Файл: Сысоев, А. Н. Гидродинамика сжимаемой жидкости учеб. пособие.pdf

é

/

1

PULSE

AND

FOURIER TRANSFORM NMR

INTRODUCTION TO THEORY AND METHODS

THOMAS C. FARRAR

NATIONAL BUREAU OF STANDARDS

WASHINGTON, D. C.

EDWIN D. BECKER

NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH

BETHESDA, MARYLAND

ACADEM IC PR E SS

N E W Y O R K A N D LO NDO N . 1971

УДК 543.422.23

fO C . ЛУБ-ЛИЧНА*

НАУЦН0--Т5.>(' 'ИЧЕС1 БИБЛИОТЕКА CGC

г г - г ъ г а ч і

Книга посвящена новому физическому методу исследования — импульсной и фурье-спектроскопии. Это первая в мировой литературе монография в дан­ ной области, написанная к тому же известными спе­ циалистами. В ней кратко и четко изложены принци­ пиальные основы импульсных методов ЯМР, дано ясное представление о их информационных возмож­ ностях и развитии в ближайшем будущем. Специаль­ ная глава посвящена аппаратуре и методике измере­ ний. Приведено несколько примеров применения ме­ тода для кинетических и других исследований.

Книга предназначена для научных работников — химиков-органкков, фнзнко-хнмиков и физиков.

Редакция литературы по химии

Издательство «Мир», 1973 г.

Ф 0254—088 041(01)—7

П Р Е Д И С Л О В И Е

Эта книга задумана авторами в 1970 г., когда сложи­ лось мнение, что импульсные методы И'фурье-спектроско- пия сулят революционные перспективы в химической радио­ спектроскопии. Слово «революционный» может показаться малообоснованным, когда его применяют к таким достаточ­ но давно известным вещам, как преобразование Фурье или даже импульсные методы ЯМР. Важно подчеркнуть поэ­ тому, что речь идет о широкой доступности этих красивых и информативных физических методик, о перспективах их массового повседневного применения в химических иссле­ дованиях.

Уместно напомнить, что специалисты в области радио­ спектроскопии никогда не противопоставляли импульсные методы стационарным; огромная распространенность «ста­ ционарных» (неимпульсных) ’ЯМР-спектрометров обуслов­ лена не преимуществами стационарных методов перед им­ пульсными, а тем обстоятельством, что промышленности научного приборостроения удалось в свое время разрабо­ тать и впечатляющим образом усовершенствовать технику стационарной -ЯМР-спектроскопии, доведя ее до уровня массовой применимости в лабораториях, исследующих строение сложных молекул. Импульсные радиоспектро­ метры в течение последних 10—15 лет выпускались мел­ кими сериями в СССР, ФРГ и Японии, однако они не вы­ зывали интереса у исследователей, работающих методом ЯМР высокого разрешения, так как отклик многоспиновой системы на радиочастотный импульс превращается в спектр лишь после трудоемких вычислений.

В 1958 г. Ф. И. Скрипов с сотрудниками [Изв. АН СССР,

сер. физ., XXII, 1141 (1958)1 получили спектр ЯМР-Р31 высокого разрешения для трибутоксифосфина, применив

Предисловие 7

надежным и сравнительно дешевым фурье-спектрометрам ЯМР, но лишь немногие из этих лабораторий располагали специалистами, подготовленными к интенсивной эксплуа­ тации такой техники. Поэтому возникла острая потреб­ ность в пособии, доступном и полезном для читателей без специальной физико-математической подготовки, содержа­ щем основные сведения об импульсной и фурье-спектроско- пии ЯМР.

Предлагаемая книга — своевременный отклик на эту потребность. Она производит сильное впечатление кратко­ стью и эффективностью изложения материала, причем впер­ вые заметная часть приводимых авторами сведений появ­ ляется на страницах книги, адресованной химикам.

При поверхностном перелистывании книги химику или биологу может показаться, что излагаемый материал слиш­ ком насыщен математическим текстом. Однако не следует поддаваться первому впечатлению. Фаррар и Беккер поль­ зуются математикой лишь в той мере, в какой необходимо вооружить читателя уравнениями и формулами для грамот­ ного планирования и обработки эксперимента. В ключе­ вых пунктах изложения применяются физические оценки и наглядные модели. Необходимо внимательно изучить книгу (тем более что объем ее невелик). Этот труд окупитсяI Про­ читав книгу или имея ее для оперативных справок, можно считать себя достаточно подготовленным к чтению и обсу­ ждению статей по импульсной - ЯМР-спектроскопии.

