izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-4-3-8izmertech-1894Research ArticleФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТРОЛОГИИFUNDAMENTAL PROBLEMS OF METROLOGYИсследование спектров ядерного магнитного резонанса ионов калия в водных растворах и оценка магнитного момента ядра 39KInvestigation of the nuclear magnetic resonance spectra of potassium ions in aqueous solutions and estimation of the magnetic moment of the nucleus 39KНероновЮ. И.NeronovY. I.

Юрий Ильич Неронов

 Санкт-Петербург

Yuryi I. Neronov

St. Petersburg

yineronov@mail.ruПронинА. Н.ProninA. N.

Антон Николаевич Пронин

 Санкт-Петербург

Anton N. Pronin

St. Petersburg

a.n.pronin@vniim.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваРоссияD. I. Mendeleev All-Russian Research Institute of MetrologyRussian Federation2021010820230438Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1894

Рассмотрена проблема повышения точности определения магнитного момента ядра калия 39K, применяемого при исследованиях нормы и патологии живых тканей методами ядерного магнитного резонанса. Представлены экспериментальные результаты определения отношения частот резонансов протонов воды и ядер 39K для водных растворов KCl и KNO3 концентрациями 0,5–2,0 моль/кг. В результате одновременной регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса протонов воды и ядер 39K минимизированы случайные и систематические погрешности определения отношения частот резонанса воды и 39K+ до единиц восьмого знака. При экстраполяции содержания солей калия в воде к нулевым концентрациям для одиночных ионов в воде значение указанного выше отношения частот резонанса составило 21,4300226(10). Итоговый магнитный момент ядра 39K получен с учётом данных для магнитного момента протона и экранирования протонов в воде, представлен без корректировки на экранирование иона калия в воде в единицах ядерного магнетона и составил 0,390962111(18). С использованием значения экранирования ионов калия в воде найден магнитный момент ядра калия 0,391471(8), который сопоставлен с данными, полученными другими исследователями.

The problem of increasing the accuracy of determining the magnetic moment of the potassium 39K nucleus, which is used in studies of the norm and pathology of living tissues by nuclear magnetic resonance methods, is considered. The paper presents experimental results for determining the resonance frequency ratio of water protons and 39K nuclei for KCl and KNO3 solutions at concentrations from 0.5 to 2 mol/kg of water. NMR signals from water protons and potassium nuclei were recorded simultaneously, which minimizes random and systematic errors in determining the ratio of the resonance frequencies to units of the eighth sign. When extrapolating the content of potassium salts in water to zero concentrations for single ions in water, it was determined 21.4300226(10). Using the known data for the magnetic moment of the proton and the data for proton shielding in water, we obtained 0.390962111(18). Shielding of potassium ions in water was previously calculated in the work of Antisera and others. When using these data on the shielding of potassium ions in water, the magnetic moment of the potassium core was obtained 0.391471(8). The comparison of the new result for μ( 39K) with the data of previous works is discussed.

