Language
Country/Area
No result found
تدرج المجال الكهربائي والعزم الرباعي النووي: كيف يحدد هذان الأمران خصائص المادة؟
يعتبر مطياف الرنين النووي الرباعي (NQR) تقنية تحليل كيميائي وثيقة الصلة بالرنين النووي المغناطيسي (NMR). على عكس الرنين النووي المغناطيسي، يمكن اكتشاف الرنين النووي NQR دون وجود مجال مغناطيسي خارجي، لذلك يطلق على مطيافية NQR أيضًا اسم "الرنين النووي المغناطيسي ذي المجال الصفري". يتم التحكم في رنين NQR من خلال التفاعل بين تدرج المجال الكهربائي (EFG) وعزم الدوران الرباعي لتوزيع الشحنة النووية. على النقيض من الرنين المغناطيسي النووي، فإن NQR ينطبق فقط على المواد الصلبة وليس على السوائل، لأنه في السوائل يكون متوسط تدرج المجال الكهربائي بالقرب من النوى صفرًا ويكون لموتر EFG أثر صفري. نظرًا لأن EFG لموقع نواة معينة في مادة ما يتم تحديده في المقام الأول من خلال الإلكترونات التكافؤية التي تشارك في روابط محددة مع نوى أخرى قريبة، فإن تردد NQR للانتقال فريد من نوعه في تلك المادة.
يتناسب تردد NQR في مركب أو بلورة معينة مع حاصل ضرب عزم رباعي النواة (خاصية النواة) وعزم EFG بالقرب من النواة.
توجد ظاهرة مماثلة، ولكنها ليست متطابقة، في الرنين النووي المغناطيسي، وهي ثابت الاقتران، والذي يعد أيضًا نتيجة للتفاعلات بين النوى في المحلل. أي نواة تحتوي على أكثر من جسيم نووي غير مقترن (بروتون أو نيوترون) سيكون لها توزيع شحنة ينتج عنه عزم رباعي القطب الكهربائي. تتحول مستويات الطاقة النووية المسموح بها بشكل غير متساوٍ بسبب تفاعل الشحنة النووية مع تدرج المجال الكهربائي الذي توفره التوزيع غير المتساوي لكثافة الإلكترون.
قد تتسبب الطاقة الموجهة نحو النواة عبر الإشعاع الكهرومغناطيسي في امتصاص النواة لبعض الطاقة، وهو ما يمكن اعتباره اضطرابًا في مستويات الطاقة الرباعية الأقطاب. على عكس حالة الرنين المغناطيسي النووي، يحدث الامتصاص في NQR في غياب مجال مغناطيسي خارجي. سيؤدي تطبيق مجال ثابت خارجي على النوى الرباعية إلى تقسيم مستويات الطاقة الرباعية وفقًا لتفاعل زيمان.
تعتبر تقنية NQR حساسة للغاية لطبيعة وتناسق الترابط حول النواة ويمكنها تحديد التغيرات الطورية في المواد الصلبة في درجات حرارة مختلفة.
وبسبب التناظر، فإن متوسط هذه التحولات يصل إلى الصفر في الطور السائل، وبالتالي لا يمكن قياس أطياف NQR إلا في الطور الصلب. في حالة الرنين المغناطيسي النووي، تمتلك النوى ذات الدوران ≥ 1/2 عزم ثنائي القطب المغناطيسي، بحيث يمكن تقسيم طاقتها بواسطة المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى امتصاص رنيني للطاقة المتعلقة بتردد لارمور. في حالة NQR، فإن النوى ذات الدوران ≥ 1، مثل 14N و17O و35Cl و63Cu، لها أيضًا لحظات رباعية القطب الكهربائية. ترتبط عزم الرباعي النووي بتوزيع الشحنة النووية غير الكروية، والذي يشير إلى الدرجة التي ينحرف بها توزيع الشحنة النووية عن الشكل الكروي، أي الشكل الإهليلجي أو القرصي للنواة.
