Исследование молекулярной диффузии в мезогенных системах методами ЯМР-спектроскопии

• Автор: Конов, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. ЯМР как метод исследования динамики и структуры
молекулярных систем (литературный обзор)
1.1. Молекулярная диффузия
1.2. ЯМР как метод изучения динамики молекул
1.2.1. Спектральная диффузия, индуцированная молекулярной диффузией
1.2.2. Экспериментальные методы изучения диффузии с помощью ЯМР
1.2.3. Изменение сигнала ЯМР под действием градиента магнитного поля и
диффузии. Случай свободной диффузии
1.2.4. Несвободная диффузия
1.2.5. Приближение Гауссова распределения фаз для подсчета сигнала в эксперименте ЯМР с ИГМП
1.2.6. Приближение коротких градиентных импульсов
1.3. Экспериментальные методики измерения коэффициента самодиффузии КСД с помощью ЯМР с ИГМП (импульсные последовательности)
1.3.1. Основные принципы работы импульсных последовательностей
1.3.2. Модификации импульсных последовательностей, направленные на борьбу с аппаратурными сложностями проведения экспериментов
1.3.3. Биполярные градиенты
1.3.4. Градиенты с изменённой формой импульса
1.4. Заключение к главе
Глава 2. Изучение диффузионных процессов в жидких кристаллах
2.1. Введение
2.2. Объекты исследования: металлсодержащие лиотропные жидкокристаллические системы
2.3. Спектры ЯМР изученных в работе ПАВ
2.4. Структура изучаемых жидкокристаллических систем

2.5. Результаты экспериментов по определению коэффициента диффузии и их обсуждение
2.5.1. Методика измерения КСД
2.5.2. Зависимость КСД от концентрации ПАВ
2.5.3. Температурные измерения КСД ЛЖК системы СЕОю-ЬаДП)—Н20
2.5.4. Температурные измерения КСД неориентированной ЛЖК системы
С12ЕО1 о-ЬаДП)—Н20- С10Н21ОН
2.5.5. Ориентирование жидкого кристалла в сильных магнитных полях. Проявление ориентационных эффектов в спектрах ЯМР дейтерированной воды
2.5.6. Температурные измерения КСД ЛЖК системы С] 2ЕО | < - Еа( 11I)—Н20-С,оН210Н, ориентированной магнитным полем
2.5.7. Проявление компенсационного эффекта для коэффициента самодиффузии молекул жидких кристаллов
Елава 3. Компьютерное моделирование диффузионных процессов и их проявлений в экспериментах ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля (ЯМР с ИГМП) для измерения КСД
3.1. Введение
3.2. Модель диффузии и алгоритм расчетов наблюдаемых в эксперименте сигналов
3.3. Влияние параметров системы и условий эксперимента на поведение наблюдаемых сигналов
3.4. Форма зависимости сигнала ЯМР от волнового вектора в случае наличия распределения размеров пор
3.5. Заключение к главе
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
В последнее время в мире возрос интерес к мягкой материи (soft matter). Понятие мягкой материи включает в себя достаточно широкий класс веществ, в частности - полимеры, коллоидные растворы, жидкие кристаллы, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и др. Интерес к подобным веществам возникает из-за способности их молекул к самоорганизации в мезоскопические (промежуточные по размерам) структуры
надмолекулярные образования по размеру больше характерных микроскопических расстояний в веществе, но всё же меньше
макроскопических. Свойства и взаимодействия этих мезоскопических структур могут определять макроскопическое поведение материала в целом.
Важнейшей характеристикой мягкой материи является молекулярная подвижность. Она ответственна за механические, реологические,
электрические, оптические, магнитные свойства мягкой материи.
Одним из перспективных направлений работ является изучение диффузионных процессов в лиотропных жидкокристаллических системах, которые образуют концентрированные растворы ПАВ. Интерес к ним обусловлен их возможным практическим применением. Упорядоченная молекулярная организация ПАВ может использоваться в качестве матриц для синтеза нано- и микроразмерных пространственных структур. Характер организации молекул ПАВ, структура надмолекулярных образований зависит от соотношения концентраций молекул растворителя и молекул ПАВ, от наличия и концентрации различных добавочных веществ. Помимо этого, структура надмолекулярных образований зависит и от температуры. Строением надмолекулярных ассоциатов ПАВ определяется и структура синтезируемых на их основе наноразмерных образований. Вследствие этого актуальным является изучение структур различных жидкокристаллических мезофаз, их температурной динамики - смены характера упаковки и подвижности молекул с изменением температуры. Подобные изменения

Gradient Gradient
Рис. 1.8. Импульсный протокол на основе протокола эха Хана. Простейшая импульсная последовательность для измерения коэффициента диффузии
90- 90° 9СГ- (
Рис. 1.9. Протокол для измерения коэффициента диффузии на основе стимулированного эха
Впервые эта импульсная последовательность была предложена Стежскалом и Таннером в 1965 году [25]. В дальнейшем ими был усовершенствован протокол эксперимента: вместо протокола эха Хана в качестве основы был использован протокол стимулированного эха (рис. 1.9).