1. ماهیت پدیده

   ابتدا باید توجه داشت که اگرچه کلمه هسته ای در نام این پدیده وجود دارد، اما NMR هیچ ربطی به فیزیک هسته ای و رادیواکتیویته ندارد. اگر در مورد توصیف دقیق صحبت کنیم، بدون قوانین مکانیک کوانتومی نمی توان کار کرد. بر اساس این قوانین، انرژی برهمکنش یک هسته مغناطیسی با یک میدان مغناطیسی خارجی تنها می تواند چند مقدار گسسته را بگیرد. اگر هسته های مغناطیسی با یک میدان مغناطیسی متناوب تحت تابش قرار گیرند، فرکانس آن مطابق با اختلاف بین این سطوح انرژی گسسته است که در واحدهای فرکانس بیان می شود، هسته های مغناطیسی شروع به حرکت از یک سطح به سطح دیگر می کنند، در حالی که انرژی متناوب را جذب می کنند. رشته. این پدیده رزونانس مغناطیسی است. این توضیح از نظر رسمی درست است، اما خیلی واضح نیست. توضیح دیگری وجود دارد، بدون مکانیک کوانتومی. هسته مغناطیسی را می توان به عنوان یک توپ باردار الکتریکی در نظر گرفت که حول محور خود می چرخد ​​(اگرچه، به طور دقیق، اینطور نیست). طبق قوانین الکترودینامیک، چرخش بار منجر به ظهور میدان مغناطیسی می شود، یعنی گشتاور مغناطیسی هسته که در امتداد محور چرخش هدایت می شود. اگر این گشتاور مغناطیسی در یک میدان خارجی ثابت قرار گیرد، بردار این لحظه شروع به پیشروی می کند، یعنی به دور جهت میدان خارجی می چرخد. به همین ترتیب، محور چرخ در حال چرخش در اطراف عمودی قرار می گیرد (چرخش) در صورتی که نه کاملاً عمودی، بلکه در یک زاویه خاص باز شود. در این حالت، نقش میدان مغناطیسی توسط نیروی گرانش ایفا می شود.

   فرکانس تقدم هم توسط خواص هسته و هم با قدرت میدان مغناطیسی تعیین می شود: هر چه میدان قوی تر باشد فرکانس بالاتر است. سپس، اگر علاوه بر یک میدان مغناطیسی خارجی ثابت، یک میدان مغناطیسی متناوب بر روی هسته تأثیر بگذارد، آنگاه هسته شروع به تعامل با این میدان می کند - همانطور که بود، هسته را با شدت بیشتری نوسان می کند، دامنه تقدم افزایش می یابد، و هسته انرژی میدان متناوب را جذب می کند. با این حال، این تنها در شرایط تشدید رخ می دهد، یعنی همزمانی فرکانس تقدم و فرکانس میدان متناوب خارجی. به نظر می رسد یک نمونه کلاسیک از فیزیک دبیرستان - سربازانی که از روی یک پل رژه می روند. اگر فرکانس گام با فرکانس طبیعی پل منطبق باشد، پل بیشتر و بیشتر می‌چرخد. از نظر تجربی، این پدیده خود را در وابستگی جذب یک میدان متناوب به فرکانس آن نشان می دهد. در لحظه تشدید، جذب به شدت افزایش می یابد و ساده ترین طیف تشدید مغناطیسی به این صورت است:

   

2. طیف سنجی فوریه

   اولین طیف سنج های NMR دقیقاً همانطور که در بالا توضیح داده شد کار کردند - نمونه در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار گرفت و تابش RF به طور مداوم به آن اعمال شد. سپس فرکانس میدان متناوب یا شدت میدان مغناطیسی ثابت به آرامی تغییر کرد. جذب انرژی میدان متناوب توسط یک پل فرکانس رادیویی ثبت شد که سیگنال از آن به یک ضبط کننده یا یک اسیلوسکوپ خروجی می شد. اما این روش ثبت سیگنال برای مدت طولانی مورد استفاده قرار نگرفته است. در طیف سنج های NMR مدرن، طیف با استفاده از پالس ها ثبت می شود. گشتاورهای مغناطیسی هسته‌ها توسط یک پالس قدرتمند کوتاه تحریک می‌شوند و پس از آن سیگنالی ثبت می‌شود که با پیش‌روی آزادانه ممان‌های مغناطیسی در سیم پیچ RF القا می‌شود. با بازگشت ممان های مغناطیسی به حالت تعادل، این سیگنال به تدریج به صفر می رسد (به این فرآیند آرامش مغناطیسی می گویند). طیف NMR از این سیگنال با استفاده از تبدیل فوریه به دست می آید. این یک روش ریاضی استاندارد است که به شما امکان می دهد هر سیگنالی را به هارمونیک های فرکانس تجزیه کنید و در نتیجه طیف فرکانس این سیگنال را بدست آورید. این روش ضبط طیف به شما امکان می دهد سطح نویز را به میزان قابل توجهی کاهش دهید و آزمایشات را بسیار سریعتر انجام دهید.

   

   یکی از پالس های تحریک برای ثبت طیف، ساده ترین آزمایش NMR است. با این حال، بسته به نوع دستکاری هایی که محقق باید با سیستم گشتاورهای مغناطیسی هسته ای انجام دهد، می تواند تعداد زیادی از این پالس ها، با مدت زمان، دامنه های مختلف، با تأخیرهای متفاوت بین آنها و غیره در آزمایش وجود داشته باشد. با این حال، تقریباً تمام این توالی‌های پالس به یک چیز ختم می‌شوند - ضبط یک سیگنال تقدم آزاد و به دنبال آن تبدیل فوریه.

3. فعل و انفعالات مغناطیسی در ماده

   اگر برهمکنش های مغناطیسی هسته ها با یکدیگر و با پوسته الکترونی مولکول نبود، تشدید مغناطیسی به خودی خود چیزی بیش از یک پدیده فیزیکی جالب باقی نمی ماند. این فعل و انفعالات بر پارامترهای رزونانس تأثیر می گذارد و با کمک آنها می توان از NMR برای به دست آوردن اطلاعات مختلفی در مورد خواص مولکول ها - جهت گیری، ساختار فضایی (ترکیب)، برهمکنش های بین مولکولی، تبادل شیمیایی، دینامیک چرخشی و انتقالی استفاده کرد. به لطف این، NMR به ابزار بسیار قدرتمندی برای مطالعه مواد در سطح مولکولی تبدیل شده است که به طور گسترده نه تنها در فیزیک، بلکه عمدتاً در شیمی و زیست شناسی مولکولی استفاده می شود. نمونه ای از یکی از این فعل و انفعالات، به اصطلاح شیفت شیمیایی است. ماهیت آن به شرح زیر است: پوسته الکترونی مولکول به یک میدان مغناطیسی خارجی پاسخ می دهد و سعی می کند از آن محافظت کند - محافظ جزئی میدان مغناطیسی در همه مواد دیامغناطیسی رخ می دهد. این بدان معناست که میدان مغناطیسی موجود در مولکول با میدان مغناطیسی خارجی مقدار بسیار کمی متفاوت خواهد بود که به آن شیفت شیمیایی می گویند. با این حال، خواص لایه الکترونی در بخش‌های مختلف مولکول متفاوت است و تغییر شیمیایی نیز متفاوت است. بر این اساس، شرایط رزونانس برای هسته ها در قسمت های مختلف مولکول نیز متفاوت خواهد بود. این امر تشخیص هسته های شیمیایی غیر هم ارز در طیف را ممکن می سازد. به عنوان مثال، اگر طیف هسته های هیدروژن (پروتون) آب خالص را در نظر بگیریم، تنها یک خط در آن وجود خواهد داشت، زیرا هر دو پروتون در مولکول H 2 O دقیقاً یکسان هستند. اما برای الکل متیل CH 3 OH در حال حاضر دو خط در طیف وجود خواهد داشت (اگر سایر فعل و انفعالات مغناطیسی نادیده گرفته شوند)، زیرا دو نوع پروتون وجود دارد - پروتون های گروه متیل CH 3 و یک پروتون مرتبط با اتم اکسیژن. با پیچیده‌تر شدن مولکول‌ها، تعداد خطوط افزایش می‌یابد، و اگر یک مولکول بزرگ و پیچیده را به عنوان پروتئین در نظر بگیریم، در این حالت طیف چیزی شبیه به این خواهد بود:

   

4. هسته های مغناطیسی

   NMR را می توان بر روی هسته های مختلف مشاهده کرد، اما باید گفت که همه هسته ها دارای گشتاور مغناطیسی نیستند. اغلب اتفاق می افتد که برخی از ایزوتوپ ها دارای گشتاور مغناطیسی هستند، در حالی که ایزوتوپ های دیگر همان هسته ندارند. در مجموع، بیش از صد ایزوتوپ از عناصر شیمیایی مختلف وجود دارد که دارای هسته مغناطیسی هستند، اما معمولاً بیش از 1520 هسته مغناطیسی در تحقیقات استفاده نمی شود، هر چیز دیگری عجیب و غریب است. هر هسته نسبت مشخصه میدان مغناطیسی و فرکانس تقدم خود را دارد که به آن نسبت ژیرو مغناطیسی می گویند. برای همه هسته ها این نسبت ها مشخص است. با استفاده از آنها می توانید فرکانسی را انتخاب کنید که برای یک میدان مغناطیسی معین، سیگنالی از هسته هایی که محقق نیاز دارد مشاهده شود.

   مهمترین هسته برای NMR پروتون ها هستند. آنها در طبیعت فراوان هستند و حساسیت بسیار بالایی دارند. برای شیمی و زیست شناسی، هسته های کربن، نیتروژن و اکسیژن بسیار مهم هستند، اما دانشمندان با آنها خوش شانس نبودند: رایج ترین ایزوتوپ های کربن و اکسیژن، 12 C و 16 O، گشتاور مغناطیسی ندارند، طبیعی است. ایزوتوپ نیتروژن 14 N دارای یک گشتاور است، اما به دلایلی برای آزمایش بسیار ناخوشایند است. ایزوتوپ های 13 C، 15 N و 17 O وجود دارند که برای آزمایش های NMR مناسب هستند، اما فراوانی طبیعی آنها بسیار کم است و حساسیت آنها در مقایسه با پروتون ها بسیار کم است. بنابراین، نمونه های ویژه ایزوتوپی غنی شده اغلب برای مطالعات NMR تهیه می شود که در آن ایزوتوپ طبیعی یک یا آن هسته با ایزوتوپ مورد نیاز برای آزمایش جایگزین می شود. در بیشتر موارد، این روش بسیار سخت و پرهزینه است، اما گاهی اوقات تنها راه برای به دست آوردن اطلاعات لازم است.

5. رزونانس پارامغناطیس و چهار قطبی الکترون

   در مورد NMR، نمی توان از دو پدیده فیزیکی مرتبط دیگر - رزونانس پارامغناطیس الکترون (EPR) و تشدید چهار قطبی هسته ای (NQR) نام برد. EPR اساساً شبیه NMR است، تفاوت در این واقعیت است که تشدید بر روی گشتاورهای مغناطیسی نه هسته‌های اتمی، بلکه در پوسته الکترونی اتم مشاهده می‌شود. EPR را می توان فقط در آن دسته از مولکول ها یا گروه های شیمیایی مشاهده کرد که پوسته الکترونی آنها حاوی به اصطلاح الکترون جفت نشده است، سپس پوسته دارای گشتاور مغناطیسی غیر صفر است. به چنین موادی پارامغناطیس می گویند. EPR نیز مانند NMR برای مطالعه خواص ساختاری و دینامیکی مختلف مواد در سطح مولکولی استفاده می‌شود، اما دامنه آن بسیار محدودتر است. این عمدتا به دلیل این واقعیت است که بیشتر مولکول ها، به ویژه در طبیعت زنده، حاوی الکترون های جفت نشده نیستند. در برخی موارد، می توان از یک پروب به اصطلاح پارامغناطیس استفاده کرد، یعنی یک گروه شیمیایی با یک الکترون جفت نشده که به مولکول مورد مطالعه متصل می شود. اما این رویکرد دارای اشکالات آشکاری است که امکانات این روش را محدود می کند. علاوه بر این، در EPR وضوح طیفی بالایی (یعنی توانایی تشخیص یک خط از خط دیگر در طیف) مانند NMR وجود ندارد.

   توضیح ماهیت NQR "روی انگشتان" بسیار دشوار است. برخی از هسته ها دارای گشتاور چهار قطبی الکتریکی هستند. این لحظه انحراف توزیع بار الکتریکی هسته از تقارن کروی را مشخص می کند. برهم کنش این لحظه با گرادیان میدان الکتریکی ایجاد شده توسط ساختار کریستالی ماده منجر به شکافتن سطوح انرژی هسته می شود. در این مورد، رزونانس را می توان در فرکانس مربوط به انتقال بین این سطوح مشاهده کرد. برخلاف NMR و EPR، NQR نیازی به میدان مغناطیسی خارجی ندارد، زیرا تقسیم سطح بدون آن اتفاق می‌افتد. NQR همچنین برای مطالعه مواد استفاده می شود، اما دامنه آن حتی از EPR محدودتر است.

6. مزایا و معایب NMR

   

   NMR قوی ترین و آموزنده ترین روش برای مطالعه مولکول ها است. به طور دقیق، این یک روش نیست، بلکه تعداد زیادی از انواع مختلف آزمایش، به عنوان مثال، توالی پالس است. اگرچه همه آنها بر اساس پدیده NMR هستند، هر یک از این آزمایش ها برای به دست آوردن برخی اطلاعات خاص طراحی شده اند. تعداد این آزمایش‌ها با ده‌ها، اگر نه صدها، اندازه‌گیری می‌شود. از نظر تئوری، NMR می تواند، اگر نه همه چیز، تقریباً همه چیزهایی را که تمام روش های تجربی دیگر برای مطالعه ساختار و دینامیک مولکول ها می توانند انجام دهند، اگرچه در عمل، البته، همیشه امکان پذیر نیست. یکی از مزیت های اصلی NMR این است که از یک طرف کاوشگرهای طبیعی آن یعنی هسته های مغناطیسی در سرتاسر مولکول پراکنده شده اند و از طرف دیگر تشخیص این هسته ها از یکدیگر و به دست آوردن امکان پذیر است. داده های انتخابی مکانی در مورد خواص مولکول. تقریباً همه روش‌های دیگر اطلاعاتی را به صورت میانگین در کل مولکول یا فقط در مورد یکی از بخش‌های آن ارائه می‌کنند.