NQR هو ملاحظة مباشرة للتفاعل بين عزم رباعي الأقطاب وتدرج المجال الكهربائي المحلي (EFG) لبيئته. يتناسب تردد انتقال NQR مع عزم الرباعي الكهربائي للنواة وقوة EFG المحلية. ومع ذلك، في المواد الصلبة، تصل قوة EFG إلى عدة كيلو فولت لكل متر مربع، لذلك ليس من الممكن إجراء تجارب NQR مع EFG محدد، كما هو الحال في NMR، عن طريق اختيار المجال المغناطيسي الخارجي.
أطياف NQR هي أطياف خاصة بمادة ما ولذلك يطلق عليها "بصمات كيميائية".
نظرًا للاعتماد القوي لتردد NQR على درجة الحرارة، يمكن استخدام NQR كمستشعر دقيق لدرجة الحرارة بدقة تصل إلى 10^−4 درجة مئوية. ويتمتع تطبيق طيف NQR أيضًا بآفاق واسعة ولديه إمكانات كبيرة للعب دور في صناعة الأدوية. وعلى وجه الخصوص، يتيح تطبيق 14N-NQR التمييز بين المركبات المتماثلة بصريًا في الخلائط الراسيمية، مثل D-serine وL-serine. على الرغم من أن هذين المركبين لهما تركيبات متشابهة، إلا أن لهما خصائص مختلفة تمامًا. قد يصبح D-serine بمثابة علامة حيوية لمرض الزهايمر ودواء لعلاج الفصام، في حين أن L-serine هو دواء يخضع لإدارة الغذاء والدواء الأمريكية كدواء بشري في التجارب السريرية. معروف بقدرته على علاج التصلب الجانبي الضموري.
يتمتع NQR أيضًا بالقدرة على التمييز بين الأشكال البلورية المتعددة. على سبيل المثال، أظهرت المركبات التي تحتوي على عقاقير السلفوناميد حساسية تجاه تعدد الأشكال. يتيح الاختلاف في تردد NQR، بالإضافة إلى الاختلافات في ثوابت اقتران رباعي الأقطاب ومعلمات عدم التماثل، التمييز بين الأشكال المتعددة، وهي القدرة التي تجعل NQR أداة قوية للمصادقة على الأدوية ومكافحة التزوير.
تعمل فرق بحثية متعددة في جميع أنحاء العالم على تطوير تقنية NQR للكشف عن المتفجرات. تم اختبار المعدات المصممة للكشف عن الألغام والمتفجرات المخبأة في الأمتعة. يتكون نظام الكشف هذا من مصدر طاقة بتردد لاسلكي (RF)، وملف يولد مجال إثارة مغناطيسي، ودائرة كشف تراقب استجابة RF NQR للمتفجرات . . حتى جهاز مزيف يدعى ADE 651 يدعي استخدام NQR للكشف عن المتفجرات، لكنه في الواقع لا يستطيع القيام بذلك.
ومع ذلك، فقد تم بيع الجهاز بنجاح بملايين الدولارات إلى عشرات البلدان، بما في ذلك الحكومة العراقية.
إن القيود الرئيسية التي تواجه NQR تأتي من وفرة النظائر. يتطلب NQR وجود عزم رباعي الأقطاب غير صفري، والذي يتم ملاحظته فقط في النوى ذات الدوران الأكبر من أو يساوي واحدًا والتي ينحرف توزيع شحنتها المحلية عن التناظر الكروي. على الرغم من أن تقنيات NQR الحالية لها كثافة إشارة منخفضة بسبب الوفرة النظيرية المنخفضة لمعظم النوى النشطة NQR، إلا أن التحليل الطيفي NQR لا يزال يظهر فائدته في العديد من السيناريوهات العملية.
في مواجهة الإمكانات اللانهائية لـ NQR، هل يمكننا اختراق القيود التكنولوجية الحالية في المستقبل والسماح لهذه التكنولوجيا بلعب دور أكبر في المزيد من المجالات؟
