13.6. Спектр ядерного магнитного резонанса (ЯMP)
Ядра некоторых атомов, подобно электронам, имеют спин. Наличие спина у этих заряженных частиц, связанного с циркуляцией атомного заряда вокруг оси ядра, создает магнитный момент вдоль оси спина, так что эти ядра действуют как крошечные магниты. Одним из таких ядер (и одним из тех, которые в основном рассматриваются в этой книге) является протон, ядро обычного атома водорода 
Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то в соответствии с принципами квантовой механики для магнитного момента возможны две ориентации: в направлении магнитного поля (по полю) и против поля. Ориентация магнитного момента по полю более устойчива; для того чтобы перевернуть маленький магнитик протона в менее устойчивое расположение против поля, необходимо затратить энергию.
Количество энергии, необходимое для этого поворота, зависит от напряженности внешнего поля: чем сильнее поле, тем больше тенденция сохранить ориентацию по полю и тем более высокая частота излучения (помните: 
требуется для осуществления поворота.
где 
частота, Гц; 
напряженность магнитного поля Гс; у — константа ядра (гиромагнитное отношение), 26 750 для протона. Например, в поле напряженностью 
эта энергия соответствует электромагнитному излучению с частотой 60 Мгц, т. е. излучению в области радиочастот, имеющему значительно меньшую энергию (более низкие частоты, более длинные волны), чем инфракрасный свет.
В принципе можно поместить вещество в магнитное поле постоянной напряженности и затем наблюдать спектр так же, как инфракрасный или ультрафиолетовый, пропуская через вещество излучение постепенно меняющейся частоты и отмечая частоту, при которой происходит поглощение. На практике, однако, оказалось более удобным сохранять постоянной частоту излучения и изменять напряженность магнитного поля; при какой-то напряженности магнитного поля энергия, необходимая для поворота протона, соответствует энергии излучения, происходит поглощение и наблюдается сигнал. Такой спектр называется спектром протонного магнитного резонанса (ПМР), а в общем случае — спектром ядерного магнитного резонанса (ЯМР) (рис. 13.3).
Если бы все было так просто, как описано, то все протоны органической молекулы поглощали бы при одной и той же напряженности поля и спектр состоял бы из одного сигнала, который давал бы мало сведений о строении молекулы. Но частота, при которой поглощает протон, зависит от магнитного поля, которое он «чувствует», и эта напряженность эффективного магнитного поля не совсем такая же, как напряженность приложенного магнитного поля. Напряженность эффективного магнитного поля для каждого протона зависит от его окружения, в частности от электронной плотности около протона и наличия других соседних протонов. Окружение каждого протона — или, точнее, каждой группы эквивалентных протонов — будет несколько отличаться от окружения любой другой группы протонов, и, следовательно, напряженность приложенного поля для создания такого же эффективного поля (т. е. напряженности, при которой происходит поглощение) будет несколько отличной.
При данной радиочастоте все протоны поглощают при одинаковой напряженности эффективного магнитного поля, но при различной
напряженности приложенного поля. Именно эту напряженность приложенного поля измеряют, и относительно нее откладывают поглощение.
В результате получается спектр, имеющий ряд пиков; относительное положение этих пиков поглощения, отражающее различное окружение протонов, может дать очень подробную информацию о строении молекулы.
В последующих разделах рассматриваются различные аспекты ПМР-спектров, а именно:
а) число сигналов, свидетельствующее о том, сколько различных типов протонов имеется в молекуле;
б) положение сигналов, дающее некоторую информацию об электронном окружении протонов каждого типа;
Рис. 13.3. ЯМР-спектр.
в) интенсивность сигналов, указывающая на число протонов каждого типа;
г) расщепление сигналов на несколько пиков, дающее информацию об окружении протона другими соседними протонами.
