Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn của cộng hưởng tứ cực hạt nhân: Nó hoạt động như thế nào trong từ trường bằng không?
Quang phổ cộng hưởng tứ cực hạt nhân (NQR) là một kỹ thuật phân tích hóa học liên quan đến cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Không giống như NMR, công nghệ NQR có thể phát hiện các biến đổi hạt nhân mà không cần từ trường bên ngoài nên thường được gọi là "NMR trường không". Sự xuất hiện cộng hưởng tứ cực hạt nhân phụ thuộc vào sự tương tác giữa gradient điện trường (EFG) và mômen tứ cực của sự phân bố điện tích hạt nhân. Sự tương tác này làm cho NQR có hiệu quả trong việc phân tích các vật liệu rắn, nhưng không hiệu quả đối với chất lỏng, trong đó gradient điện trường gần lõi trung bình bằng không.
Nguyên tắc
Bất kỳ hạt nhân nào có nhiều hơn một hạt hạt nhân chưa ghép cặp, chẳng hạn như proton hoặc neutron, đều phát triển mô men tứ cực điện, khiến mức năng lượng của nó thay đổi không đồng đều do sự tương tác giữa điện tích hạt nhân và độ lệch electron. Khi bức xạ điện từ tần số vô tuyến được đưa vào hạt nhân trong môi trường không có từ trường bên ngoài, sự nhiễu loạn năng lượng hạt nhân sẽ gây ra sự hấp thụ mức năng lượng tứ cực. Điều này cho phép NQR mô tả các chuyển pha khác nhau trong vật liệu rắn.
"Quang phổ cộng hưởng bốn cực hạt nhân cực kỳ nhạy cảm trong việc phân tích sự thay đổi cấu trúc hóa học và sự chuyển pha trong các chất."
Sự tương tự giữa NQR và NMR
Trong NMR, hạt nhân có spin bằng hoặc lớn hơn 1/2 sẽ tạo ra sự phân tách năng lượng do từ trường bên ngoài, dẫn đến sự hấp thụ cộng hưởng. Trong NQR, các hạt nhân có spin quay bằng hoặc lớn hơn 1 (như 14N, 17O, v.v.) có mô men tứ cực điện này là do sự phân bố điện tích hạt nhân có hình dạng không phải hình cầu. . Do đó, công nghệ NQR, nếu được thực hiện đúng cách, có thể cung cấp dấu vết hóa học của một chất.
"Phổ của NQR là dấu vân tay hóa học độc đáo cho thấy sự khác biệt tinh tế giữa các vật liệu."
Ứng dụng và tiềm năng
NQR có thể khám phá sâu sắc sự tương tác giữa mô men tứ cực hạt nhân và gradient điện trường xung quanh hạt nhân. Do đó, NQR cho thấy tiềm năng ứng dụng tuyệt vời trong nghiên cứu đặc điểm cấu trúc, liên kết hóa học và sự biến đổi pha của các hợp chất rắn. Ví dụ, trong lĩnh vực dược phẩm, 14N-NQR đã được sử dụng thành công để phân biệt các chất đồng phân đối ảnh riêng lẻ trong hỗn hợp chủng tộc, chẳng hạn như D-serine và L-serine. D-serine được coi là một dấu ấn sinh học tiềm năng cho bệnh Alzheimer, trong khi L-serine cho thấy tiềm năng trong điều trị bệnh xơ cứng bên.
Những thách thức và sự phát triển về mặt kỹ thuật
Tuy nhiên, những thách thức kỹ thuật với NQR vẫn còn. Những hạn chế chính bao gồm nhu cầu về khối lượng mẫu lớn hơn và cường độ tín hiệu thấp. Ngoài ra, công nghệ NQR yêu cầu lõi phải có mômen tứ cực khác 0, giới hạn ở các lõi có số spin lớn hơn hoặc bằng 1. Cường độ tín hiệu thấp của NQR đòi hỏi phải sử dụng các mẫu lớn trong nghiên cứu này.
Tầm nhìn tương lai
Hiện nay, các nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang cam kết tìm kiếm các ứng dụng của NQR trong việc phát hiện chất nổ. Hệ thống phát hiện NQR bao gồm nguồn năng lượng tần số vô tuyến (RF), một cuộn dây tạo ra từ trường và mạch phát hiện, đồng thời có thể phát hiện phản ứng NQR của các thành phần nổ từ vật thể được đo. Mặc dù có một số thiết bị giả mạo tuyên bố sử dụng công nghệ NQR nhưng thực tế chúng không thể đạt được các chức năng đã được tuyên bố nhưng chúng vẫn thu hút sự chú ý rộng rãi.
"Việc ứng dụng NQR trong các mỏ dầu cũng cho thấy tiềm năng rất lớn, nó có thể tính toán dung tích còn lại của các giếng dầu cũng như tỷ lệ nước, khí và dầu trong quá trình khai thác theo thời gian thực."
Với sự tiến bộ của công nghệ và sự phát triển của nhiều nghiên cứu khác nhau, các kịch bản ứng dụng của NQR sẽ tiếp tục mở rộng. Công nghệ này không chỉ cho thấy giá trị trong nghiên cứu khoa học mà còn có thể tác động sâu sắc đến môi trường và sức khỏe của chúng ta trong cuộc sống hàng ngày. Liệu con người có thể tận dụng tốt hơn công nghệ này và mở ra một chương mới về cộng hưởng tứ cực hạt nhân hay không?
