Введение к работе
з Актуальность темы. Природные полимеры (ПП), такие как целлюлоза,
ітин, другие полисахариды, смолы, несмотря на достижения химической юмышленности в области синтетических полимеров, во многом, остаются :заменимым компонентом многих материалов и изделий бытового и техни-ского назначений. Номенклатура получаемых на их основе соединений по-оянно растет, синтезируются новые соединения и материалы, которые в бу-'щем смогут заменить многие исчерпаемые ресурсы. При этом структура П претерпевает изменения, которые необходимо оценивать. Среди всего южества методов анализа молекулярной и надмолекулярной структуры жродных полимеров особое место занимает ядерный магнитный резонанс IMP), который является неразрушающим материал экспресс методом, даю-им информацию о химическом составе, подвижности молекул и их отдель-лх частей, пространственной конформации, энергии связей, степени кри-алличности и о многих других структурных параметрах ПП. Поэтому при-эжения ЯМР в анализе полимеров все более расширяются, что требует по-"оянного совершенствования аппаратуры на основе достижений техническо-) прогресса и, соответственно, методик проведения эксперимента и обработ-i данных. Более половины всех экспериментов по ЯМР в ПП осуществляется і протонах - ядрах атома водорода - самого распространенного химического тсмента в природных углеводах, причем методы непрерывного ЯМР- экспе-имента в последнее время практически полностью уступили место импульс-ым, релаксационным. В отношении ПП ПМР обладает некоторыми специ-ическими особенностями, среди которых - неусредненные магнитные ди-оль-дипольные взаимодействия отдельных спинов в пределах мономера, выдающие уширение и сглаживание отдельных линий ЯМР, достаточно высо-ая размерность спиновой системы, делающая невозможным прямой кванто-омеханический расчет магнитно-релаксационных характеристик глюкопира-озного кольца, наличие прочно связанной сорбированной воды, частичная ристалличность надмолекулярной структуры и некоторые другие,
благодаря которым современное состояние приложений ЯМР - релаксаци исследовании природных полимеров, в основном, ограничивались феноме логическими моделями и измерениями характеристических времен сп решеточной Ті и спин-спиновой Т2 релаксации, а также амплитудных вкла от отдельных фаз в общий сигнал ЯМР образца. В данной работе произвел попытка расширения границ применимости теории и практики примене ПМР в изучении природных полимеров.
Целью работы является дальнейшее развитие нового научного напр ления, разработанного на кафедре физики МарГТУ "ЯМР - релаксации в зико - химии водосодержащих целлюлозных систем".
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Дальнейшее развитие теории протонной магнитной релаксациі природных полимерах на базе современного подхода при поме формализма оператора плотности и получение уравнений для ош ния релаксационных и спектральных характеристик.
-
Разработка и реализация импульсных методов измерения спеет ЯМР природных полимеров в широком частотном диапазоне. Со: ние программных продуктов, обеспечивающих функционирова установки, статистическую и аналитическую обработку данных -перимента и их совместимость с существующими широко расг страненными программами.
-
Анализ роли различных механизмов протонной магнитной релаї ции в природных полимерах с учетом особенностей их химическ состава и надмолекулярной структуры.
-
Определение содержания прочно связанной воды в образцах ПП.
-
Анализ влияния физико-химических деструктивных воздействий структуру ПП.
Научная новизна работы. Разработан теоретический формализм і зиспиновых состояний, позволяющий описать протонную магнитную pej
щию в ПП с точки зрения статистически ориентированного квантовомеха-яческого подхода. На основе дополненной таким образом теории ЯМР- ре-іксации в твердых ПП, получены аналитические выражения для формы лили спектра ПМР, сигнала спада свободной индукции (ССИ), скоростей маг-итной релаксации, исходя из параметров соответствующих мономеров и та-IX надмолекулярных характеристик как степень кристалличности, размеры шсталлитов, содержание сорбированной воды, степень полимеризации. Раз-іботан и реализован метод импульсного получения спектров ЯМР шириной э 500 кГц и сконструировано соответствующее программное обеспечение.
Практическая значимость работы. Разработанные теоретические подхо-л и методы проведения импульсного ЯМР- эксперимента внедрены в прак-іку НИР МарГТУ и могут быть рекомендованы предприятиям, занимаю-имся переработкой ПП и производством изделий на их основе, а так же со-гветствующим учебным и научно-исследовательским заведениям.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации док-щывались и обсуждались на всероссийских конференциях "Структура и ди-шика молекулярных систем" в 1994 - 1998 годах (Йошкар-Ола, Казань, Мо-;ва), на международной конференции по приложениям фотонного и спино->го эха "PHECS - 97" (Москва, Йошкар-Ола, 1997), на региональных науч-.IX школах "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" (Казань, 1997, >98). На региональной научной школе "Магнитный резонанс в твердых те-іх" (Казань, 1998) доклад "Применение протонного магнитного резонанса ія анализа структуры природных полимеров" признан победителем конкурса іучньїх работ молодых ученых и удостоен диплома лауреата. Также резуль-:ты работы докладывались на ежегодных научно - практических конферен-іях МарГТУ по итогам НИР.
Публикация работы. По теме диссертации опубликовано 15 статей.
Объем и структура диссертации. Объем диссертации - 142 с, 4 таблицы, I рисунков. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов