Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), как и рассмотренный ранее метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), основан на регистрации резонансного поглощения энергии радиочастотного излучения веществом, помещенным в магнитное поле. Однако в этом случае кванты энергии радиочастотного излучения поглощаются не электронами, а ядрами элементов, имеющими магнитный момент — так называемый «ядерный спин», в первую очередь — протонами.

Надо отметить, что у ядер атомов, чаще всего входящих в состав органических соединений (таких, как С12, О16 и др.), массовое число А и заряд z четные, а потому их «ядерный спин» равен нулю. Такие ядра не дают сигналов ядерного резонанса. В то же время ядра атомов Н1, С13, F19 и Р31 имеют ядерный спин, равный ±1/2, и вещества, в состав которых введены эти атомы, весьма удобно исследовать методом ЯМР.

Существуют также элементы, ядра которых имеют спин, равный единице или большей величине, кратной 1/2. Изучение ЯМР соединений, в которые входят такие элементы, труднее осуществить экспериментально.

Отсутствие спина у важнейшего органогена С12 является большим достоинством метода, так как если бы С12 имел магнитный момент, спектры ЯМР были бы гораздо сложнее. Если требуется наблюдать сигнал ЯМР от углеродного атома, можно вводить в испытуемые объекты его изотоп С13.

Метод ЯМР, открытый в 1946 г., является одним из наиболее важных новых методов исследования органических соединений, так как он позволяет решать многие труднейшие вопросы, касающиеся деталей строения органических молекул, характера химических связей и кинетики реакций. Это возможно благодаря тому, что ядра атомов, в зависимости от того, какими другими ядрами они окружены в молекуле (различное магнитное

окружение), дают сигнал ЯМР (резонансный эффект) при различных значениях напряженности постоянного магнитного поля. Так, например, в спектре ЯМР этилового спирта (рис. 57, А) видны три пика, соответствующие атомам водорода в трех разных магнитных окружениях (СН3, СН2 и ОН). Площади пиков находятся в отношении 3:2:1 соответственно числу атомов водорода в этих группах.