Ядрено екраниране

Преди да разгледаме ядреното екраниране, трябва да направим малък преговор от физиката. Да кажем, че имаме ток, който протича в кръгов проводник. Тук отляво е нашият кръгов проводник. Да кажем, че токът се движи в тази посока. Във физиката представяме тока с I. Да кажем, че гледаме отгоре към този кръгов проводник. Това тук е изгледът отгоре. Ако гледаме надолу, токът ще се движи по посока на часовниковата стрелка. Значи в този кръг. Във физиката токът се разглежда като движение на положителни заряди. И макар да не се случва точно това, движещите се заряди създават магнитно поле. Токът ще създаде магнитно поле. Можем да определим посоката на магнитното поле, като използваме правилото на дясната ръка. Ако си представиш, че дясната ти ръка е точно тук при проводника, палецът ти ще сочи по посока на тока. Токът се движи наляво от тази точка, както и палецът сочи наляво. Това е горната част на дясната ми ръка. Ако използваш дясната си ръка, има само една посока, в която можеш да си свиеш пръстите. При този кръг пръстите ти ще се свият надолу. Значи в този кръг пръстите ти ще се свият надолу. Това е посоката на магнитното поле, създадено от тока. Значи гледано отгоре, магнитното поле влиза в страницата. Ако гледаш от тази страна, магнитното поле отива надолу. Значи магнитното поле, представено тук от В, се създава от тока в нашия кръгов проводник. В действителността се движат електроните. И тъй като електроните са отрицателно заредени, те се движат в посока обратна на електрическия ток. Всъщност електроните се движат в тази посока. Така че, ако погледнеш отгоре, електроните се движат срещу часовниковата стрелка. Представата, че движещите се електрони създават магнитно поле, е важна. Сега да разгледаме ситуация, в която имаме участващ протон. Значи протонен ЯМР. В последното видео обясних, че в протонния ЯМР прилагаме външно магнитно поле. Този вектор тук представя външното магнитно поле В нулево. В присъствието на външно магнитно поле електронната плътност около протона циркулира. Ако си представиш, че това е протон, и ако си представиш някаква електронна плътност, която обикаля около протона, значи тук имаме електронна плътност, която обикаля, електронната плътност, която обикаля, създава индуцирано магнитно поле. Ако електроните се движат по този начин, можеш да си представиш, че имаме тази ситуация. Индуцираното магнитно поле е насочено надолу. Значи индуцираното магнитно поле е обратно на приложеното магнитно поле. Това е индуцираното магнитно поле. Ще използвам различен цвят за това. Това е индуцираното магнитно поле. Което има посока, този вектор има посока, обратна на това магнитно поле. Този ефект се нарича диамагнетизъм. Така че този протон тук е подложен на малко общо магнитно поле. Да поразсъждаваме върху това. Ако имаме приложено магнитно поле с определена сила, значи В нулево, и обикалящата електронна плътност създава индуцирано магнитно поле, което е противоположно на приложеното поле, то протонът ще е подложен на по-малко общо магнитно поле. Ще го напиша тук. Протонът е изложен на по-малко магнитно поле. То се нарича В ефективно. Значи ефективно магнитно поле е това, което изпитва протонът. Можеш също да си го представиш и така: ако ефективното магнитно поле, на което е изложен протонът, е равно на първоначалното магнитно поле, приложеното магнитно поле, минус индуцираното магнитно поле. Затова този протон, това ядро, е екраниран от външното магнитно поле от електроните. Казваме ,че този протон е екраниран. Ако увеличим електронната плътност около протона, тогава ще се увеличи екранирането на този протон. Екранирането е ефектът на намаляване на ефективното магнитно поле, на което е изложен протонът. Сега да разгледаме два примера. Първо да започнем с един гол протон. Тук имаме само един протон. Той е напълно неекраниран. Няма електрони около него. Ще го напиша. Имаме напълно неекраниран протон, защото няма електрони. Следователно този неекраниран протон е изложен на пълния ефект на приложеното магнитно поле. Знаем от предишно видео, че приложеното магнитно поле, външното магнитно поле, води до разделяне на алфа и бета спиновите състояния, те са разделени на определено разстояние. Това е алфа-спиновото състояние, а това е бета-спиновото състояние. Тук има определена разлика в енергията между тези две спинови състояния. Това е тази енергийна разлика ето тук. Сега да видим примера отдясно. В примера отдясно този протон тук е протон в молекула, той е екраниран. Има електронна плътност около този протон. Значи това е екраниран