Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
Образцы помещаются в пробирки диаметром около 10 мм. Высота образца выбирается обычно равной диаметру. Если объектом исследований являются листья растений, из них вырезаются круглые высечки и стопкой помещаются в пробирку.
Измерение времен релаксации Т{ и Т2 сводится к посылке на образец радиочастотных импульсов различной последовательности н регистрации зависимости интенсивности сигналов эха от времени задержки между импульсами [60, 65—67].
При измерении времени спин-спиновой релаксации — Тч — часто применяется последовательность 90° — х—180° импульсов [66]. На образец, помещенный в постоянное поле Н0, воздействуют радиочастотным импульсом, длительность которого такова, что он отклоняет намагниченность образца от направления по полю И о на угол 90°. Такой импульс называется 90°-ным. Длительность его обычно порядка 1—5 мкс. В результате в приемной катушке возникает сигнал, называемый сигналом свободной индукции (ССИ). Через время, равное т, на данную систему воздействуют вторым радиочастотным импульсом, длительность которого вдвое больше первого; он поворачивает
2 Заказ Лв 3630
33
каждый магнитный момент на 180° (180°-ный импульс). Через время 2т после наложения 90°-ного импульса в приемной катушке вновь появится индукционный сигнал, так называемый: сигнал спинового эха (рис. 5). Сигнал спинового эха имеет вид кратковременного резонансного всплеска.
Многократные повторения этого двухимпульсного эксперимента (90°—180°), называемого экспериментом Хана, с последовательным изменением интервала т между радиочастотными импульсами позволяют построить график зависимости затухания амплитуды спинового эха от интервала 2т:
А (2 т) = Л0 ехр —,
3
где Л (2т)—амплитуда спинового эха, Л0 — амплитуда сигнала свободной индукции. В полулогарифмическом масштабе эта зависимость представляет собой прямую линию, наклон которой дает Т2.
Для измерения времени спин-решеточной релаксации — Ti наиболее часто используется двухимпульсная последовательность 180° — т — 90° [68]. 180°-ным радиочастотным импульсом намагниченность опрокидывается против поля Я0, после чего за счет процессов спин-решеточной релаксации, она начинает восстанавливаться до начального положения. В процессе восстановления намагниченность переходит через нуль. Однако процесс восстановления намагниченности остается невидимым экспериментатору до тех пор, пока 90°-ный импульс, включаемый через интервал т, не повернет восстанавливающуюся намагниченность в плоскость, перпендикулярную направлению поля Я0. Таким образом, роль 90°-ного импульса заключается в «проявлении» скрытого процесса восстановления намагниченности вдоль поля Н0. Многократное повторение этого двухимпульско-го эксперимента с последовательным изменением интервала т дает зависимость амплитуды сигнала свободной индукции от т„ которая подчиняется уравнению
2т
А (*) = А
1—2 ехр г J1
где А (т) — амплитуда ССИ после 90°-ного импульса в момент т, А0¦—предельное значение ССИ при очень большом интервале т, или, что то лее самое, значение ССИ при включении лишь одного 90°-ного импульса (без 180°). В полулогарифмическом масштабе зависимость In [Л0—-Д(т)] от т есть прямая, наклон которой дает Т\.
Измерение коэффициента самодиффузии воды. Методом спинового эха можно определить коэффициент самодиффузии воды — D, характеризующий интенсивность поступательного теплового (трансляционного) движения молекул воды. Величина D связана с величиной среднеквадратичного смещения молекул (х,2) за время t уравнением Эйнштейна: х2 = 2 Dt.
Если принять / = 1 с, то D = x2J(2, т. е. коэффициент самодиф-фузии представляет собой величину среднеквадратичного пробега молекулы за 1 с.
Существуют две модификации метода измерения коэффициента самодиффузии: с постоянным [68] и импульсным [69, 70] градиентом магнитного поля.
Метод постоянного градиента магнитного поля. Распространенным способом измерения коэффициента самодиффузии является измерение амплитуды сигналов спинового эха в двухим-пульсном эксперименте Хана (90° — т—180°) при искусственно созданном вдоль направления поля Н0 градиенте магнитного поля /[71].
Амплитуда эха при различных значениях градиента магнитного поля выражается формулой {68]
А =А0 exp (- exp (— f g] Dт3 ),
где А0 — начальная амплитуда сигнала, Т% — время спин-спиновой релаксации, у — гиромагнитное отношение резонирующего ядра, g— градиент внешнего магнитного поля, т — промежуток времени между 90°—180°-ными импульсами, D — коэффициент самодиффузии.
Логарифм отношения амплитуды при первом значении градиента (j4i) к г-й амплитуде (Лг-) не зависит от TQ:
In ^7='T't2 0x3 (ff]-«¦?)•
Пользуясь последним выражением, можно определить D по наклону прямой:
In А = К (g]- gj),
где К= ~yW.
Метод постоянного градиента позволяет измерять коэффициенты самодиффузии до 10~7 см2-с-1. Для чистой воды коэффициент самодиффузии при 25° равен 2,4-10~5 см2-с-1, при этом минимальная величина 2т, которая требуется для получения заметного диффузионного затухания эха при g = 3 гс-см-1, равна 20—30 мс.
