Магнитное диполь-дипольное взаимодействие , также называемое дипольным взаимодействием , относится к прямому взаимодействию между двумя магнитными диполями .
Предположим, что m 1 и m 2 - два магнитных дипольных момента, которые находятся достаточно далеко друг от друга, чтобы их можно было рассматривать как точечные диполи при вычислении энергии их взаимодействия. Тогда потенциальная энергия взаимодействия H определяется как:
где μ 0 - магнитная постоянная , r̂ - единичный вектор, параллельный линии, соединяющей центры двух диполей, и | г | это расстояние между центрами м 1 и м 2 . Последний семестр с-функция исчезает везде, кроме источника, и необходима для обеспечения того, чтобы везде пропадает. В качестве альтернативы предположим, что γ 1 и γ 2 - гиромагнитные отношения двух частиц со спиновыми квантами S 1 и S 2 . (Каждый такой квант является целым кратным1/2.) Потом:
где r̂ - единичный вектор в направлении линии, соединяющей два спина, и | г | расстояние между ними.
Наконец, энергия взаимодействия может быть выражена как скалярное произведение момента одного диполя в поле другого диполя:
где B 2 ( r 1 ) - это поле, которое диполь 2 создает на диполе 1, а B 1 ( r 2 ) - это поле, которое диполь 1 создает на диполе 2. Это не сумма этих членов.
Сила F, возникающая в результате взаимодействия между m 1 и m 2 , определяется как:
Преобразование Фурье H можно вычислить из того факта, что
и предоставляется [источник?]
Диполярная связь и ЯМР-спектроскопия
Прямое диполь-дипольное взаимодействие очень полезно для молекулярных структурных исследований, поскольку оно зависит только от известных физических констант и обратного куба межъядерного расстояния. Оценка этого взаимодействия обеспечивает прямой спектроскопический путь к расстоянию между ядрами и, следовательно, к геометрической форме молекулы, или дополнительно также к межмолекулярным расстояниям в твердом состоянии, что приводит к кристаллографии ЯМР, особенно в аморфных материалах.
Например, в воде спектры ЯМР атомов водорода молекул воды представляют собой узкие линии, поскольку дипольное взаимодействие усредняется из-за хаотического движения молекул. [1] В твердых телах, где молекулы воды зафиксированы в своих положениях и не участвуют в диффузионной подвижности, соответствующие спектры ЯМР имеют форму дублета Пейка . В твердых телах с вакантными позициями дипольное взаимодействие усредняется частично из-за диффузии воды, которая происходит в соответствии с симметрией твердых тел и распределением вероятностей молекул между вакансиями. [2]
Хотя межъядерные магнитные дипольные связи содержат большой объем структурной информации, в изотропном растворе они в среднем равны нулю в результате диффузии. Однако их влияние на релаксацию ядерных спинов приводит к измеримым ядерным эффектам Оверхаузера (ЯНЭ).
Остаточные дипольные муфты (RDC) имеет место , если молекулы в растворе демонстрируют частичное выравнивание что приводит к неполному усреднения пространственно - анизотропных магнитных взаимодействий , т.е. дипольных муфты. Измерение RDC предоставляет информацию о глобальном сворачивании структурной информации белков на большие расстояния. Он также предоставляет информацию о «медленной» динамике молекул.
Смотрите также
Рекомендации
- Малькольм Х. Левитт, Спиновая динамика: основы ядерного магнитного резонанса . ISBN 0-471-48922-0 .
- ^ Абрагам А. (1961) Принципы ядерного магнетизма . Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
- ^ Габуда, ИП; Лундин А.Г. (1969) Диффузия молекул воды в гидратах и спектры ЯМР . ЖЭТФ, 28 (3), 555. http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_028_03_0555.pdf