Імпульсне збудження

В сучасних спектрометрах ЯМР для збудження сигналів ядерного резонансу використовуються короткі радіочастотні імпульси. Ці імпульси можна уявити собі як монохроматичне випромінювання передавача, що вмикається на певний час. Частоту такого випромінювання називають несучою частотою імпульсу. Оскільки одержуваний спектр містить сигнали, що розрізняються за частотами, відповідно розходженню Ларморових частот прецесії окремих магнітних ядер, то здається, що імпульс не може одночасно збудити всі ядра даного сорту. Проте, із принципу невизначеностей Гейзенберга витікає, що збуджуючий імпульс тривалістю Dt містить компоненти частот у певному діапазоні, що залежить від тривалості імпульсу. Діапазон частот становить 1/Dt Гц. Таким чином, імпульс є ефективно поліхроматичним. Тривалість радіочастотного імпульсу Dt зазвичай називають шириною імпульсу. Короткі потужні імпульси викликають збудження в широкому спектральному діапазоні, а довгі малопотужні імпульси (які відповідають тому ж куту повороту вектора намагніченості) діють у значно меншому діапазоні частот (Рис. 2.3).

Рис. 2.3.Одиничний монохроматичний радіочастотний імпульс має ефективну смугу збудження, що обернено пропорційна до його тривалості. Отже, короткий сильний імпульс може викликати збудження в широкій смузі частот (a), тоді як довгий слабкий імпульс забезпечує більш вибіркове збудження (б).

Розглянемо протонний спектр на 400 МГц, у якому частота передавача відповідає центру спектра. Якщо треба одночасно збудити 10 м.ч. спектрального діапазону, то це еквівалентно 4000 Гц, тому потрібно збудити ядра, що перебувають у діапазоні +2000 Гц. Це відповідає тривалості імпульсу 0,5 мс. Частота поглинання ядер ¹³С на тому ж приладі становить 100 МГц. Типовий спектральний діапазон хімічних зсувів ядер вуглецю дорівнює 200 м.ч. що відповідає частотному діапазону +10КГц. Тривалість імпульсу для його збудження становить 100 мкс, однак потужність імпульсу повинна бути більшою, оскільки вона розподіляється в більшому частотному діапазоні. Якщо використовувати занадто тривалий імпульс (порядку милісекунд) невеликої потужності, то він буде мати компоненти в обмеженому діапазоні частот і здійснить селективне збудження (збудження тільки частини магнітних ядер). Як буде показано нижче, методи селективного збудження ядер зараз широко використовуються в різних методиках ЯМР. Тривалі імпульси малої потужності, що збуджують лише обраний діапазон спектра, називають «м'якими» імпульсами. На відміну від цього, потужні імпульси малої тривалості називають «жорсткими» імпульсами. За винятком спеціально обговорених випадків, будемо вважати, що всі імпульси, які застосовуються в описаних нижче експериментах, є неселективними жорсткими імпульсами.