   دو عیب اصلی NMR وجود دارد. اولاً، این حساسیت در مقایسه با اکثر روش‌های تجربی دیگر (طیف‌سنجی نوری، فلورسانس، EPR و غیره) کم است. این منجر به این واقعیت می شود که برای میانگین نویز، سیگنال باید برای مدت طولانی انباشته شود. در برخی موارد، آزمایش NMR را می توان حتی برای چند هفته انجام داد. ثانیاً هزینه بالای آن است. طیف‌سنج‌های NMR یکی از گران‌ترین ابزارهای علمی هستند که حداقل صدها هزار دلار قیمت دارند و گران‌ترین طیف‌سنج‌ها چند میلیون قیمت دارند. همه آزمایشگاه ها، به ویژه در روسیه، توانایی پرداخت چنین تجهیزات علمی را ندارند.

7. آهنربا برای طیف سنج های NMR

   یکی از مهم‌ترین و گران‌ترین قطعات طیف‌سنج، آهنربا است که میدان مغناطیسی ثابتی ایجاد می‌کند. هرچه میدان قوی‌تر باشد، حساسیت و وضوح طیفی بالاتر است، بنابراین دانشمندان و مهندسان دائماً در تلاش برای به دست آوردن بالاترین میدان‌های ممکن هستند. میدان مغناطیسی توسط یک جریان الکتریکی در شیر برقی ایجاد می شود - هر چه جریان قوی تر باشد، میدان بزرگتر است. با این حال، افزایش جریان به طور نامحدود غیرممکن است؛ در یک جریان بسیار بالا، سیم برقی به سادگی شروع به ذوب شدن می کند. بنابراین، آهنرباهای ابررسانا، به عنوان مثال آهنرباهایی که در آنها سیم برقی در حالت ابررسانا قرار دارد، برای مدت بسیار طولانی برای طیف سنج های NMR با میدان بالا استفاده می شود. در این حالت مقاومت الکتریکی سیم صفر است و در هیچ مقدار فعلی انرژی آزاد نمی شود. حالت ابررسانا را فقط در دماهای بسیار پایین می توان به دست آورد، فقط چند درجه کلوین - این دمای هلیوم مایع است. (ابررسانایی در دمای بالا هنوز فقط یک تحقیق کاملاً اساسی است.) با حفظ چنین دمای پایینی است که تمام مشکلات فنی در طراحی و تولید آهنرباها به هم متصل می شوند که باعث هزینه بالای آنها می شود. آهنربای ابررسانا بر اساس اصل یک قمقمه ماتریوشکا ساخته شده است. شیر برقی در مرکز، در محفظه خلاء قرار دارد. اطراف آن را یک پوسته حاوی هلیوم مایع احاطه کرده است. این پوسته توسط یک پوسته از نیتروژن مایع از طریق یک لایه خلاء احاطه شده است. دمای نیتروژن مایع منفی 196 درجه سانتیگراد است، نیتروژن مورد نیاز است تا هلیوم به آهستگی تبخیر شود. در نهایت، پوسته نیتروژن از دمای اتاق توسط یک لایه خلاء بیرونی جدا می شود. چنین سیستمی قادر است دمای مورد نظر آهنربای ابررسانا را برای مدت بسیار طولانی حفظ کند، اگرچه این امر مستلزم ریختن منظم نیتروژن مایع و هلیوم در آهنربا است. مزیت چنین آهنرباهایی، علاوه بر توانایی به دست آوردن میدان های مغناطیسی بالا، مصرف نکردن انرژی نیز می باشد: پس از شروع آهنربا، جریان از طریق سیم های ابررسانا تا سال ها تقریباً بدون تلفات می گذرد.

8. توموگرافی

   در طیف سنج های NMR معمولی، آنها سعی می کنند میدان مغناطیسی را تا حد ممکن یکنواخت کنند، این برای بهبود وضوح طیفی ضروری است. اما اگر میدان مغناطیسی داخل نمونه، برعکس، بسیار ناهمگن باشد، این امر اساساً امکانات جدیدی را برای استفاده از NMR باز می کند. ناهمگنی میدان توسط سیم پیچ های به اصطلاح گرادیان ایجاد می شود که با آهنربای اصلی جفت می شوند. در این حالت، بزرگی میدان مغناطیسی در قسمت‌های مختلف نمونه متفاوت خواهد بود، به این معنی که سیگنال NMR را می‌توان نه از کل نمونه، مانند یک طیف‌سنج معمولی، بلکه فقط از لایه باریک آن مشاهده کرد. شرایط تشدید برآورده می شود، یعنی نسبت میدان مغناطیسی و فرکانس مورد نظر. با تغییر اندازه میدان مغناطیسی (یا، که در اصل همان فرکانس مشاهده سیگنال است)، می توانید لایه ای را که سیگنال می دهد تغییر دهید. بنابراین، می توان نمونه را در تمام حجم آن «اسکن» کرد و ساختار سه بعدی داخلی آن را بدون از بین بردن نمونه به هیچ وجه مکانیکی «دید» کرد. تا به امروز، تعداد زیادی تکنیک توسعه یافته است که اندازه گیری پارامترهای مختلف NMR (ویژگی های طیفی، زمان آرامش مغناطیسی، سرعت خود انتشار و برخی دیگر) را با وضوح فضایی در داخل یک نمونه ممکن می سازد. جالب ترین و مهم ترین، از نقطه نظر عملی، استفاده از توموگرافی NMR در پزشکی یافت شد. در این مورد «نمونه» مورد بررسی بدن انسان است. تصویربرداری NMR یکی از مؤثرترین و ایمن‌ترین ابزارهای تشخیصی (اما گران‌قیمت) در زمینه‌های مختلف پزشکی، از انکولوژی گرفته تا زنان و زایمان است. جالب است بدانید که پزشکان از کلمه "هسته ای" در نام این روش استفاده نمی کنند، زیرا برخی از بیماران آن را با واکنش های هسته ای و بمب اتمی مرتبط می دانند.

9. تاریخچه کشف

   

   سال کشف NMR سال 1945 در نظر گرفته می شود، زمانی که آمریکایی ها فلیکس بلوخ از استنفورد و به طور مستقل ادوارد پارسل و رابرت پاوند از هاروارد برای اولین بار سیگنال NMR را روی پروتون ها مشاهده کردند. در آن زمان، چیزهای زیادی در مورد ماهیت مغناطیس هسته ای شناخته شده بود، خود اثر NMR از نظر تئوری پیش بینی شده بود، و چندین تلاش برای مشاهده تجربی آن انجام شد. ذکر این نکته ضروری است که یک سال قبل در اتحاد جماهیر شوروی، در کازان، پدیده EPR توسط Evgeny Zavoisky کشف شد. اکنون به خوبی شناخته شده است که Zavoisky سیگنال NMR را نیز مشاهده کرد، این قبل از جنگ، در سال 1941 بود. با این حال، او یک آهنربای بی کیفیت با یکنواختی میدان ضعیف در اختیار داشت، نتایج به خوبی قابل تکرار نبودند و بنابراین منتشر نشدند. انصافاً باید توجه داشت که Zavoisky تنها کسی نبود که NMR را قبل از کشف "رسمی" آن مشاهده کرد. به ویژه، ایزیدور رابی، فیزیکدان آمریکایی (برنده جایزه نوبل در سال 1944 برای مطالعه خواص مغناطیسی هسته ها در پرتوهای اتمی و مولکولی) نیز NMR را در اواخر دهه 1930 مشاهده کرد، اما این را یک مصنوع ابزاری در نظر گرفت. به هر حال، اما کشور ما در تشخیص تجربی تشدید مغناطیسی در اولویت است. اگرچه خود زاوویسکی بلافاصله پس از جنگ با مشکلات دیگری دست و پنجه نرم کرد، کشف او برای توسعه علم در کازان نقش بزرگی ایفا کرد. کازان هنوز یکی از مراکز تحقیقاتی پیشرو در جهان برای طیف سنجی EPR است.

10. جوایز نوبل در تشدید مغناطیسی

    در نیمه اول قرن بیستم، چندین جایزه نوبل به دانشمندانی اعطا شد که بدون کارشان کشف NMR ممکن نبود. از جمله پیتر سیمن، اتو استرن، ایزیدور رابی، ولفگانگ پائولی هستند. اما چهار جایزه نوبل به طور مستقیم با NMR مرتبط بود. در سال 1952، فلیکس بلوخ و ادوارد پرسل برای کشف NMR جایزه دریافت کردند. این تنها جایزه نوبل "NMR" در فیزیک است. در سال 1991، ریچارد ارنست سوئیسی که در موسسه معروف ETH زوریخ کار می کرد، برنده جایزه شیمی شد. او به دلیل توسعه روش‌های طیف‌سنجی NMR چند بعدی، که امکان افزایش اساسی محتوای اطلاعات آزمایش‌های NMR را فراهم کرد، این جایزه را دریافت کرد. در سال 2002، برنده جایزه، همچنین در رشته شیمی، کورت وتریچ بود که با ارنست در ساختمان های همسایه در همان دانشکده فنی کار می کرد. او این جایزه را برای توسعه روش هایی برای تعیین ساختار سه بعدی پروتئین ها در محلول دریافت کرد. قبل از این، تنها روشی که امکان تعیین ترکیب فضایی بیوماکرومولکول های بزرگ را فراهم می کرد، تنها آنالیز پراش اشعه ایکس بود. سرانجام در سال 2003، پل لاتربر آمریکایی و پیتر منسفیلد انگلیسی، جایزه پزشکی را برای اختراع تصویربرداری NMR دریافت کردند. افسوس که کاشف شوروی EPR E.K. Zavoisky جایزه نوبل را دریافت نکرد.

تشدید مغناطیسی هسته ای

تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR) - جذب تشدید یا گسیل انرژی الکترومغناطیسی توسط ماده ای حاوی هسته هایی با اسپین غیر صفر در میدان مغناطیسی خارجی، در فرکانس ν (به نام فرکانس NMR)، به دلیل جهت گیری مجدد گشتاورهای مغناطیسی هسته ها. پدیده تشدید مغناطیسی هسته ای در سال 1938 توسط ایزاک رابی در پرتوهای مولکولی کشف شد و به همین دلیل جایزه نوبل سال 1944 به او اهدا شد. در سال 1946، فلیکس بلوخ و ادوارد میلز پرسل رزونانس مغناطیسی هسته ای در مایعات و جامدات را به دست آوردند (جایزه نوبل 1952). .

هسته های یکسان اتم ها در محیط های مختلف در یک مولکول سیگنال های NMR متفاوتی را نشان می دهند. تفاوت بین چنین سیگنال NMR و سیگنال یک ماده استاندارد، تعیین به اصطلاح شیفت شیمیایی را ممکن می کند که به دلیل ساختار شیمیایی ماده مورد مطالعه است. در تکنیک‌های NMR، فرصت‌های زیادی برای تعیین ساختار شیمیایی مواد، ترکیب‌بندی مولکول‌ها، اثرات تأثیر متقابل و تبدیل‌های درون مولکولی وجود دارد.

توصیف ریاضی گشتاور مغناطیسی هسته mu=y*lgdel- spin of the yar; y - نوار ثابت فرکانس که در آن NMR مشاهده می شود

قطبش شیمیایی هسته ها

هنگامی که برخی از واکنش های شیمیایی در یک میدان مغناطیسی انجام می شود، طیف NMR محصولات واکنش یا به طور غیرعادی جذب بالا یا گسیل رادیویی را نشان می دهد. این واقعیت نشان‌دهنده جمعیت غیرتعادلی سطوح زیمان هسته‌ای در مولکول‌های محصولات واکنش است. ازدیاد جمعیت سطح پایین با جذب غیرعادی همراه است. وارونگی جمعیت (سطح بالا پرجمعیت تر از سطح پایین تر است) منجر به انتشار رادیویی می شود. این پدیده نامیده می شود قطبش شیمیایی هسته ها

در NMR برای تقویت مغناطیس هسته ای استفاده می شود فرکانس های لارمور برخی از هسته های اتمی

هسته	فرکانس لارمور در مگاهرتز در 0.5 تسلا	فرکانس لارمور در مگاهرتز در 1 تسلا	فرکانس لارمور در مگاهرتز در 7.05 تسلا
1 ساعت ( هیدروژن)
²D( دوتریوم)
13 C ( کربن)
23 Na( سدیم)
39 K ( پتاسیم)

فرکانس تشدید پروتون در محدوده است امواج کوتاه(طول موج حدود 7 متر) .

کاربرد NMR

طیف سنجی

طیف سنجی NMR

دستگاه ها

قلب طیف سنج NMR یک آهنربای قدرتمند است. در آزمایشی که توسط Purcell آغاز شد، نمونه ای که در یک آمپول شیشه ای با قطر حدود 5 میلی متر قرار داده شده است، بین قطب های یک آهنربای الکتریکی قوی قرار می گیرد. سپس برای بهبود یکنواختی میدان مغناطیسی، آمپول شروع به چرخش می کند و میدان مغناطیسی وارد بر آن به تدریج افزایش می یابد. یک ژنراتور RF با کیفیت بالا به عنوان منبع تشعشع استفاده می شود. تحت عمل یک میدان مغناطیسی فزاینده، هسته هایی که طیف سنج روی آنها تنظیم می شود شروع به تشدید می کنند. در این حالت، هسته‌های محافظ با فرکانس کمی کمتر از هسته‌های بدون پوسته الکترونی تشدید می‌شوند. جذب انرژی توسط یک پل RF ثبت می شود و سپس توسط یک ضبط کننده نمودار ثبت می شود. فرکانس افزایش می یابد تا زمانی که به حد معینی برسد، که بیش از آن رزونانس غیرممکن است.

