Электрондық-парамагниттік резонанс

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Электромагниттік толқынның әсерінен атом жоғарғы энергетикалық деңгейге қандай ықтималдықпен өтсе, төменгі деңгейге өту ықтималдығы да тура сондай болады. Егер атом жоғарғы энергетикалық деңгейге өтсе, электромагниттік толқынның энергиясы азаяды және керісінше төменгі деңгейге өтсе - көбейеді. Егер парамагнетик жылулық тепе-тендікте болса, онда атомдар энергетикалык деңгейлерге Больцман заңы бойынша тарайды. Олай болса энергиясы аз атомдардан жоғарғы энергиялы атомдар саны көп болады. Соның нәтижесінде толқынның интенсивтілігі азаяды - парамагнетик электромагниттік толқынды жұтады, сол себептен ол қызады.

Қорыта келе, тұракты магнит өрісіндегі парамагнит заттарда электромагниттік өрістің белгілі бір жиілікте ғана жұтылу процесі электрондық-парамагниттік резонанстың негізі болады.

Электрондық-парамагниттік резонансты зерттеуге арналған аспапты радиоспектрометр дейді. Ол - біртекті күшті магнит өрісін тудыратын 1 - электромагниттен, 2 - электромагниттік толқын генераторынан (у » 10'° Гц немесе X = 0, 003 м), 3 - зерттелінетін нұскадан, спектрді жазуға арналған 4 - электрондық схемадан, 5 - спектрді бақылауға арналған жүйеден (ол жазатын құрал немесе осциллограф) тұрады.

Электромагниттік толқынның магнит өрісінің әсерінен атом бір энергетикалық деңгейден екінші энергетикалық деңгейге өтеді. Осы құбылысты 1944 жылы Е. К. Завойский ашкан және ол электрондық-парамагниттік резонанс деп аталады.

Атом бір энергетикалық деңгейден екінші деңгейге тек қана белгілі бір жиілікте ғана өтеді, олай болса, бұл резонанстық сипат алады. Энергетикалык деңгейлерге өту атомдардың магнит моментіне байланысты болады (электронның магнит моментінен бөлек, ядролык магниттік момент бар екенін ескерте кетейік) . Бұл құбылыс тек парамагниттік заттарда ғана байкалады. Диамагнетиктерде атомдардың магнит моменті нөлге тең, сондықтан резонанс құбылысы болмайды.

Электр зарядын қоршаған ортада белгілі бір физикалық қасиеттері бар электростатикалық өріс болатыны сияқты, тоқтарды қоршаған ортада да магнит өрісі деп аталатын өрістің ерекше түрі пайда болады. Электростатикалық өрістің бар-жоғы оған әкелінген зарядталған денелерге әсер етуші күш арқылы білінеді. Магнит өрісі осы өріске әкелінген тогы бар өткізгішке әсер ететін күш арқылы байқалады. Мысалы, бірдей бағытта ток жүріп жатқан параллель екі өткізгіш өзара тартылады. Мұны біз былай деп түсіндіреміз: токтардың әрқайсысы өзін қоршаған ортада магнит өрісін тудырады да, ол өріс екінші токка әсер етеді. Ток жүріп тұрған өткізгіштің формасына, оның орналасуына және ондағы токтың бағытына байланысты магнит өрісінің токқа ететін бір бағытта әсері әрқилы болады. Сондықтан магнит өрісін сипаттау үшін оның тек белгілі бір токқа әсерін қарастырамыз. Әзірше, жүріп жатқан өткізгіштер бос кеңістікте орналасқан деп есептейік.

Электростатикада біз электростатикалық өрістің қасиеттерін зерттеу үшін нүктелік зарядты, яғни өрісті тудырып түрған зарядтардан қашықтығымен салыстырғанда, өлшемдері өте кіші денеде түйіртпектелген зарядты пайдаланып едік. Магнит өрісінің қасиеттерін зерттеу үшін, оның тогы бар жазық тұйық контурға тигізетін әсерімен пайдаланамыз. Мұндай контурды біз рамка деи атаймыз. Бұл контурдың өлшемдері магнит өрісін жасайтын тогы бар өткізгіштерге шейінгі қашықтықпен салыстырғанда кіші болуы тиіс. Мұндай рамкада тұрақты ток ұдайы жүріп тұруы үшін оған өткізгіштер арқылы ток жіберіп тұру керек. Магнит өрісі бұл өткізгіштерге де әсер етеді; осы әсерден құтылу үшін ток келтіретін өткізгіштерді өзара тығыз орналастырамыз, сонда оларға тиігізетін магнит өрісінің қорытқы әсері нольге тең. Бұралу деформациясы оп-онай анықталатын жіңішке жіпке ілінген осындай рамканы магнит өрісінін қасиеттерін зерттеуге пайдаланамыз.
Тәжірибенің көрсетуінше, ток жүріп тұрған өткізгіштің жанына орналасқан әлгіндей кішкене рамка белгілі бұрышқа бұрылады. Басқаша айтқанда, нормальдық оң бағыты ретінде бұранданың сабын рамкада ағатын ток бағытымен бұрағандағы бұранданың ілгерілемелі козғалыс бағытын аламыз. Магнит өрісінің тогы бар рамкаға әсер етуі, нәтнжесінде әрбір берілген жағдайда рамка белгілі бір түрде бағдарланған болады, сондықтан да оның нормалы белгілі бір жаққа қарай бағытталады, магнит өрісінде мұндай белгілі бір бағытқа бағдарлану фактісі магнит өрісініц өзінін бағытталғандығын көрсетеді.

