Что такое спиновый обмени почему он вызывает интерес?
Когда мы говорим о спиновом обмене, имеются в виду разбавленные парамагнетики: атомы в газах, растворы свободных радикалов и парамагнитных комплексов в жидкостях, триплетные экситоны в молекулярных кристаллах, др.
Спиновым обменом называют изменение состояния спинов парамагнитных частиц при их бимолекулярном столкновении, индуцированное гейзенберговским обменным взаимодействием двух столкнувшихся частиц
Здесь стрелками указаны разные спиновые состояния двух сталкивающихся частиц. При столкновении включается обменное взаимодействие, которое изменяет состояние спинов электронов ц
Скорость этого процесса для растворов задается известной из теории Смолуховского константой скорости эффективных бимолекулярных столкновений
Здесь rex эффективный радиус спинового обмена при столкновении, D коэффициент взаимной диффузии двух сталкивающихся частиц.
При столкновении двух частиц обменное взаимодействие изменяет их спиновое состояние только тогда, когда партнеры по столкновению относятся к разным подансамблям, т.е. к частицам с разной резонансной частотой ЭПР индивидуальных частиц. Скорость изменения состояния спина конкретного выделенного спина, например из k-ого подансамбля спинов, за счет столкновений со спинами из n-ого подансамбля равна ϕnKexC, где ϕn-статистический вес спинов в n-ом подансамбле, С-концентрация парамагнитных частиц в растворе.
Спиновый обмен представляет большой интерес как инструмент для детектирования факта бимолекулярных столкновений и измерения скорости этого процесса для самых разных молекул и в самых разных средах, включая биологические системы, растворы полимеров, жидкости в нанопористых системах.
Широкое применение спинового обмена для изучения столкновений интересующих исследователя молекул достигается химическим присоединением парамагнитной частицы (обычно стабильного нитроксильного радикала) к этим молекулам или близким аналогам.
В результате получаем спиновый зонд и уже можно применить методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для мониторинга бимолекулярных
столкновений этих спиновых зондов.
Что можно измерить с помощью спинового обмена?
Частоту бимолекулярных столкновений даже в очень сложных системах (в химии, молекулярной биологии, физической химии).
Молекулярную подвижность, коэфициент диффузии молекул даже в очень сложных системах.
Величину обменного интеграла, степень перекрывания волновых функций двух парамагнитных частиц при их случайных столкновениях.
Для чего можно использовать спиновый обмен?
Для разработки технологии адресной доставки лекарственных молекул в организм человека и животных.
Для улучшения пространственного разрешения магнитно-резонансных томографов.
Для разработки различных фильтров, например, очистки воды.
Кому интересен спиновый обмен?
Специалистам в области спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
Разработчикам ЭПР спектрометров, так как необходимо иметь в виду, что благодаря эффекту “отдачи” при спиновом обмене форма индивидуальных резонансных линий ЭПР имеет смешанную форму суммы лоренцевой линии поглощения и лоренцевой линии дисперсии с одинаковыми значениями частоты и ширины резонанса. И при этом важно, что доля вклада дисперсии разная для разных индивидуальных линий спектра ЭПР.
Тем, кому приходится интерпретировать форму спектров ЭПР, регистрируемых в стационарных условиях, и временную зависимость отклика сигналов в импульсных ЭПР экспериментах.
Тем, кто применяет метод спиновых зондов для определения частоты бимолекулярных столкновений в газах, жидкостях, в растворах полимеров, в биологических средах, в фильтрах и т.д.
Тем, кто использует эффект динамической поляризации ядер (ДПЯ) для повышения чувствительности спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), в том числе для повышения разрешающей способности в магнитно-резонансных медицинских томографах.