از آنجایی که جریان‌هایی که از پل می‌آیند بسیار کوچک هستند، به گرفتن یک طیف محدود نمی‌شوند، بلکه چندین ده عبور می‌کنند. تمام سیگنال های دریافتی در نمودار نهایی خلاصه می شوند که کیفیت آن به نسبت سیگنال به نویز دستگاه بستگی دارد.

در این روش نمونه در معرض تابش فرکانس رادیویی با فرکانس ثابت قرار می گیرد در حالی که قدرت میدان مغناطیسی تغییر می کند، به همین دلیل به آن روش تابش پیوسته (CW، موج پیوسته) نیز می گویند.

روش سنتی طیف سنجی NMR دارای معایب بسیاری است. اول اینکه ساخت هر طیف زمان زیادی می برد. ثانیا، در مورد عدم وجود تداخل خارجی بسیار حساس است و به عنوان یک قاعده، طیف های حاصل نویز قابل توجهی دارند. ثالثاً برای ایجاد طیف سنج های فرکانس بالا (300، 400، 500 و بیشتر مگاهرتز) نامناسب است. بنابراین، در ابزارهای مدرن NMR، از روش به اصطلاح طیف‌سنجی پالسی (PW) بر اساس تبدیل فوریه سیگنال دریافتی استفاده می‌شود. در حال حاضر، تمام طیف سنج های NMR بر اساس آهنرباهای ابررسانای قدرتمند با میدان مغناطیسی ثابت ساخته می شوند.

بر خلاف روش CW، در نسخه پالسی، تحریک هسته ها نه با یک "موج ثابت"، بلکه با کمک یک پالس کوتاه، چند میکروثانیه انجام می شود. دامنه مولفه های فرکانس پالس با افزایش فاصله از ν 0 کاهش می یابد. اما از آنجایی که مطلوب است که همه هسته ها به طور یکسان تابش شوند، لازم است از "پالس های سخت" یعنی پالس های کوتاه با توان بالا استفاده شود. مدت زمان پالس به گونه ای انتخاب می شود که پهنای باند فرکانس یک یا دو مرتبه بزرگتر از عرض طیف باشد. قدرت به چند هزار وات می رسد.

در نتیجه طیف‌سنجی پالسی، یک طیف معمولی با پیک‌های تشدید قابل مشاهده به دست نمی‌آید، بلکه تصویری از نوسانات تشدید میرایی به دست می‌آید که در آن همه سیگنال‌ها از تمام هسته‌های تشدیدکننده مخلوط می‌شوند - به اصطلاح "واپاشی القایی آزاد" (FID, رایگان القاء پوسیدگی). برای تبدیل این طیف از روش های ریاضی استفاده می شود که اصطلاحاً تبدیل فوریه نامیده می شود که طبق آن هر تابعی را می توان به صورت مجموع مجموعه ای از نوسانات هارمونیک نشان داد.

طیف NMR

طیف 1H4-اتوکسی بنزآلدئید. در میدان ضعیف (تک ~ 9.25 ppm) سیگنال پروتون گروه آلدهید، در میدان قوی (سه گانه ~ 1.85-2 ppm) - پروتون گروه متیل اتوکسی.

برای تجزیه و تحلیل کیفی با استفاده از NMR، از تجزیه و تحلیل طیفی بر اساس چنین ویژگی های قابل توجه این روش استفاده می شود:

سیگنال های هسته اتم های موجود در گروه های عاملی خاص در مناطق کاملاً تعریف شده طیف قرار دارند.

مساحت انتگرال محدود شده توسط پیک کاملاً متناسب با تعداد اتم های تشدید کننده است.

هسته هایی که از طریق پیوندهای 1-4 قرار دارند قادر به تولید سیگنال های چندگانه در نتیجه به اصطلاح هستند. روی یکدیگر تقسیم می شود

موقعیت سیگنال در طیف های NMR با تغییر شیمیایی آنها نسبت به سیگنال مرجع مشخص می شود. به عنوان دومی در 1H و 13 C NMR، تترمتیل سیلان Si(CH3)4 (TMS) استفاده می شود. واحد شیفت شیمیایی قسمت در میلیون (ppm) فرکانس ابزار است. اگر سیگنال TMS را 0 در نظر بگیریم و تغییر سیگنال به میدان ضعیف را به عنوان یک شیفت شیمیایی مثبت در نظر بگیریم، به اصطلاح مقیاس δ را به دست خواهیم آورد. اگر رزونانس تترمتیل سیلان برابر با 10 ppm باشد و علائم را معکوس کنید، سپس مقیاس حاصل مقیاس τ خواهد بود که در حال حاضر عملاً استفاده نمی شود. اگر طیف یک ماده برای تفسیر آنقدر پیچیده باشد، می‌توان از روش‌های شیمیایی کوانتومی برای محاسبه ثابت‌های غربالگری استفاده کرد و سیگنال‌ها را بر اساس آنها به هم مرتبط کرد.

اینتروسکوپی NMR

پدیده تشدید مغناطیسی هسته ای نه تنها در فیزیک و شیمی، بلکه در پزشکی نیز قابل استفاده است: بدن انسان ترکیبی از تمام مولکول های آلی و معدنی یکسان است.

برای مشاهده این پدیده، یک جسم در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار می گیرد و در معرض فرکانس رادیویی و میدان مغناطیسی گرادیان قرار می گیرد. در القای اطراف جسم مورد مطالعه، یک نیروی الکتروموتور متناوب (EMF) بوجود می‌آید که طیف دامنه فرکانس آن و ویژگی‌های انتقال زمانی حاوی اطلاعاتی در مورد چگالی فضایی هسته‌های اتمی در حال تشدید و همچنین سایر پارامترهای خاص هستند. برای تشدید مغناطیسی هسته ای پردازش رایانه ای این اطلاعات تصویری سه بعدی را تشکیل می دهد که چگالی هسته های شیمیایی معادل، زمان آرامش رزونانس مغناطیسی هسته ای، توزیع نرخ جریان سیال، انتشار مولکول ها و فرآیندهای بیوشیمیایی متابولیسم در بافت های زنده را مشخص می کند.

ماهیت اینتروسکوپی NMR (یا تصویربرداری تشدید مغناطیسی) در واقع شامل اجرای نوع خاصی از تجزیه و تحلیل کمی دامنه سیگنال رزونانس مغناطیسی هسته ای است. در طیف‌سنجی NMR معمولی، هدف تحقق بهترین وضوح ممکن خطوط طیفی است. برای انجام این کار، سیستم های مغناطیسی به گونه ای تنظیم می شوند که بهترین یکنواختی میدان ممکن را در نمونه ایجاد کنند. در روش‌های درون‌سنجی NMR، برعکس، میدان مغناطیسی آشکارا ناهمگن ایجاد می‌شود. پس دلیلی وجود دارد که انتظار داشته باشیم فرکانس رزونانس مغناطیسی هسته ای در هر نقطه از نمونه مقدار خاص خود را داشته باشد که با مقادیر سایر قسمت ها متفاوت است. با تعیین مقداری کد برای درجه‌بندی دامنه سیگنال NMR (روشنایی یا رنگ در صفحه نمایش)، می‌توان یک تصویر مشروط (توموگرام) از بخش‌های ساختار داخلی جسم به دست آورد.

اینتروسکوپی NMR، توموگرافی NMR برای اولین بار در جهان در سال 1960 توسط V. A. Ivanov اختراع شد. درخواست یک اختراع (روش و دستگاه) توسط یک کارشناس ناتوان "... به دلیل بیهودگی ظاهری راه حل پیشنهادی" رد شد، بنابراین، گواهی حق چاپ برای این امر تنها پس از بیش از 10 سال صادر شد. بنابراین، رسماً به رسمیت شناخته شده است که نویسنده تصویربرداری NMR تیم برندگان جایزه نوبل ذکر شده در زیر نیست، بلکه یک دانشمند روسی است. علیرغم این واقعیت قانونی، جایزه نوبل برای توموگرافی MRI به هیچ وجه به V. A. Ivanov تعلق گرفت.

تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR) ایمن ترین روش تشخیصی است

با تشکر

این سایت اطلاعات مرجع را فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه می دهد. تشخیص و درمان بیماری ها باید زیر نظر پزشک متخصص انجام شود. همه داروها منع مصرف دارند. مشاوره تخصصی لازم است!

اطلاعات کلی

پدیده تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR)در سال 1938 توسط خاخام آیزاک کشف شد. این پدیده بر اساس وجود خواص مغناطیسی در هسته اتم ها است. تنها در سال 2003 بود که روشی برای استفاده از این پدیده برای اهداف تشخیصی در پزشکی ابداع شد. برای این اختراع، نویسندگان آن جایزه نوبل را دریافت کردند. در طیف سنجی، بدن مورد مطالعه ( یعنی بدن بیمار) در یک میدان الکترومغناطیسی قرار می گیرد و با امواج رادیویی تابش می شود. این یک روش کاملاً ایمن است بر خلاف، برای مثال، توموگرافی کامپیوتری) که از وضوح و حساسیت بسیار بالایی برخوردار است.

کاربرد در اقتصاد و علم

1. در شیمی و فیزیک، برای شناسایی مواد شرکت کننده در واکنش و همچنین نتایج نهایی واکنش ها،
2. در فارماکولوژی برای تولید داروها،
3. در کشاورزی برای تعیین ترکیب شیمیایی دانه و آمادگی برای کاشت ( در پرورش گونه های جدید بسیار مفید است),
4. در پزشکی - برای تشخیص. روشی بسیار آموزنده برای تشخیص بیماری های ستون فقرات به ویژه دیسک های بین مهره ای. این امکان را فراهم می کند تا حتی کوچکترین نقض یکپارچگی دیسک را شناسایی کنید. تومورهای سرطانی را در مراحل اولیه تشکیل تشخیص می دهد.

ماهیت روش

روش تشدید مغناطیسی هسته ای مبتنی بر این واقعیت است که در لحظه ای که بدن در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی تنظیم شده است ( 10000 برابر قویتر از میدان مغناطیسی سیاره مامولکول های آب موجود در تمام سلول های بدن زنجیره هایی موازی با جهت میدان مغناطیسی تشکیل می دهند.

اگر جهت میدان ناگهان تغییر کند، مولکول آب ذره ای الکتریسیته آزاد می کند. این شارژها هستند که توسط سنسورهای دستگاه ثبت شده و توسط کامپیوتر آنالیز می شوند. با توجه به شدت غلظت آب در سلول ها، کامپیوتر مدلی از اندام یا بخشی از بدن که در حال مطالعه است ایجاد می کند.

در خروجی، پزشک یک تصویر تک رنگ دارد که بر روی آن می توانید بخش های نازکی از اندام را با جزئیات زیاد ببینید. از نظر محتوای اطلاعاتی، این روش به طور قابل توجهی از توموگرافی کامپیوتری فراتر می رود. گاهی اوقات حتی جزئیات بیشتری در مورد عضو مورد مطالعه از آنچه برای تشخیص لازم است وجود دارد.

انواع طیف سنجی تشدید مغناطیسی

• مایعات بیولوژیکی،
• اعضای داخلی.

این تکنیک امکان بررسی دقیق تمام بافت های بدن انسان از جمله آب را فراهم می کند. هر چه بافت‌ها مایع بیشتری داشته باشند، در تصویر روشن‌تر و روشن‌تر هستند. استخوان هایی که در آنها آب کمی وجود دارد، به صورت تاریک به تصویر کشیده شده اند. بنابراین، در تشخیص بیماری های استخوان، توموگرافی کامپیوتری اطلاعات بیشتری دارد.

تکنیک پرفیوژن رزونانس مغناطیسی امکان کنترل حرکت خون از طریق بافت های کبد و مغز را فراهم می کند.

امروزه از این نام بیشتر در پزشکی استفاده می شود. ام آر آی (تصویربرداری رزونانس مغناطیسی ) از آنجایی که ذکر واکنش هسته ای در عنوان باعث ترس بیماران می شود.

نشانه ها

1. بیماری های مغزی،
2. مطالعات عملکرد نواحی مغز،
3. بیماری های مفصلی،
4. بیماری های ستون فقرات،
5. بیماری های اندام های داخلی حفره شکمی،
6. بیماری های دستگاه ادراری و تولید مثل،
7. بیماری های مدیاستن و قلب،
8. بیماری های عروقی.

موارد منع مصرف

موارد منع مطلق:
1. ضربان ساز،
2. پروتزهای الکترونیکی یا فرومغناطیسی گوش میانی،
3. دستگاه های فرومغناطیسی ایلیزاروف،
4. پروتزهای داخلی فلزی بزرگ،
5. گیره های هموستاتیک عروق مغزی.

موارد منع نسبی:
1. محرک های سیستم عصبی،
2. پمپ های انسولین،
3. انواع دیگر پروتزهای گوش داخلی،
4. دریچه های مصنوعی قلب،
5. گیره های هموستاتیک روی سایر اندام ها،
6. بارداری ( باید نظر متخصص زنان را بگیرید),
7. نارسایی قلبی در مرحله جبران،
8. کلاستروفوبیا ( ترس از فضای بسته).

آمادگی برای مطالعه

آماده سازی ویژه فقط برای بیمارانی که برای معاینه اندام های داخلی مراجعه می کنند مورد نیاز است. دستگاه ادراری و گوارشی): پنج ساعت قبل از عمل نباید غذا بخورید.
اگر سر در حال بررسی است، به جنس منصف توصیه می شود که آرایش را پاک کنند، زیرا مواد موجود در لوازم آرایشی ( به عنوان مثال در سایه چشم) ممکن است بر نتیجه تأثیر بگذارد. تمام جواهرات فلزی باید حذف شوند.
گاهی اوقات کارکنان پزشکی بیمار را با یک فلزیاب قابل حمل بررسی می کنند.

