Спинового Эха Метод

, радиоспектроскопич. Метод исследования в-ва, основанный на возникновении сигналов ЯМР, ЯКР или ЭПР (спинового эха) через нек-рое время после подачи на образец последовательности импульсов радиочастотного электромагн. Поля. Возникновение спинового эха ЯМР или ЭПР можно объяснить с помощью след. Модели. Если образец находится в постоянном магн. Поле напряженности H0, направленном вдоль оси z, то на единичные магн. Дипольные моменты исследуемого в-ва действует вращающий момент, при этом вектор Мнамагниченности (т. Е. Магн. Момента единицы объема образца), вращается, или прецессирует, вокруг оси z с резонансной частотой w0 = gH0, где g-гиромагнитное отношение для электрона (ЭПР) или ядра (ЯМР). Вектор М состоит из суммы отдельных спиновых компонент, т.

Наз. Изохромат, каждая из к-рых представляет собой совокупность спиновых моментов i, вращающихся с одинаковой частотой w0i = gH0i, где Н 0i -напряженность магн. Поля в данной точке образца. Допустим, что вектор М направлен вдоль оси z (рис. 1) и система координат x, у, z вращается вокруг оси zс частотой w0. Если в момент времени t= 0 приложить вдоль оси хкороткий импульс переменного электромагн. Поля Н1 такой же (резонансной) частоты w0, вектор М начнет прецессировать вокруг оси хс угловой скоростью w1 =gН 1 и за время t и действия импульса поля H1 он отклонится от оси z на угол (в радианах) q = gH1t и. Рис. 1. Схема движения вектора намагниченности во вращающейся системе координат х, у, z при действии постоянного неоднородного поля H0 и импульсов переменного поля Н1.

Импульс поля H1, действие к-рого приводит к отклонению М на углы q = p/2 и p, называют соотв. 90 °-импульсом и 180 °-импульсом. В момент окончания действия 90°-им-пульса вектор М совпадает с направлением у(рис. 2, а). Вследствие всегда имеющейся неоднородности магн. Поля H0 отдельные спиновые изохроматы будут прецессировать вокруг оси z с индивидуальными частотами w0i = w0 b Dw0 (рис. 1). Поэтому после окончания действия импульса Н1 вектор Мпостепенно рассыпается в "веер" составляющих его векторов спиновых изохромат (рис. 2, б). Этот "веер" можно вновь "собрать" в один вектор, если спустя время т после окончания действия 90°x -импульса включить 180°-импульс вдоль оси х, к-рый повернет "веер" векторов спиновых изохромат вокруг этой оси на 180°x (рис.

2, в. На рис. 1 эти векторы обозначены пунктиром). Направление векторов спиновых изохромат и направление их вращения поменяется на обратное. По этой причине через интервал времени т после окончания действия 180°x -импульса отдельные спиновые изохроматы вновь соберутся вместе (т. К. Вектор, прецессирующий с частотой w0 + Dw0 "догонит" вектор с частотой w0 Ч Dw0), но уже вдоль оси Ч у(рис. 2,д). Далее получившийся вектор М, направленный по оси Чy, под действием неоднородного поля Н0 опять начнет рассыпаться в "веер" спиновых изохромат (рис. 2,е). Рис. 2. Схема формирования сигналов свободной индукции и спинового эха в неоднородном поле H0 при воздействии 90 и 180°x -импульсов. А-поворот вектора М в плоскость ху90°-импульсом.

Б-рассыпание в "веер" спиновых изохромат. В-поворот "веера" векторов вокруг оси х180°x -импульсом. Г-собирание спиновых изохромат. д- появление максимума сигнала спинового эха. Е-исчезновение сигнала спинового эха. Детектирующее устройство в С. Э. М. Регистрирует эле-ктрич. Сигнал индукции, наведенный в приемной катушке, причем амплитуда А этого сигнала пропорциональна проекции вектора М на ось у. Поэтому при использовании описанной выше последовательности импульсов (90°x -т-180°) сразу после 90°x -импульса регистрируются затухающий сигнал т. Наз. Своб. Индукции (рассыпание спиновых изохромат), а в момент 2т (т. К. Т t и)- сигнал спинового эха (собирание спиновых изохромат. Рис. 2). Наиб. Часто С. Э. М. Используют для измерения времен спин-решеточной (продольной) релаксации T1 или спин-.спиновой (поперечной) релаксации Т 2, обратные величины к-рых характеризуют скорость релаксации или восстановления нарушенного к.-л.

Образом теплового равновесия соотв. Между системой ядерных или электронных спинов и решеткой либо внутри системы спинов. Для измерения времени Т 2, характеризующего исчезновение намагниченности в плоскости ху, обусловленное неод-нородностью поля H0 и спин-спиновой релаксацией, используют последовательность импульсов 90°-т-180°. Эту последовательность периодически повторяют, каждый раз увеличивая интервал т. Время Т 2 определяют по амплитуде сигналов спинового эха. А(т)=А0 ехр(Ч2т/T2). Для измерения времени T1, характеризующего восстановление намагниченности вдоль оси zпосле действия 180°-им-пульса, используют повторяющуюся последовательность импульсов 180°-т-90°-т'-180°, каждый раз увеличивая интервал т (постоянный интервал т'т).

Время T1 определяют по амплитуде сигналов спиновых эхо. А(т) = A0[1 Ч -2ехр(-2т/Т 1)]. Времена T1 и Т 2, измеренные с помощью С. Э. М. При разл. Условиях эксперимента, содержат информацию о динамике молекул и атомов в твердых телах, жидкостях и газах. Они позволяют изучать процессы образования комплексов, кинетику хим. Реакций, внутри- и межмол. Взаимодействия, распределение электронов в металлах и сплавах, электрон-ядерные взаимодействия, строение и св-ва молекул. С. Э. М. Позволяет измерять коэф. Диффузии в жидкостях и нек-рых твердых телах, без внесения в исследуемое в-во меченых молекул или атомов. В этом случае получают огибающую сигналов спиновых эхо, как в методе измерения Т 2, но при постоянном или импульсном градиенте магн.

Поля, направленного вдоль оси z. С. Э. М. Применяют также для измерения констант спин-спинового и сверхтонкого взаимодействий, хим. Сдвигов, магн. И квадрупольных уширений линий в спектрах ЯМР и ЭПР и др. Радиоспектроскопич. Параметров. При этом используют разнообразные последовательности и комбинации импульсов поля Н1. Принципы получения сигналов в С. Э. М. Использованы в импульсной фурье-спектроскопии ЯМР, в двойном резонансе и др. Методах радиоспектроскопии (в т. Ч. В методах, применяемых в мед. Диагностике). Лит. Гречишкин B.C., Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах, М., 1973. Салихов К. М., Семенов А. Г., Цветков Ю. Д., Электронное спиновое эхо и его применение, Новосиб., 1976. Вашман А. А., Пронин И. С., Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия, М., 1986.

А. А. Вашман.