Приступаем к ЯМР без сверхпроводящего магнита

Исследование тайн квантовой механики, безусловно, кажется задачей, для достижения которой требуется оборудование размером с комнату и стойки с электроникой, а также большие ведра грантовых денег. И хотя в целом это так, есть немало того, чего можно достичь при значительно более скромном бюджете, что наглядно демонстрирует этот простой, насколько это возможно, спектроскоп ядерного магнитного резонанса.

Перво-наперво: имеет ли «магнитный резонанс» часть «ЯМР» какое-либо отношение к магнитно-резонансной томографии? Действительно, так оно и есть, поскольку в основе обоих лежит техника выстраивания ядер в магнитном поле, возмущения их электромагнитным полем и получения результирующих радиочастотных сигналов, когда ядра возвращаются в исходное спиновое состояние. И хотя МРТ-сканеры и большие ЯМР-спектрометры, используемые в лабораториях аналитической химии, используют чрезвычайно мощные магнитные поля, [Энди Никол] показывает нам, что даже магнитное поле Земли можно использовать для ЯМР.

Установка ЯМР [Энди] не могла быть проще. Он состоит из катушки из эмалированной медной проволоки, намотанной на трубку из ПВХ диаметром 40 мм, и простого блока управления, в котором нет ничего, кроме переключателя и пары конденсаторов. Единственным необычным моментом является аудиоинтерфейс USB, который используется для усиления и оцифровки сигнала частотой 2 кГц, генерируемого атомами водорода, когда они прецессируют в чрезвычайно слабом магнитном поле Земли. Также удобен штатив, лишенный всех деталей из черных металлов, поскольку эту установку необходимо размещать на открытом воздухе, где можно свести к минимуму мешающие магнитные поля. При использовании катушка заряжается от LiPo-батареи в течение примерно 10 секунд, а затем быстро переключается на вход USB-усилителя. Результирующий резонансный сигнал визуализируется с помощью каскадного отображения на SDR#.

[Энди] включил в свою превосходную статью множество полезных советов, таких как настройка катушки с помощью конденсаторов, минимизация шума и оценка точной ожидаемой резонансной частоты на основе силы местного магнитного поля. Это отличный проект и хорошее объяснение того, как работает ЯМР. И он далеко не такой громкий, как МРТ-сканер.