تحقیق چگونه انجام می شود؟

قبل از شروع مطالعه، هر بیمار پرسشنامه ای را پر می کند که به شناسایی موارد منع مصرف کمک می کند.

این دستگاه یک لوله عریض است که بیمار در حالت افقی درون آن قرار می گیرد. بیمار باید کاملاً ثابت بماند، در غیر این صورت تصویر به اندازه کافی واضح نخواهد بود. داخل لوله تاریک نیست و تهویه اجباری وجود دارد، بنابراین شرایط برای عمل کاملا راحت است. برخی از تاسیسات زمزمه قابل توجهی تولید می کنند، سپس هدفون های جاذب سر و صدا روی فرد مورد معاینه قرار می گیرد.

مدت زمان آزمون می تواند از 15 دقیقه تا 60 دقیقه باشد.
در برخی از مراکز درمانی مجاز است اتاقی که معاینه در آن انجام می شود همراه با بیمار بستگان یا همراه وی باشد. اگر منع مصرف نداشته باشد).

در برخی از مراکز درمانی، متخصص بیهوشی داروهای آرامبخش تجویز می کند. تحمل این روش در این مورد بسیار آسان‌تر است، به‌ویژه برای بیمارانی که از کلاستروفوبیا رنج می‌برند، کودکان کوچک یا بیمارانی که به دلایلی بی‌حرکت بودن برایشان مشکل است. بیمار در حالت خواب درمانی فرو می رود و آرام و هوشیار از آن خارج می شود. داروهای مورد استفاده به سرعت از بدن دفع می شوند و برای بیمار بی خطر هستند.

نتیجه معاینه ظرف 30 دقیقه پس از پایان عمل آماده می شود. نتیجه در قالب یک DVD، گزارش پزشک و تصاویر صادر می شود.

استفاده از ماده حاجب در MRI

اغلب، این روش بدون استفاده از کنتراست انجام می شود. با این حال، در برخی موارد ضروری است برای معاینه عروق). در این حالت ماده حاجب با استفاده از کاتتر به صورت داخل وریدی تزریق می شود. این روش مشابه هر تزریق داخل وریدی است. برای این نوع تحقیقات از مواد خاصی استفاده می شود - پارامغناطیس ها. اینها مواد مغناطیسی ضعیفی هستند که ذرات آنها در یک میدان مغناطیسی خارجی به موازات خطوط میدان مغناطیسی می شوند.

موارد منع مصرف ماده حاجب:

• بارداری،
• عدم تحمل فردی به اجزای ماده حاجب که قبلاً شناسایی شده است.

معاینه عروق (آنژیوگرافی رزونانس مغناطیسی)

با استفاده از این روش می توانید هم وضعیت شبکه گردش خون و هم حرکت خون را در رگ ها کنترل کنید.
با وجود این واقعیت که این روش امکان "دیدن" عروق را بدون ماده کنتراست فراهم می کند، با استفاده از آن تصویر بصری تر است.
نصب 4 بعدی ویژه امکان پیگیری حرکت خون را تقریباً در زمان واقعی فراهم می کند.

نشانه ها:

• نقص مادرزادی قلب،
• آنوریسم، تشریح آن،
• تنگی عروق،

تحقیق مغز

این یک مطالعه مغزی است که از پرتوهای رادیواکتیو استفاده نمی کند. این روش به شما امکان می دهد استخوان های جمجمه را ببینید، اما بافت های نرم را می توان با جزئیات بیشتری بررسی کرد. یک روش تشخیصی عالی در جراحی مغز و اعصاب و همچنین مغز و اعصاب. تشخیص عواقب کبودی ها و ضربه های مغزی مزمن، سکته مغزی و همچنین نئوپلاسم ها را ممکن می سازد.
معمولاً برای شرایط میگرن مانند با علت ناشناخته، اختلال در هوشیاری، نئوپلاسم ها، هماتوم ها، اختلال در هماهنگی تجویز می شود.

با MRI مغز موارد زیر بررسی می شود:

• عروق اصلی گردن،
• رگ های خونی که مغز را تغذیه می کنند
• بافت مغز،
• مدارهای چشمی،
• بخش های عمیق تر مغز مخچه، غده صنوبری، غده هیپوفیز، تقسیمات مستطیلی و میانی).

NMR عملکردی

این تشخیص مبتنی بر این واقعیت است که وقتی هر بخشی از مغز که مسئول عملکرد خاصی است فعال می شود، گردش خون در این ناحیه افزایش می یابد.
به فرد معاینه شده وظایف مختلفی داده می شود و در حین اجرای آنها، گردش خون در قسمت های مختلف مغز ثبت می شود. داده های به دست آمده در طول آزمایش با توموگرام به دست آمده در طول دوره استراحت مقایسه می شود.

معاینه ستون فقرات

این روش برای بررسی پایانه های عصبی، ماهیچه ها، مغز استخوان و رباط ها و همچنین دیسک های بین مهره ای عالی است. اما با شکستگی ستون فقرات یا نیاز به مطالعه ساختارهای استخوانی، تا حدودی نسبت به توموگرافی کامپیوتری پایین‌تر است.

شما می توانید کل ستون فقرات را بررسی کنید، یا فقط می توانید بخش مزاحم را بررسی کنید: گردن رحم، قفسه سینه، لومبوساکرال و همچنین دنبالچه را به طور جداگانه بررسی کنید. بنابراین، هنگام بررسی ناحیه گردن، آسیب شناسی رگ های خونی و مهره ها را می توان تشخیص داد که بر جریان خون به مغز تأثیر می گذارد.
هنگام معاینه ناحیه کمر، می توان فتق های بین مهره ای، سنبله های استخوان و غضروف و همچنین اعصاب را تحت فشار قرار داد.

نشانه ها:

• تغییر در شکل دیسک های بین مهره ای، از جمله فتق،
• صدمات کمر و ستون فقرات
• استئوکندروز، فرآیندهای دیستروفیک و التهابی در استخوان ها،
• نئوپلاسم ها

معاینه نخاع

همزمان با معاینه ستون فقرات انجام می شود.

نشانه ها:

• احتمال نئوپلاسم های نخاعی، ضایعه کانونی،
• برای کنترل پر شدن حفره های مایع مغزی نخاعی نخاع،
• کیست ستون فقرات،
• برای کنترل بهبودی پس از جراحی،
• با احتمال ابتلا به بیماری های نخاعی.

مطالعه مشترک

این روش تحقیقاتی برای بررسی وضعیت بافت های نرم تشکیل دهنده مفصل بسیار موثر است.

برای تشخیص استفاده می شود:

• آرتریت مزمن،
• آسیب های تاندون، ماهیچه و رباط ( به ویژه در پزشکی ورزشی استفاده می شود),
• شکستگی،
• نئوپلاسم های بافت نرم و استخوان ها،
• آسیبی که با سایر روش های تشخیصی تشخیص داده نمی شود.

