ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля в приложении к исследованию диффузии в жидких кристаллах А.Б.Конов 1, К.М.Салихов 1, О.И.Гнездилов 1, Ю.Г.Галяметдинов. - презентация

1 ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля в приложении к исследованию диффузии в жидких кристаллах А.Б.Конов 1, К.М.Салихов 1, О.И.Гнездилов 1, Ю.Г.Галяметдинов 1,2, Н.М.Селиванова 2 1 Казанский Физико-Технический Институт КазНЦ РАН, 2 Казанский Государственный Технологический Университет

2 поток градиент концентрации Модель диффузии

3 Диффузию можно описывать с помощью условной вероятности перехода молекулы из одной точки в другую

4 Явление ядерного магнитного резонанса Во внешнем магнитном поле спины начинают прецессировать вокруг направления приложенного магнитного поля с частотой Лармора: - гиромагнитное отношение;- величина внешнего магнитного поля.

5 Как импульс градиента воздействует на спин? В присутствии градиента: Информация о положении спина сохраняется в его фазе! координата ядра поле, в котором находится ядро

6 Основная идея: * * - для случая свободной изотропной диффузии Как мы можем измерять константу диффузии D,используя ЯМР с ИГМП? Например, можно использовать два градиентных импульса. - длительность град. импульсов - время между град. импульсами (время диффузии) - амплитуда градиента * E. O. Stejskal and J. E. Tanner, J. Chem. Phys., 1965, 42, *

7 Как мы можем измерять константу диффузии D,используя ЯМР с ИГМП? набор сигналов преобразование Фурье набор спектров серия экспериментов

8 Учёт влияния диффузии: в уравнения Блоха добавляется дополнительный диффузионный член: Сигнал ослабляется совместным действием градиентных импульсов и диффузионного движения: В общем случае: * - для случая свободной изотропной диффузии Как мы можем измерять константу диффузии D,используя ЯМР с ИГМП?

9 Объекты исследования лиотропный жидкий кристалл C 12 EO 10 La(NO 3 ) 3 *6H 2 O D2OD2O или H 2 O + C 10 H 21 OH

10 Самоорганизация жидкого кристалла гексагональная уп. ламеллярная уп.

11 Смены текстур в ЖК системе [гексагональная мезофаза] температура [ламеллярная мезофаза] [изотропный раствор]

12 1 H спектр ЯМР C 12 EO 10

13 Диффузия в анизотропной среде В случае анизотропной диффузии мы имеем дело с тензором диффузии (набором констант, характеризующих диффузию)

14 Диффузия в анизотропной среде В неориентированных специально образом средах в диффузионные затухания вносят вклад движения с различными коэффициентами самодиффузии (различными компонентами тензора диффузии) В таких случаях адекватным является подход, при котором анализируется начальный участок диффузионного затухания

15 Температурная зависимость коэффициента самодиффузии воды и ПАВ для лиотропной жидкокристаллической системы С 12 EO 10La(III)Н 2 О 1( ) - H 2 O 2( ) - (CH 2 CH 2 O) 10 3() - (CH 2 ) 9 E акт =24 ÷ 26 кДж моль -1 E акт =100 ÷ 120 кДж моль – 370 К E акт =39 кДж моль -1 E акт =31 кДж моль -1 Селиванова Н.М., Гнездилов О.И., Конов А.Б и др. // Известия РАН. Серия химическая С

16 м.д. T/K Динамика резонансной линии протонов воды при фазовом переходе

17 Температурная зависимость коэффициента самодиффузии воды и ПАВ для лиотропной жидкокристаллической системы С 12 EO 10La(III)Н 2 О 1( ) - H 2 O 2( ) - (CH 2 CH 2 O) 10 3() - (CH 2 ) – 370 К Селиванова Н.М., Гнездилов О.И., Конов А.Б и др. // Известия РАН. Серия химическая С

18 Жидкокристаллическая система в поляризованном свете Т=298 К Т=320 К Т=360 К

19 Температурная зависимость коэффициентов самодиффузии показывает последовательную смену типов упаковки с ростом температуры согласно следующей схеме: неизвестная структура (кристаллическая?) – гексагональная – ламеллярная – изотропный раствор Структурные изменения внутри мезофазных состояний и фазовые переходы в жидких кристаллах кристаллическая структура (?) гексагональная структура ламеллярная структура изотропный раствор

20 Спасибо за внимание!

21 интегральная интенсивность от Градиента 2 * - для случая свободной изотропной диффузии Как мы можем измерять константу диффузии D,используя ЯМР с ИГМП?

22 Механические помехи (или ограниченное пространство) также может обуславливать неэкспоненциальность затухания сигнала: Ограниченная диффузия Диффузия в сфере Диффузия между плоскостями

23 Основная идея: * * - для случая свободной изотропной диффузии Как мы можем измерять константу диффузии D,используя ЯМР с ИГМП? Например, можно использовать два градиентных импульса. - длительность град. импульсов - время между град. импульсами (время диффузии) - амплитуда градиента * E. O. Stejskal and J. E. Tanner, J. Chem. Phys., 1965, 42, *