Пряма і непряма спін-спінова взаємодія.

Магнітні ядра можна уявити собі як точкові магнітні диполі, що мають певний магнітний момент. Якщо до складу молекули вхо­дять два магнітних ядра А та В, моменти яких дорівнюють відповідно µ_А і µ_B, то ядро з моментом µ_A зумовить ут­ворення у точці локалізації ядра з моментом µ_B додаткове магнітне поле, напруженість якого можна обчислити за формулою

DH = m_A(3Cos²q – 1)/r³ (1.22)

де r - відстань між ядрами; θ — кут між векторами µ_А та H_о.

Якщо ядра мають спін 1/2, то, залежно від магнітного квантового числа ядра А,на ядро В буде діяти сумарне магнітне поле (H_о- ΔH) або (H₀ + ΔH). Отже, спектр ядра В буде дублетом з КССВ, що дорівнює J=2ΔH. Аналогічний спектр спостерігатиметься і для ядра А. У наведено­му випадку спін-спінова взаємодія передається через простір, що розділяє ядра А та В. Така взаємодія називається диполь-дипольною, або прямою спін-спіновою взаємодією. Найчастіше з прямою ССВ доводиться мати справу при вивченні ЯМР спектрів твердих зразків. У твердому стані ато­ми чи молекули практично нездатні до поступального або обертального руху, вони лише коливаються поблизу положення рівноваги. Внаслідок цього локальні магнітні поля на різних магнітних ядрах кристала можуть набувати значення в діапазоні від -5µ/r³ до +µ/r³ (0° < θ < 90°). У випадку протонів напруженість локальних магнітних полів становить приблизно 10^-3 Т, тому константи прямої ССВ і ширина сигналів у спект­рах твердих тіл становлять від 100 до 1000 кГц.

У нев'язких рідинах магнітні моменти ядер швидко реорієнтуються один відносно одного, тому за час життя ядра А у певному спіновому стані для ядра В, що з ним взаємодіє, спостерігаються всі можливі орієнтації ку­та θ. При цьому у точці розташування ядра А напруженість локального магнітного поля, індукованого ядром B усереднюється до нуля (середнє значення соs²θ дорівнює 1/3, звідси 3соs²θ - 1 = 0). Отже, у звичайних рідинах і розчинах пряма ССВ не може спостерігатися.

Однак існує клас розчинників, у яких бачити прямі КССВ все-таки можна. Це так звані рідкокристалічні розчинники. Для розчинів у цих розчинниках соs²θ = 1/3.

Розщеплення сигналів ЯМР для рідких зразків зумовлюється іншим ме­ханізмом — непрямою спін-спіновою взаємодією ядерних спінів. У цьому випадку передача взаємодії не залежить від орієнтації молекул відносно зовнішнього магнітного поля і відбувається через електрони хімічних зв'язків. Константи спін-спінової взаємодії, що при цьому спо­стерігаються, на декілька порядків менші, ніж відповідні прямі КССВ. Ефективність ядерної спін-спінової взаємодії у випадку рідин визна­чається електронною будовою молекул і швидко спадає із збільшенням числа хімічних зв'язків між ядрами, що взаємодіють. Величини КССВ розчинів несуть важливу інформацію про електронну і просторову будову молекул хімічних сполук.