Явление ЯКР заключается в резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном переходами между энергетическими уровнями, образующимися в результате взаимодействия электрического квадрупольного момента ядра с градиентом электрического внутрикристаллического поля (ГЭП) в месте расположения ядра. ГЭП представляет тензорную величину, определяемую как вторую производную от потенциала U. Значения ГЭП зависят от зарядов всех электронов и ядер, окружающих ядра, на которых наблюдается ЯКР.
ЯКР наблюдается в твердом агрегатном состоянии (моно- и поликристаллические вещества), а также в замороженных жидкостях. Наличие ГЭП дает возможность, в отличие от ЯМР, наблюдать ЯКР в отсутствии внешнего магнитного поля. Типичными ядрами, на которых наблюдается ЯКР, являются 35Cl, 37Cl, 79Br, 81Br, 127I, 121Sb , 123Sb, 75As, 63Сu, 65Сu, 14Ν, 10Β, 11Β и т. д. ЯКР является идентифицирующим методом, так как каждому соединению соответствует свой уникальный спектр исследуемого ядра.
Метод ядерного квадрупольного резонанса применяется в современных технологиях для исследований сегнетоэлектриков, полупроводников, которые используются как солнечные батареи, оптические запоминающие устройства; сверхпроводников, детектирования взрывчатых и наркотических веществ, контроля фармацевтических веществ, а также фундаментальных исследований в области молекулярных и ионных кристаллов.
ЯКР позволяет исследовать:
- симметрию и структуру кристаллов, фазовые переходы;
- распределение электронной плотности в окрестности исследуемого ядра;
- неэквивалентность положения резонирующих ядер в кристаллической решетке;
- структурные дефекты и явления упорядочения;
- характер химической связи;
- подвижность отдельных групп атомов;
- константу квадрупольного взаимодействия и параметра асимметрии тензора ГЭП.
Частота ЯКР определяется внутренними электрическими полями и может лежать в диапазоне 100 кГц – 10 ГГц. В зависимости от химического строения одно и то же ядро резонирует на различных частотах. Так, резонансная частота ядра 35Cl, в зависимости от типа ковалентной связи, находится в основном в диапазоне 30-40 МГц. У неорганических соединений хлора частотный диапазон составляет от 2.4 МГц (FeCl2) до 70.7 МГц (FCl). Некоторые типичные значение приведены в таблице:
| Соединение | Частота, МГц |
|---|---|
| N-Cl | 44-56 |
| S-Cl | 30-40 |
| C-Cl | 32-35 |
| Si-Cl | 15-20 |
На данный момент исследования в РЦ МРМИ могут проводиться в частотном диапазоне 27 МГц — 120 МГц (обычно исследуемые ядра: 35/37Cl, 63/65Cu и др.) в температурном интервале от 4 К до 400 К.
Образцы помещаются в стеклянную ампулу высотой 40 мм, диаметром 5.5 мм. Подготовка образцов может быть выполнена как в ресурсном центре, так и самостоятельно заказчиком. Если образец требует защиты от доступа кислорода, паров воды, то необходимо самостоятельно запаять ампулу.