Терминология этой новой области радиоспектроскопии находится в стадии становления, и русские аналоги многих терминов, отсутствуют. Это поставило перед переводчиком ряд нелегких задач. Только время может показать, на­ сколько удачны предлагаемые нами русские терминологичес­ кие эквиваленты.

При выбранном Фарраром и Беккером лапидарном сти­ ле почти неизбежны мелкие неточности, оговорки и неяс­ ности в изложении. Не будем утверждать, что русский текст совершенно лишен подобных дефектов, но мы приложили заметные усилия, чтобы исправить замеченные нами.

Авторские ссылки на математические и физические ру­ ководства не всегда удобны в наших условиях, поэтому список литературы дополнен ссылками на широко распро­ страненные в СССР пособия.

8 Предисловие

Хотя на английском языке книга вышла в свет совсем недавно, уже можно отметить дальнейшее существенное улучшение фурье-спектрометров ЯМР; последние модели проще в обслуживании и дешевле, чем соответствующие по классу стационарные ЯМР-спектрометры. Очевидно, что импульсная ЯМР-спектроскопия развивается очень бы­ стро. Подобно тому как ранее в химию вторглись идеи и терминология квантовой механики, сейчас происходит вторжение новых понятий, связанных со стремительным развитием методов исследования строения вещества. Этот процесс — гарантия популярности книги Фаррара и Бек­ кера.

Э. Федин

П РЕД И СЛ О ВИ Е А В Т О Р О В

Развитие методов ЯМР в течение последних 25 лет про­ исходило по двум довольно различным направлениям — стационарный, или «обычный»,-ЯМР и импульсный-ЯМР. Как показывает наш опыт, подавляющее большинство ис­ следователей, применяющих стационарный ЯМР высокого разрешения, имеют лишь самое поверхностное представ­ ление об информативности импульсных методов. Разработ­ ка серийных устройств, регистрирующих спектры высокого разрешения методом преобразования Фурье, и обусловлен­ ная этим методом возможность гигантского сокращения времени эксперимента более, чем что-либо другое, убедили химиков, пользующихся ЯМР высокого разрешения, что им необходимо ознакомиться с основами импульсных мето­ дов. Ощущая эту потребность у ряда наших коллег, мы ор­ ганизовали, в рамках программы для аспирантов, односе­ местровый курс лекций «Импульсные -методы ЯМР». На основе этого курса лекций впоследствии возникла данная книга.

При создании книги мы поставили перед собой цель — вместить в 100 страниц курс, адресованный химикам и другим специалистам, хорошо знакомым с ЯМР высокого разрешения, но не имеющим подготовки в области импульс­ ных методов. Мы стремились к наиболее простому описанию различных видов широко используемых импульсных эк­ спериментов, а также теоретических основ, необходимых для их понимания и оценки практической применимости импульсных методов и соответствующей аппаратуры. Час­ то мы жертвовали математической строгостью ради того, чтобы можно было пользоваться классическими моделями; как мы надеемся, это позволит легче усвоить основные идеи предмета.

ІО Предисловие авторов

В двух первых главах дан обзор основ ЯМР и описаны главные импульсные методы. В гл. 3 приведена сводка са­ мых существенных особенностей импульсных спектромет­ ров. В гл. 4 разъясняется на словах и с помощью формул природа ядерной релаксации. Гл. 5 посвящена обоснованию, преимуществам и ограничениям .методов ЯМР с преобразо­ ванием Фурье. В гл. 6 показано, как представление о «вра­ щающейся системе координат» можно использовать для объяснения некоторых экспериментов, расширяющих об­ ласть применения импульсного ЯМР. Наконец, в последней главе кратко рассмотрено несколько важных частных слу­ чаев применения импульсных методов.

Мы надеемся, что это введение в теорию и методы импуль­ сного ЯМР подготовит читателя к изучению более сложных работ, таких, как изящные и ясные публикации Сликтера и Абрагама, и будет способствовать дальнейшему расшире­ нию применения импульсных методов для решения самых разных химических задач.

Томас С. Фаррар Эдвин Д. Беккер