протон. Ще го запиша. Екраниран протон. Току-що говорихме какво означава това. Екранираният протон има циркулираща електронна плътност, която създава магнитно поле, което е противоположно на приложеното. Така протонът е изложен на по-малко ефективно магнитно поле. Намалява силата на магнитното поле, което въздейства върху протона. В предишното видео разгледахме какво се случва, когато имаме понижено магнитното поле. Силата на магнитното поле съответства на енергийната разлика между алфа и бета състоянията. Щом намалим магнитното поле в сравнение с примера отляво, тогава ще намалее енергията. Отслабването на магнитното поле намалява енергийната разлика между алфа и бета състоянията. Ще запиша това. И ще покажа алфа и бета състоянията тук. Трябва да направя по-малко разстоянието между тях, нали? Тук имаме по-малко енергия. Знаем, че тази енергийна разлика Е е равна на h нулево. Ако намалим енергията, ще понижим честотата. Енергията и честотата са правопропорционални. Ако понижим енергийната разлика, понижаваме честотата. Следователно екранираният протон абсорбира по-ниска честота от неекранирания. При неекранираният протон енергийната разлика съответства на по-висока честота. Тъй като тук имаме по-голяма разлика в енергиите. Ето така трябва да разсъждаваме при разглеждане на ЯМР спектър. Тук съм скицирал един общ случай на ЯМР. Това не е истински ЯМР. Просто ще разгледаме този пример с тези два протона тук. Тук имаме един спектър. Това ще бъде... ще го означа... Това е неекраниран спектър. А този тук долу представлява екраниран спектър. Отново, това не е реален ЯМР спектър, това просто ни помага да разберем какво се случва. За примера отляво, за неекранираните протони... да разгледаме много бързо. Като се движим наляво в един ЯМР спектър, имаме все по-малко и по-малко екраниране. Колкото по-малко е екранирането, толкова по-голямо магнитно поле въздейства. Значи по-силно магнитно поле. По-силното магнитно поле съответства на по-голяма разлика в енергията, а по-голямата разлика в енергията съответства на абсорбция на по-висока честота. Значи тук се абсорбира по-висока честота. Следователно, когато отиваме наляво, намалява екранирането на протона, а това се намира в ЯМР ето тук. Това е сигналът за неекранирания протон. Това е сигнал с висока честота. Когато се движим наляво в ЯМР спектъра, сигналът става с по-висока честота. Сега да видим екранираният протон тук отдясно. Да разгледаме екранирания протон. Като се преместваш надясно в ЯМР спектъра... отиваме надясно в ЯМР спектъра, и екранирането се увеличава. Този сигнал е сигналът за този протон. Той е по-екраниран от този отляво. Движим се надясно и екранирането се увеличава. Увеличеното екраниране намалява ефективното магнитно поле. Намаляването на ефективното магнитно поле намалява енергийната разлика между алфа и бета-състоянието. Затова намалява абсорбираната честота. Значи отиваме надясно и имаме сингал с по-ниска честота. Значи като отиваме надясно, имаме по-ниска честота. Това е основата на ТФ ЯМР, който накратко представих в предното видео. В ТФ ЯМР имаме постоянно външно магнитно поле. Облъчваме образеца с къс пулс, който се състои от интервал от честоти. Тези честоти отговарят на енергийните разлики. Една честота отговаря на тази енергийна разлика, и когато протонът се върне в по-ниското енергийно състояние, ЯМР апаратът регистрира този сигнал. Друга честота може да отговаря на тази енергийна разлика. Отново ЯМР апаратът дава този сигнал. И това е начинът на работа на ТФ ЯМР. Това става едновременно и ЯМР апаратът генерира ЯМР спектър. В по-старите ЯМР се поддържа постоянна честота и се променя силата на магнитното поле. При по-старите ЯМР когато се движиш надясно, се увеличава силата на магнитното поле. Това се нарича повишаване на полето. (upfield.) Това е.....So this would be a shift upfield if you will. Когато отиваме наляво в ЯМР спектъра, трябва по-малка сила на магнитното поле. Това се нарича downfield upfield and downfield са два термина, които можеш да чуеш. Това е по-стара терминология, която се отнася за по-стария тип ЯМР, но все още може да я срещнеш. Аз също понякога я използвам. В това видео разгледахме два протона с различна степен на екраниране. Напълно гол протон, напълно неекраниран, и екраниран протон. Два протона с различна степен на екраниране имат два различни вида среда. Затова получаваме два различни сигнала. Два различни сигнала, и две различни честоти в нашия ЯМР. Ако имаш два протона в една и съща среда, трябва да получиш един сигнал. Ще говорим повече за това в следващото видео.