www.bnti.ru/showart.asp?aid=617&lvl=02.01.01.
Метод ядерного квадрупольного резонанса

Явление ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) было открыто в 1950 г. Следует отметить, что к классической ядерной физике, связанной с синтезом элементов и ионизирующими излучениями, это явление отношения не имеет.

Сущность явления заключается в следующем. Ряд элементов таблицы Менделеева имеют несферическое распределение положительного заряда в ядре. Степень несферичности оценивается особым параметром, который называется квадрупольным моментом. Если вокруг такого ядра существует неоднородное локальное электрическое поле, созданное окружающими это ядро электрическими зарядами, то наблюдается явление ЯКР. При воздействии на вещество внешнего электромагнитного поля определенной частоты имеет место резонансное поглощение энергии. По окончании воздействия происходит излучение энергии на частоте ЯКР. Частота ЯКР зависит от формулы химического соединения, в которое входит квадрупольный элемент.

В число квадрупольных входят изотопы следующих элементов: "азот-14", "хлор-35", "хлор-37", "бор-10", "бор-11", "иод-127", "кислород-17", "натрий-23", "медь-63", "медь-65" и многие другие. Всего таких элементов около 50.

Следует подчеркнуть, что ЯКР возможен только при наличии двух факторов: квадрупольного момента у ядра и неоднородности окружающего его электрического поля (наличие градиента). Классический пример – поваренная соль. Оба элемента, входящие в состав молекулы, являются квадрупольными. Однако NaCl не обладает ЯКР, вследствие того, что ядра в кристаллической решетке расположены пространственно симметрично и электрическое поле вокруг каждого ядра однородно (градиент отсутствует).

Вещество может обладать не одной, а несколькими частотами ЯКР. Количество частот ЯКР и интенсивность сигнала зависит от количества ядер данного квадрупольного элемента в формуле химического соединения, их химической эквивалентности, соединения с атомами других элементов. Особенностью ЯКР является следующее: в настоящее время исследовано более 10000 химических соединений, и среди них нет ни одной пары веществ, ЯКР частоты которых совпадали бы. Поэтому частота ЯКР является как бы паспортом химического соединения (вещества).

Таким образом, возбудив вещество, содержащее в своем химическом составе квадрупольный элемент, радиоимпульсом определенной частоты и получив ответный ЯКР сигнал на данной частоте, можно однозначно говорить о наличии в исследуемом объекте именно данного вещества. То есть метод ЯКР является не только обнаруживающим, но и идентифицирующим.

Обнаруживаемое вещество может быть распределено по всему объему или находиться в механической смеси с другими веществами – это не влияет на принимаемый сигнал. Примеси других веществ влияют на ширину спектральной линии и могут незначительно смещать частоту ЯКР, однако, радикального влияния на характеристики обнаружения они не оказывают. Мало того, в некоторых случаях по характеру изменения линии ЯКР спектра можно определить производителя данного образца вещества.

Сигнал ЯКР, как правило достаточно мал, поэтому для накопления сигнала ЯКР и выделения его на фоне помех применяется ряд специальных методов, разработанных в рамках статистической радиотехники и радиолокации. Для накопления сигнала производится воздействие на исследуемый объект не одним радиоимпульсом, а специальной последовательностью радиоимпульсов. Сигнал ЯКР слабо зависит от мощности зондирующего сигнала, он прямо пропорционален числу резонирующих ядер, а следовательно, МАССЕ исследуемого образца.

Для обнаружения конкретного вещества нужно в первую очередь знать его ЯКР частоты. Частоты ЯКР различных химических соединений лежат в диапазоне от сотен килогерц до сотен мегагерц...