ядерные магнитные моментыядро атома калияодновременная регистрация ЯМР-сигналовквантовая радиофизикаnuclear magnetic momentspotassium atom nucleussimultaneous registration of NMR-signalsquantum radiophysicsReferencesMohr P. J., Newell D. B., and Taylor B. N., CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2014, Reviews of Modern Physics, 2016, 88, Article ID: 035009. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.88.035009Mohr P. J., Newell D. B., and Taylor B. N., CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2014, Reviews of Modern Physics, 2016, 88, Article ID: 035009. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.88.035009Mooser A., Ulmer S., Blaum K., Franke K., Kracke H., Leiteritz C., Quint W., Rodegheri C. C., Smorra C., Walz J., Nature, 2014, vol. 509, рр. 596–599. https://doi.org/10.1126/science.aan0207Mooser A., Ulmer S., Blaum K., Franke K., Kracke H., Leiteritz C., Quint W., Rodegheri C. C., Smorra C., Walz J., Nature, 2014, vol. 509, рр. 596–599. https://doi.org/10.1126/science.aan0207Neronov Yu. I., Seregin N. N., Metrologia, 2014, vol. 51, no. 1, рр. 54–60. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/1/54Neronov Yu. I., Seregin N. N., Metrologia, 2014, vol. 51, no. 1, рр. 54–60. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/1/54Неронов Ю. И., Серегин А. Н. Разработка ЯМРспектрометра для прецизионного определения отношения частот резонанса ядер // Измерительная техника. 2010. № 8. С. 65–70.Neronov Yu. I., Seregin A. N., Measurement Techniques, 2010, vol. 53, no. 8, рр. 926–935 (2010). https://doi.org/10.1007/s11018-010-9600-0Александров B. C., Неронов Ю. И. Исследование ЯМР спектров изотопических аналогов водорода и оценка магнитного момента ядра трития // Письма в ЖЭТФ. 2011. Т. 93. № 6. С. 337–340.Aleksandrov V. S., Neronov Yu. I., Study of the NMR Spectra of Hydrogen Isotopic Analogs and Estimation of the Magnetic Moment of the Triton, JETP Letters, 2011, vol. 93, no. 6, pp. 305–307.Abragam A., The principles of nuclear magnetism, Oxford, Clarendon Press, 1961.Abragam A., The principles of nuclear magnetism, Oxford, Clarendon Press, 1961.Неронов Ю. И. Магнитный резонанс в томографии и в спектральных исследованиях тканей живого организма. СПб.: ИТМО, 2007, 124 c.Neronov Yu. I., Magnitniy resonans v tomografi i i v spektralnom issledovanii tkaneiy organizma, St. Petersburg, State University ITMO Publ., 2007, 124 p. (In Russ.)Неронов Ю. И. Определение магнитных моментовNeronov Yu. I., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, no. 9, pр. 667–673. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01837-0ядер 6Li и 7Li при одновременной регистрации сигналов двух ядер спектрометром на основе ядерного магнитного резонанса // Измерительная техника. 2020. № 9. С. 3–8. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-9-3-8Neronov Yu. I., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, no. 1, pр. 96–102. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1156-9Неронов Ю. И. Определение температурной зависимости экранирования протонов воды и способ оценки температуры живых тканей // Измерительная техника. 2017. № 1. С. 67–70. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2017-1-67-70Antušek A., Kedziera D., Kaczmarek-Kedziera A., Jaszunski M., Chem. Phys. Lett., 2012, vol. 532, рр. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2012.02.036Antušek A., Kedziera D., Kaczmarek-Kedziera A., Jaszunski M., Chem. Phys. Lett., 2012, vol. 532, рр. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2012.02.036Sundholm D., Gauss J., Schafer A., J. Chem. Phys., 1996, vol. 105, рр. 11051–9. https://doi.org/10.1063/1.472905Sundholm D., Gauss J., Schafer A., J. Chem. Phys., 1996, vol. 105, рр. 11051–9. https://doi.org/10.1063/1.472905Beckmann A., Boklen K., Elke D., Precision measurements of the nuclear magnetic dipole moments of 6Li, 7Li, 23Na, 39K and 41K, Zeitschrift für Physik, 1974, vol. 270, pp. 173–186.Beckmann A., Boklen K., Elke D., Precision measurements of the nuclear magnetic dipole moments of 6Li, 7Li, 23Na, 39K and 41K, Zeitschrift für Physik, 1974, vol. 270, pp. 173–186.Stone N. J., Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments, Atomic Data and Nuclear Data Tables 90, 2005, vol. 90, Iss. 1, pp. 75–176.Stone N. J., Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments, Atomic Data and Nuclear Data Tables 90, 2005, vol. 90, Iss. 1, pp. 75–176.Stone N. J., Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments, IAEA Technical Report INDC (NDS)-0658, 2014, available at: https://www-nds.iaea.org/publications/indc/ indc-nds-0658.pdf (accessed: 10.01.2021).Stone N. J., Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments, IAEA Technical Report INDC (NDS)-0658, 2014, URL: https://www-nds.iaea.org/publications/indc/indc-nds0658.pdf (дата обращения: 10.01.2021).CERN, ISOLDE-Collaboration, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 1993, vol. A 325, рр. 465–474.CERN, ISOLDE-Collaboration, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 1993, vol. A 325, рр. 465–474.Sahm W., Schwenk A., 39K, 40K and 41K Nuclear Magnetic Resonance Studies, Zeitschrift für Naturforschung, 1974, vol. 29 a, pp. 1754–1762.Sahm W., Schwenk A., 39K, 40K and 41K Nuclear Magnetic Resonance Studies, Zeitschrift für Naturforschung, 1974, vol. 29 a, pp. 1754–1762.W. R. Adam, A. P. Koretsky, M. W. Weiner, Biophysical Journal, 1987, vol. 51, no. 2, pp. 265–271. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(87)83332-5W. R. Adam, A. P. Koretsky, M. W. Weiner, Biophysical Journal, 1987, vol. 51, no. 2, pp. 265–271. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(87)83332-5W. R. Adam, A. P. Koretsky, M. W. Weiner, Biophysical Journal, 1987, vol. 51, no. 2, pp. 265–271. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(87)83332-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.