Рамкаға магнит өрісінде белгілі бір бағыт кабылдағанда жоғалып кететін кос күш әсер ететінін біз кейінірек көреміз. Сондыктан, тегінде, рамка магнит өрісіндегі өзінің тепе-тецдік калпының маңында тербеліп тұрады. Бірақ үйкеліс күштері бар болса, бүл тербелістер тез өшеді.

Рамканың бұл бағдарлануынан басқа да бағдарлануы мүмкін, өйткені мұнда нормаль қарама-қарсы бағытталған; алайда рамканың бұл екінші бағдарға сәйкес қалпы орнықсыз.

(3) тендеуден резонанстық жиілікті табайык: егер магнит өрісінің индукциясы В = 0, 3 Тл-ға тең болса, онда жиілік V » 10 ¹⁰ Гц, болады. Олай болса электрондық парамагниттік резонанстың жиілігі радио-толкынның жиілік аралығына сәйкес келеді екен.

Ядролық-магниттік резонанс - деп тұрақты магнит, өрісіндегі парамагниттік ядролардың электромагниттік толқын энергиясын жұтуы кенет өтетін құбылысты айтады. Парамагниттік ядролардың магниттік моменті болады, мысалы, ^Н ¹ , ₆ С ¹³ , ₅ Р ³¹ жөне т. б. Кейбір ядролардың магниттік моменті болмайды, мысалы: ₂ И ⁴ , ₈ 0 ¹⁶ , ₆ С ¹² және т. б. Биологиялык объектілерде парамагниттік ядролар аса көп.

Мысалы -протондарды ЯМР-та колдануға болады.

Ядроға электромагниттік өрісімен әсер етіп, оны бір энергетика-лык денгейден екінші энергетикалык деңгейде өткізуге болады. Ол үшін әсер етуші электромагниттік толкынның энергиясы мынаған тең болуы керек:

Мұндағы £ _я - Ланденің ядролык көбейтіндіні, оның парамагниттік ядросы ушін мәні әртүрлі болады, мысалы фотон үшін § = 5, 58; д _я - ядро магнетоны, ол Бор магнетонының 1/1836 бөлігіне тең, яғни д _я = 1/1836. Егер магниторісінің кернеулігі В - 1 Тл, болса онда айны-малы электромагнит өрісінің жиілігін жоғарыдағы теңдеу аркылы та-буға болады, яғни V ~ 510 ⁷ Гц. Бұл жиілік ЭПР жиілігінен көп кіші. Флюоресценттік, ЭГТР және ЯМР әдістері аркылы мембранадағы фосфолипидтер молекулаларының козғалғыштығы оте үлкен, ал тұт-кырлығы аз болатыны дәлелденді. Қалыпты физиологиялық жағдайда мембрананың липидтік бөлігі сұйык күйде болады, оның тұтқырлығы

Салыстыру үшін 20°С температурадағы судың тұткырлығын (л _а , ⁼ = 0, 01 Пас) және есімдік майының тұткырлығын (Кастор майы үшін г) _май = 1, 2 Пас) карастырайык. Бұдан липидтердің тұткырлығы өсімдік майының тұткырлығына жуык келетінін көреміз. Липидтердің тұтқыр-лығы аз болғанда олар тез қозғалады екен, ал тұткырлық көп болса, керісінше баяу козғалады екен. Липидтік молекулалардың қозғалғыштығының үлкен болуы латеральдык (бүйірден) диффузияға әсер етеді. Латеральдық диффузия деп липидтер мен ақуыздар молекулалары-ның мембрана жазықтығында хаостық жылулық қозғалысын айтады. Латеральдық диффузияда липидтердің қатар орналасқан молеку-лалары орындарын (секірген сияқты) ете тез ауыстырады. Осындай орын ауыстыру нөтижесінде молекула мембрана бетін жанай козғала-ды. Уақыт бірлігінде (I) диффузия салдарынан молекулалардың орын ауыстыруының орта квадраттық мәні Эйнштейн формуласымен анықталады:

Егер 8 _кв белгілі болса, онда диффузия коэффициентін (Д) анык-тауға болады.

Жасуша мембранасының бетімен I уақыт ішінде козғалған моле-кулалар тәжірибе жүзінде флюоресценттік белгі әдісімен анықталған.

Флюоресценттік белгі деп флюоресценттік молекулалар тобының зерттелетін молекулалармен қосылысын айтады. Флюоресценттік белгілер жасушаныңбетімен козғалған молекулаларда флюоресценттік молекулаларға айналдырады. Сондыктан флюоресценттік жарықты шығаратын молекулаларды микроскоп арқылы зерттеуге болады.

Флюоресценттік молекулалардың орын ауыстыру жылдамдығын анықтау үшін жарықсыздандыру (кейде караңғылық әдісі дейді) әдісі кең қолданылады. Бұл әдісте флюоресценттік белгісі бар молекуланы жасушаға кіргізеді де, одан кейін оған лазер сәулесімен әсер етеді. Лазер сәулесінің әсерінен молекулалар флюоресценттік жарық шығару кабілетінен айырылады. Осы зонадағы кабілетінің кайтадан қалпына келу жылдамдығын анықтау арқылы латеральдық диффузияның жылдамдығын анықтайды.

Фосфолипид молекулаларының мембрана бетімен бір секундтағы козғалысының орта квадраттык шамасы жуык мөлшермен 5 мкм бол-ған. Бұл шама жасушаның размерімен шамалас.

Олай болса, бір секундта молекула кішігірім жасушаныңбетін толық «жүріп» өтеді екен.

Сонымен қатар акуыз молекулаларының қозғалысының орта квад-раттык шамасы 1 секундта -0, 2 мкм болатыны дәлелденген.

Латеральдық диффузияның әсерінен молекулалардың бір орыннан екінші орынға ауысу жиілігін (1 секундта) мына формуламен анықтауға болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.