоксильной группы.
Для качественного анализа c помощью ЯМР используют анализ спектров, основанный на таких замечательных свойствах данного метода:
сигналы ядер атомов, входящих в определенные функциональные группы, лежат в строго определенных участках спектра;
интегральная площадь, ограниченная пиком, строго пропорциональна количеству резонирующих атомов;
ядра, лежащие через 1-4 связи, способны давать мультиплетные сигналы в результате т. н. расщепления друг на друге.
Положение сигнала в спектрах ЯМР характеризуют химическим сдвигом их относительно эталонного сигнала. В качестве последнего в ЯМР 1Н и 13С применяют тетраметилсилан Si(CH3)4 (ТМС). Единицей химического сдвига является миллионная доля (м.д.) частоты прибора. Если принять сигнал ТМС за 0, а смещение сигнала в слабое поле считать положительным химическим сдвигом, то мы получим так называемую шкалу δ. Если резонанс тетраметилсилана приравнять 10 м.д. и обратить знаки на противоположные, то результирующая шкала будет шкалой τ, практически не используемой в настоящее время. Если спектр вещества слишком сложен для интерпретирования, можно воспользоваться квантово-химическими методами расчета констант экранирования и на их основании соотнести сигналы.
ЯМР расходомеры
Ядерно-магнитные расходомеры основаны на зависимости ядерно-магнитного резонанса расхода потока. В свою очередь ядерно-магнитный резонанс –это резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом содержащим ядра с нулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.
Ядро, помещенное в магнитное поле с индукцией В, благодаря взаимодействию поля с магнитным моментом и спином ядра будет двигаться вокруг вектора В с угловой частотой ω, называемой ларморовой.
При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты ядер ориентированы в различных направлениях. При наложении магнитного поля с индукцией В происходит ориентация магнитных моментов ядер вдоль оси поля В и распределение ядер по различным энергетическим уровням. Чем ниже последний, тем больше ядер располагается на нем. Избыток числа ядер в нижнем уровне по сравнению с соседним верхним определяет значениенамагниченного вещества.
Преобразователи расхода
Как правило преобразователь ядерно-магнитных расходомеров включает в себя поляризатор, создающий постоянное магнитное поле с индукцией В, и «резонатор», в котором под воздействием переменного поля осуществляется ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Но ввиду трудности точного измерения амплитуды сигнала резонатора в большинстве случаев между поляризатором и «резонатором» помещается катушка нутации, назначение которой воздействовать на вектор намагниченности ядер, выходящих из поляризатора. В этом случае, измеряется не значение сигнала ЯМР, а какая-либо другая величина, связанная с ним, например сила тока в катушке нутации или время перемещения вещества от нее до катушки, воспринимающей сигнал ЯМР.
Поляризатор состоит из магнита, обеспечивающего постоянство и достаточно высокое значение вектора намагниченности жидкости. «Резонатор» включает в себя постоянный магнит, одну или две катушки модуляции и одну или две катушки, возбуждающие и воспринимающие сигнал ЯМР. Магнит резонатора образует постоянное магнитное поле с индукцией В. Катушки модуляции, располагаемые с обеих сторон трубопровода, питаются от генератора низкой частоты. С этой частотой они изменяют индукцию поля В, а следовательно, и его резонансную частоту. Это делается для того, чтобы облегчить выделение сигнала ЯМР из шумов и наводок с помощью резонансного усилителя, настроенного на частоту. Для получения в приемной катушке сигнала ЯМР, который пропорционален проекции намагниченности на направление, перпендикулярное к полю В, надо воздействовать на жидкость переменным полем с резонансной частотой, направленным перпендикулярно кВ.
В случае применения двух отдельных катушек одна из них, окружающая трубу, — воспринимающая, а другая, ось которой перпендикулярна как к оси первой, так и к направлению поля В , — возбуждающая. Последняя состоит из двух секций, размещенных по обе стороны от трубы. Она присоединяется к высокочастотному генератору и создает резонансное поле частотой . Такой метод детектирования сигнала ЯМР называется методом скрещенных катушек, или методом Блоха. Приемная катушка присоединяется к усилителю. Ее длина в несколько раз меньше длины возбуждающей катушки, что способствует уменьшению влияния релаксации ядерной намагниченности жидкости при проходе через нее.
Другой способ состоит в применении одной катушки, окружающей трубу, которая одновременно возбуждает резонансное поле и воспринимает сигнал ЯМР. Последний воспринимается на фоне напряжения, создаваемого высокочастотным генератором, подключенным к катушке и возбуждающим резонансное поле. В предыдущем же случае для двух отдельных катушек сигнал ЯМР наблюдается на фоне наводки от возбуждающей катушки. В том и другом случае для выделения сигнала из фона применяются фазочувствительные схемы.