核电四极矩共振

电磁波频率与原子核处不均匀电场相互作用的能级间的跃迁频率相近时产生的共振现象

自旋量子数大于1/2的原子核受电磁波激励,电磁波频率与原子核处不均匀电场相互作用的能级间的跃迁频率相近时产生的共振现象。

定义
核电四极矩共振简称核电四极共振或核四极共振。1951年由德国科学家H.G.德梅尔特和H.克吕格尔在固体中首次观察到Cl和Cl的这种共振信号。1952年H.J.蔡格在TlCl原子束实验中也观察到 Cl的核电四极共振信号,由于原子束核电四极共振的研究观察比较难,随后的进展不大。本条仅陈述研究工作有大量进展的固体核电四极矩共振。
原理原子核不是点电荷,不但有自旋和磁矩,而且凡自旋大于1/2的核,电荷分布都不是球对称的。早在20世纪30年代中期,就发现铕
但将此结果代入第三线,约有10数量级的差值。理论推算,核电十六极矩和场相互作用的能量与核电四极矩和场的相互作用的能量的比值也为10,故考虑核电十六极矩的影响,理论和实验正相吻合。Sb原子的核电十六极矩相互作用是王天眷于1955年提出并准确测定的。
核磁和核电四极双共振一些核在晶场中的电四极共振频率太低(只有几百千赫)或它在晶体中的密度太低,不能用传统的方法来探察它的核四极共振,1968年R.E.斯卢舍和E.L.哈恩用核磁和核四极双共振的方法,达到了极高的探察核四极共振的灵敏度。这方法是通过极化转移,借助核磁共振灵敏度高的核(通常是氢核H)的共振信号的改变,以间接探测核电四极共振信号,能使灵敏度提高几个数量级。
意义
研究内容和应用自从观察核电四极共振成功以来,因仪器的灵敏度高,方法简便、观察迅捷,又因为这种实验是直接测量核的四极超精细共振谱线的频率,比以往在光频波段中测量原子光谱波长的相对微小分裂,准确度提高了百万倍以上,这是物理学测量的一个极大进展。实验成功后,研究发展极快,在50~60年代形成了高潮。如果再运用傅里叶变换和发挥计算机的控制机能,还可以提高灵敏度和分析能力。对其主要的研究和发展及其应用可提出以下几点:①准确测量核的自旋I、核四极矩Q,并确定它的正负性。②准确测量分子的立体结构和晶体的结构(原子在晶胞中的位置、键长、纯度、杂质、缺陷、位错等)。例如由单晶碘酸的碘核电四极共振可定出氢原子的位置,并测出碘-氢键长为2.33┱,还可测定碘酸根基团的位置。这与用X 射线及中子衍射探测得的结果一致。用 X射线探测晶体结构随温度的变化有很大困难,还不能确定氢核的位置;但核四极共振频率对温度变化很灵敏,用核电四极共振法可以准确测量这种变化。③准确观察晶体的相变、点阵运动的模式和动态过程(如测定分子晶体中分子的扭动模式、平均惯量矩和扭动频率)。④确定点阵或分子中共振核的不等价位置。⑤鉴定、控制化学合成品的纯度,探测杂质的分量和性质。⑥研究固体中化学键的特性。因为共振核所在处的电场梯度q 直接与化学键的配位型和离子化程有关。⑦作温度的准确测量。因为核四极共振的频率对样品温度的变化极敏感,利用这个原理曾制成温度计,精密度可达万分之几或稍优。⑧低频核四极共振的探测研究。自从用双共振探察核四极共振方法成功后,此法可探测以前不能探测到的低频核(如劯N)、低丰度核(如D,丰度为0.015%)在许多重要生物分子(如DNA、RNA和多种氨基酸)中的特性谱(有几百条之多)。这为核电四极共振的研究和应用展现出新的前景。
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