Детектування сигналу

Перед обговоренням того, як відбувається накопичення слабкого сигналу ЯМР, коротко зупинимося на процесі детектування, що здійснюється в ЯМР-приймачі. Енергія, що випромінюється збудженими спінами, дає слабкий аналоговий електричний сигнал, який потім слід перетворити в послідовність двійчастих цифр, що сприймаються комп'ютером. Процес оцифровування необхідно виконати для всіх частот спектра. Як хіміки, ми найчастіше цікавимося тільки різницями хімічних зсувів для окремих ядер, а не абсолютними частотами їхньої Ларморової прецесії. Це пов'язано з тим, що саме різниці хімічних зсувів мають зв”язок з хімічним оточенням магнітних ядер. Як це нам вже добре відомо, Ларморові частоти перебувають у діапазоні від десятків до сотень мегагерц, а діапазон хімічних зсувів становить декілька кілогерц.

Так, наприклад, протонний спектр, що записаний на 200 МГц, має діапазон хімічних зсувів тільки 2 кГц. Навіть для вуглецю (50 МГц на тому ж приладі) діапазон хімічних зсувів становить тільки 10 кГц. Тому, замість того, щоб оцифровувати сигнал частотою сотні мегагерц і виділяти з нього компонент у декілька кілогерців, що являє інтерес, перед оцифровуванням від сигналу проводять віднімання опорної частоти імпульсу. У результаті сигнал вміщується в спектральний діапазон, що нас цікавить, (Рис. 2.4). Цей процес називають детектуванням. Результуючий сигнал перебуває у звуковому діапазоні частот, що для людини становить близько 20 КГц. Тому, у принципі, сигнали ЯМР можна навіть почути. Процес детектування сигналів широко використовується в радіоприймачах, оскільки там, як і в спектрометрі ЯМР передача сигналів відбувається на високій частоті, а цільовий сигнал має звукову частоту. Таким чином, з фізичної точки зору спектрометр ЯМР нічим не відрізняється від радіотелефону, хіба що тим, що він трохи дорожчий.

Рис.2.4.Процес ЯМР детектування. Фіксована частота імпульсу віднімається від частоти сигналу ЯМР, що детектується. Тому оцифровуються і записуються тільки різниці частот сигналів.

Опорна частота звичайно відповідає первинній частоті радіочастотного імпульсу, що використовувався для збудження ядер. Процес детектування можна уявити собі як віднімання цієї частоти від результуючого сигналу. При цьому виникає ситуація, що є повністю аналогічною до тієї, котру ми розглядали при переході до системи координат, що обертається, де швидкість її обертання збігається з опорною частотою імпульсу. Усередині такої системи можна спостерігати тільки компоненти частот, які відрізняються від неї. Якщо після детектування сигналу зробити його оцифровування, будемо мати сигнал спаду вільної індукції (СВІ) у звуковому діапазоні. Фур'є-перетворення такого сигналу дасть спектр ЯМР.