Введение

NQR-fig-0-1.jpg
Рис. 1. Уровни энергии ЯКР \"$.

Явление ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) заключается в резонансном поглощении электромагнитной энергии в кристаллах, обусловленное переходами между энергетическими уровнями, образующимися в результате взаимодействия электрического квадрупольного момента ядра с градиентом электрического поля (ГЭП) в месте расположения ядра.

Взаимодействие квадрупольного момента ядра $ Q $ с градиентом электрического поля кристалла $ q_{\alpha\beta} $ приводит к появлению энергетических состояний, соответствующих различным ориентациям ядерного спина $ \vec I $ относительно кристаллографических осей. Радиочастотное магнитное поле, так же как и в случае ЯМР, вызывает вынужденные переходы между этими состояниями, что обнаруживается как резонансное поглощение электромагнитной энергии.

Впервые в 1950 г. Р. Паундом наблюдалось расщепление линии ЯМР, вызванное наличием квадрупольного взаимодействия. В том же году Г. Демельт и Г. Крюгер получили спектры ЯКР.

ЯКР один из наиболее чувствительных методов, позволяющих исследовать


  • симметрию и структуру кристаллов, фазовые переходы;

  • внутренние напряжения, присутствие примесей и явления упорядочения в кристаллах;

  • степень упорядоченности макромолекул и характер химической связи;

  • подвижность отельных групп атомов.

В ядерной физике ЯКР применяется для определения квадрупольных моментов ядер.

ЯКР используется для исследования твёрдых тел. В жидкостях ЯКР не применим из-за усреднения в них до нуля квадрупольных взаимодействий. Для исследования жидкости методом ЯКР её необходимо сначала заморозить.

Как и ЯМР, методы ЯКР делятся на стационарные методы ЯКР и импульсные методы ЯКР. Одно из наиболее перспективных приложений последних – дистанционный поиск и идентификация наркотических и взрывчатых веществ с помощью двойных резонансов (ДЯКР и ЯКР-ЯМР).

Необходимые условия для наблюдения ЯКР:
  1. Квадрупольный момент исследуемого ядра $ Q \neq 0 $.
  2. Градиент электрического поля в месте расположения исследуемого ядра не должен быть равен нулю.

Отметим, что ЯКР может наблюдаться в отсутствии постоянного магнитного поля, но в ряде случаев, для извлечения дополнительной информации об исследуемом веществе полезно наблюдать ЯКР во внешнем магнитном поле.

Частоты ЯКР лежат в диапазоне $ 20 kHz \leq \nu_Q \leq 10GHz $. Однако, на низких частотах сложно наблюдать сигнал ЯКР (низкое отношение сигнал/шум), поэтому при $ \nu_Q \le 1MHz $ целесообразнее использовать ЯМР при наличии квадрупольных взаимодействий.

Чем выше частота, тем удобнее наблюдать ЯКР => целесообразнее наблюдать на тяжёлых ядрах (с большим $ Q $) и в соединениях с большими неоднородностями внутренних электрических полей (ГЭП велик как правило в ковалентных кристаллах).

Частота ЯКР определяется внутренними электрическими полями и может лежать в широких пределах => поиск сигнала ЯКР -– сложная задача => необходимо проводить расчёты ГЭП. Поэтому в ЯКР широко применяются различные методы расчёта тензора ГЭП.

Литература.

[1] Абрагам А. Ядерный магнетизм, пер, с англ., М., 1963; [2] Гречишкин В.С. Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах, М., 1973; [3] Семин Г.К., Бабушкина Т.А., Якобсон Г.Г., Применение ядерного квадрупольного резонанса в химии, Л., 1972.