Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Физическая химия → Спектроскопия ↓


Спектроскопия ядерного магнитного резонанса


Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — это мощный аналитический метод, используемый в физической химии для определения структуры молекул. Он работает на основе магнитных свойств определенных ядер. ЯМР-спектроскопия особенно полезна, поскольку предоставляет подробную информацию о структуре, динамике, состоянии реакции и химическом окружении молекул.

Основы ЯМР

ЯМР полагается на магнитные свойства атомных ядер. Не все ядра подходят для анализа ЯМР; они должны обладать свойством, называемым спином. Ядра с нечетными атомными или массовыми числами имеют суммарный ядерный спин, что приводит к возникновению магнитного момента. Наиболее распространенные ядра, изучаемые методом ЯМР, это ^{1}H и ^{13}C

B₀ Направление Спина

Ядра со спином в магнитном поле (B₀)

Концепция спина

Концепция ядерного спина является центральной для ЯМР. Спин — это квантово-механическое свойство, и для описания его в ЯМР мы используем такие термины, как спин-квантовое число. Ядра со спин-квантовым числом (I), такие как ^{1}H (I = 1/2), имеют магнитный момент из-за своего спина.

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты ориентированы случайным образом. При наложении магнитного поля (обозначаемого как B₀) эти магнитные моменты выстраиваются либо параллельно, либо противоположно полю. Параллельное направление является состоянием с более низкой энергией, в то время как противоположное направление является состоянием с более высокой энергией.

Условие резонанса

Когда ядра подвергаются воздействию электромагнитного излучения на частоте, специфичной для их магнитного окружения, они могут поглощать энергию и переходить между энергетическими состояниями. Это называется резонансным состоянием и производит обнаруживаемый сигнал ЯМР. Частота, на которой это происходит, называется частотой Лармора.

Низкая энергия Высокая энергия Переходная Частота

Переходы Уровней Энергии в ЯМР

Интерпретация спектров ЯМР

Спектры ЯМР предоставляют несколько важных сведений о молекулярной структуре:

  • Химический сдвиг: Положение на спектральной шкале. Он говорит нам о электронном окружении ядра.
  • Мультиплетность: расщепление сигналов, отражающие взаимодействия между ядрами.
  • Интеграция: Площадь под пиками указывает на количество ядер.

Химические сдвиги: Химические сдвиги наблюдаются в виде пиков в спектре и измеряются в миллионных долях (ppm). Они раскрывают окружение вокруг ядра посредством указания эффектов экранирования или дезэкранироваания.

Пример:
- Протон, прикрепленный к углероду, расположенному рядом с электроотрицательным атомом, таким как кислород, будет дэзащищенным и сдвигаться вниз (высокий ppm).
- Ароматические протоны резонируют ниже, чем алифатические протоны.

Я-куплирование и расщепление спин-спин

Спин-спин куплирование между ядрами приводит к расщеплению сигнала ЯМР на несколько пиков, называемых "мультиплетами". Это расщепление или куплирование количественно оценивается с помощью константы Я-куплинга, измеряемой в герцах (Гц).

Пример:
- Пики могут расщепляться на дублеты, триплеты и т.д. из-за взаимодействий между протонами на соседних атомах углерода в молекуле.
- Например, рассмотрим этиловый спирт: метильные протоны могут появляться как триплет из-за соседней группы из двух метиленовых протонов.
Дублет Триплет Квартет

Иллюстрация множественных пиков из-за Я-куплинга

ЯМР-спектрометры и техники

ЯМР-спектрометр состоит из мощного магнита, радиочастотного (РЧ) передатчика и приемника, а также компьютера для анализа данных. Образец помещается в магнитное поле и применяются РЧ импульсы. Обнаруженные сигналы используются для создания спектра ЯМР.

В современном ЯМР используется метод преобразования Фурье (FT-NMR) для превращения временных сигналов в спектры в частотной области, что быстрее и точнее, чем предыдущий метод непрерывной волны.

Применения ЯМР-спектроскопии

ЯМР используется в химии, биохимии, медицине и физике. Некоторые применения включают:

  • Определение структуры: Определение структуры органических соединений.
  • Динамические исследования: Наблюдение молекулярных движений и взаимодействий.
  • Количественный анализ: измерение концентраций в смесях.
  • Медицинская диагностика: МРТ-сканирование в медицинской области.
Пример:
- Определение трехмерной структуры белков в растворе.
- Исследование метаболизма углеводов с помощью природной изотопной 13C ЯМР.

Продвинутые техники ЯМР

Разработано несколько продвинутых техник ЯМР:

  • 2D ЯМР: Предоставляет информацию о корреляциях между ядрами, например, COSY, HSQC и NOESY.
  • ЯМР твердых тел: используемый для изучения молекул в твердом состоянии.
  • Высокого разрешения ВРА-с вращением под углом (HRMAS): Полезно для образцов с твердыми и жидкими свойствами.

Эти техники расширяют возможности ЯМР для изучения сложных систем, таких как мембраны, твердые тела и крупные биомолекулы.

Заключение

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса является универсальным и ценным инструментом в современной химии и смежных областях. Ее способность предоставлять подробную информацию о молекулярной структуре и динамике не имеет аналогов среди других аналитических методов. С продолжением технологических достижений, диапазон ее применений продолжает расширяться, предоставляя понимание все более сложных молекулярных систем.


Магистрант → 1.5.4


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (1.5.3)
Электронная спектроскопия
Следующий (1.5.5) →
Масс-спектрометрия

Комментарии 



Спектроскопия ядерного магнитного резонанса

https://www.chemistryelite.com/g/1.5.4?ceal=ru