Ядерный магнитный резонанс

Стэнфорда и независимо от него Эдвард Парселл и Роберт Паунд из Гарварда впервые наблюдали сигнал ЯМР на протонах.
Важно отметить, что годом раньше в Советском Союзе, в Казани, Евгением Завойским было открыто явление ЭПР. Сейчас уже хорошо известно, что Завойский также наблюдал и сигнал ЯМР, это было перед войной, в 1941 году. 

Е .К. Завойский Феликс Блох

нуля, частица имеет ненулевой магнитный момент μ (т.к. она заряжена), параллельный моменту количества движения
наложение внешнего магнитного поля H вызывает расщепление энергитического уровня на величину

момента)

не сориентируем моменты
приложим дополнительное поле H1 и начнём вращать его
если частота вращения H1 близка к частоте вращения магнитного момента (ларморовой прецессии), оно вызовет нутацию (раскачивание) последнего
как только частота вращения H1 становиться равной частоте ларморовой прецессии наступает резонанс – угол между магнитным моментом и полем H0 будет заметно меняться

единицах ядерного магнетона
3 В единицах

(теоретический магнитный момент протона)

наводимый в РЧ-катушке свободно прецессирующими магнитными моментами
Этот сигнал постепенно спадает к нулю по мере возвращения магнитных моментов в состояние равновесия (этот процесс называется магнитной релаксацией
Спектр ЯМР получается из этого сигнала с помощью Фурье-преобразования.

спектр этилового спирта, в котором различным химически неэквивалентным ядрам, принадлежащим одной и той же молекуле, соответствовали отдельные линии спектра.

Теперь можно идентифицировать химический состав молекул: как входящие в них протоны, так и число протонов соответствующего типа.

Причина различий резонансных напряженностей магнитного поля – электронные облака вокруг каждого ядра.

[1] J.T. Arnold, S.S. Dharmatti, M.E. Packard, J. Chem. Phys., 19, 507 (1951)

Химический сдвиг - электронная оболочка молекулы откликается на внешнее магнитное поле и старается его экранировать 

с одной стороны, его природные зонды, т. е. магнитные ядра, распределены по всей молекуле, а с другой стороны, он позволяет отличить эти ядра друг от друга и получать пространственно-селективные данные о свойствах молекулы.
Почти все остальные методы дают информацию либо усредненную по всей молекуле, либо только о какой-то одной ее части

Во-первых, это низкая чувствительность по сравнению с большинством других экспериментальных методов (оптическая спектроскопия, флюоресценция, ЭПР и т. п.). Это приводит к тому, что для усреднения шумов сигнал нужно накапливать долгое время.
Во-вторых, ЯМР-спектрометры — одни из самых дорогих научных приборов, их стоимость измеряется как минимум сотнями тысяч долларов, а самые дорогие спектрометры стоят несколько миллионов. 

Преимущества

Недостатки

поля в разных частях “образца” будет разная, а это значит, что сигнал ЯМР можно наблюдать не от всего образца, как в обычном спектрометре, а только от его узкого слоя, для которого соблюдаются резонансные условия, т.е. нужное соотношение магнитного поля и частоты. Меняя это соотношение можно менять слой, который будет давать сигнал

свойств веществ на молекулярном уровне
Самое интересное и важное, с практической точки зрения, применение ЯМР-томографии нашлось в медицине