ЯМР нулевого поля
ЯМР от нулевого до сверхнизкого поля ( ZULF ) - это получение спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР) химических веществ с магнитно-активными ядрами ( спин 1/2 и выше) в среде, тщательно экранированной от магнитных полей (в том числе от поля Земли ) . . Эксперименты ZULF ЯМР обычно включают использование пассивного или активного экранирования для ослабления магнитного поля Земли. Это отличается от большинства экспериментов по ЯМР, которые проводятся в сильных магнитных полях, создаваемых сверхпроводящими магнитами .. В экспериментах ZULF доминирующими взаимодействиями являются ядерные спин-спиновые связи, а связь между спинами и внешним магнитным полем является помехой для этого. Работа в этом режиме имеет ряд преимуществ: уширение линий, вызванное магнитной восприимчивостью, ослабляется, что уменьшает неоднородное уширение спектральных линий для образцов в неоднородных средах. Еще одним преимуществом является то, что низкочастотные сигналы легко проходят через проводящие материалы, такие как металлы, из-за увеличенной толщины скин-слоя; это не относится к высокопольному ЯМР, для которого контейнеры для образцов обычно изготавливаются из стекла, кварца или керамики.
В высокопольном ЯМР используются индуктивные детекторы для улавливания радиочастотных сигналов, но это было бы неэффективно в экспериментах ZULF ЯМР, поскольку частоты сигналов обычно намного ниже (порядка от герц до килогерц). Разработка высокочувствительных магнитных датчиков в начале 2000-х годов, включая СКВИДы , магниторезистивные датчики и атомные магнитометры SERF.позволило регистрировать сигналы ЯМР непосредственно в режиме ZULF. Предыдущие эксперименты ZULF ЯМР основывались на непрямом детектировании, когда образец нужно было перемещать из экранированной среды ZULF в сильное магнитное поле для детектирования с помощью обычной индуктивной приемной катушки. Одной из успешных реализаций было использование атомных магнитометров в нулевом магнитном поле, работающих с ячейками паров рубидия , для обнаружения ЯМР в нулевом поле. [2] [3]
Без большого магнитного поля, вызывающего поляризацию ядерных спинов, ядерные спины должны быть поляризованы извне с использованием методов гиперполяризации . Это может быть так же просто, как поляризация спинов в магнитном поле с последующим перемещением в область ZULF для сбора сигнала, а также могут использоваться альтернативные методы гиперполяризации, основанные на химии.
Свободная эволюция ядерных спинов определяется гамильтонианом ( ), который в случае жидкостного ядерного магнитного резонанса может быть разделен на два основных члена. Первый член ( ) соответствует зеемановскому взаимодействию спинов с внешним магнитным полем, включающему химический сдвиг ( ). Второй член ( ) соответствует косвенному спин-спиновому, или J-связь , взаимодействию.
