ЯМР-научпоп-2
В своей первой попытке немного рассказать о ядерном магнитном резонансе я упоминала, что не все ядра можно увидеть с помощью спектроскопии ЯМР. Здесь я хочу рассказать о том, почему это так.
Спин (spin) - это одно из квантовых чисел, с помощью которых квантовая механика описывает микромир. Название этого квантового числа немного неудачное - на самом деле, существование спина не обусловлено никаким из видов движения, спин просто есть. Основная сложность в понимании спина, собственно, в этом и состоит - его ни с чем нельзя сравнить, нельзя применить аналогии из макромира, приходится просто смириться с его существованием и с тем, что визуально представить себе его невозможно. Однако в этом случае, и если просто пользоваться теми правилами, которые даёт нам квантовая механика, спин - совсем несложная штука, с ним вполне можно подружиться. Итак, ядра обладают спином. Протоны и нейтроны, из которых состоят ядра, тоже обладают спином. И кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, тоже обладают спинами. Таки образом, мы дошли до частиц, которые на сегодняшний день считаются фундаментальными. И эти фундаментальные частицы - кварки - хотя они и имеют разные ароматы и цвета, но все они имеют спин, равный ½. Согласно так называемой «стандартной модели», построенной физикой элементарных частиц, протоны и нейтроны содержат в себе по три кварка, и в результате их комбинации, как протоны, так и нейтроны имеют спины, равные ½. И при дальнейшем сложении протонов и нейтронов в ядра также действуют определённые квантово-химические правила: если при сложении протонов и нейтронов в сумме получается нечётное число, то спин всегда полуцелый, если чётное - целый. Причём для спинов ядер с чётным суммарным числом нейтронов и протонов (проще говоря, атомной массой) справедливо следующее: если количество нейтронов и протонов - нечётное, то спин всегда больше или равен 1, а если сложились чётные количества протонов и нейтронов, то спин равен 0. И именно такие ядра, спин которых равен нулю, невозможно увидеть методом спектроскопии ЯМР. Потому что в ЯМР, как и в любой другой спектроскопии, определяют количество энергии, поглотившейся или выделившейся при переходе системы из одного энергетического состояния в другое. Число уровней, на которые ядерная система «разъезжается» в магнитном поле (эффект Зеемана), также определяется квантовой механикой: 2S+1, где S - спиновое число. Если ядро обладает спином S=1/2, это означает, что система имеет два состояния, просто в отсутствие внешнего магнитного поля они вырождены - находятся на одном энергетическом уровне. А вот ядро с нулевым спином - оно не вырождено, оно просто имеет одно состояние - как без поля, так и в присутствие магнитного поля. В таком случае просто нЕчему расщепляться. Нет расщепления - нет переходов, а следовательно, и нЕчего там смотреть.