اعمال می شود برای:

• بررسی مفاصل ران از نظر استئومیلیت، نکروز سر استخوان ران، شکستگی استرس، آرتریت سپتیک،
• معاینه مفاصل زانو با شکستگی استرس، نقض یکپارچگی برخی از اجزای داخلی ( منیسک، غضروف),
• معاینه مفصل شانه در صورت دررفتگی، گرفتگی اعصاب، پارگی کپسول مفصلی،
• معاینه مفصل مچ دست با عدم ثبات، شکستگی های متعدد، انقباض عصب مدیان، آسیب به رباط ها.

معاینه مفصل گیجگاهی فکی

برای تعیین علل نقض در عملکرد مفصل تجویز می شود. این مطالعه به طور کامل وضعیت غضروف و ماهیچه ها را نشان می دهد و امکان تشخیص دررفتگی ها را فراهم می کند. همچنین قبل از اعمال ارتودنسی یا ارتوپدی استفاده می شود.

نشانه ها:

• از دست دادن تحرک فک پایین
• کلیک هنگام باز کردن - بستن دهان،
• درد در شقیقه هنگام باز کردن - بسته شدن دهان،
• درد هنگام کاوش ماهیچه های جونده،
• درد در عضلات گردن و سر.

بررسی اندام های داخلی حفره شکم

معاینه پانکراس و کبد برای موارد زیر تجویز می شود:

• زردی غیر عفونی،
• احتمال نئوپلاسم کبد، دژنراسیون، آبسه، کیست، سیروز،
• به عنوان کنترلی بر دوره درمان،
• برای شکستگی های تروماتیک
• سنگ در کیسه صفرا یا مجاری صفراوی
• پانکراتیت به هر شکلی،
• احتمال نئوپلاسم ها
• ایسکمی پارانشیم.

این روش به شما امکان می دهد کیست های پانکراس را شناسایی کنید، وضعیت مجاری صفراوی را بررسی کنید. هر شکلی که مجاری را مسدود کند آشکار می شود.

آزمایش کلیه برای موارد زیر نشان داده شده است:

• مشکوک به نئوپلاسم
• بیماری های اندام ها و بافت های واقع در نزدیکی کلیه ها،
• احتمال نقض تشکیل اندام های ادراری،
• در صورت عدم امکان انجام اوروگرافی دفعی.

قبل از معاینه اندام های داخلی با روش رزونانس مغناطیسی هسته ای، لازم است یک معاینه اولتراسوند انجام شود.

تحقیق در مورد بیماری های دستگاه تناسلی

معاینه لگن برای موارد زیر تجویز می شود:

• احتمال نئوپلاسم رحم، مثانه، پروستات،
• صدمه،
• نئوپلاسم های لگن کوچک برای تشخیص متاستازها،
• درد در ناحیه ساکروم،
• وزیکولیت،
• برای بررسی وضعیت غدد لنفاوی.

در مورد سرطان پروستات، این معاینه برای تشخیص گسترش نئوپلاسم به اندام های مجاور تجویز می شود.

یک ساعت قبل از مطالعه، ادرار کردن نامطلوب است، زیرا اگر مثانه تا حدودی پر باشد، تصویر آموزنده تر خواهد بود.

تحقیق در دوران بارداری

با وجود اینکه این روش تحقیقاتی بسیار ایمن تر از اشعه ایکس یا توموگرافی کامپیوتری است، استفاده از آن در سه ماهه اول بارداری اکیداً مجاز نیست.
در سه ماهه دوم و سوم این روش ها، روش فقط به دلایل بهداشتی تجویز می شود. خطر این روش برای بدن یک زن باردار در این واقعیت است که در طول عمل برخی از بافت ها گرم می شوند که می تواند باعث تغییرات ناخواسته در شکل گیری جنین شود.
اما استفاده از ماده حاجب در دوران بارداری در هر مرحله از بارداری اکیدا ممنوع است.

اقدامات پیشگیرانه

1. برخی از تاسیسات NMR به شکل یک لوله بسته ساخته می شوند. افرادی که از ترس از فضاهای بسته رنج می برند ممکن است دچار حمله شوند. بنابراین، بهتر است از قبل بپرسید که این روند چگونه پیش خواهد رفت. تاسیسات باز وجود دارد. آنها اتاقی شبیه اتاق اشعه ایکس هستند، اما چنین نصبی نادر است.

2. ورود به اتاقی که دستگاه در آن قرار دارد با اشیاء فلزی و وسایل الکترونیکی ممنوع است ( به عنوان مثال ساعت، جواهرات، کلیداز آنجایی که در یک میدان مغناطیسی قوی، دستگاه های الکترونیکی می توانند شکسته شوند و اجسام فلزی کوچک پراکنده شوند. در عین حال، داده های نظرسنجی کاملاً صحیح به دست نخواهد آمد.

قبل از استفاده، باید با یک متخصص مشورت کنید.

محتوای مقاله

تشدید مغناطیسی،جذب تشدید (انتخابی) تابش فرکانس رادیویی توسط ذرات اتمی خاصی که در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار می گیرند. بیشتر ذرات بنیادی، مانند بالا، حول محور خود می چرخند. اگر یک ذره بار الکتریکی داشته باشد، وقتی می چرخد، میدان مغناطیسی ایجاد می شود، یعنی. مانند یک آهنربای کوچک رفتار می کند. هنگامی که این آهنربا با یک میدان مغناطیسی خارجی برهمکنش می‌کند، پدیده‌هایی رخ می‌دهند که به دست آوردن اطلاعاتی درباره هسته‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌ها که شامل این ذره بنیادی می‌شود، ممکن می‌سازد. روش تشدید مغناطیسی یک ابزار تحقیقاتی جهانی است که در زمینه های مختلف علوم مانند زیست شناسی، شیمی، زمین شناسی و فیزیک استفاده می شود. دو نوع اصلی تشدید مغناطیسی وجود دارد: رزونانس پارامغناطیسی الکترون و رزونانس مغناطیسی هسته ای.

رزونانس پارامغناطیس الکترونی (EPR).

تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR).

NMR در سال 1946 توسط فیزیکدانان آمریکایی E. Purcell و F. Bloch کشف شد. آنها با کار مستقل از یکدیگر، راهی برای "تنظیم" رزونانسی در میدان های مغناطیسی چرخش های خود هسته های برخی اتم ها، مانند هیدروژن و یکی از ایزوتوپ های کربن پیدا کردند. وقتی نمونه‌ای حاوی چنین هسته‌هایی در یک میدان مغناطیسی قوی قرار می‌گیرد، گشتاورهای هسته‌ای آن‌ها مانند براده‌های آهن در نزدیکی یک آهنربای دائمی «صفحه می‌شوند». این جهت گیری کلی می تواند توسط یک سیگنال RF مختل شود. هنگامی که سیگنال خاموش می شود، گشتاورهای هسته ای به حالت اولیه خود باز می گردند و سرعت چنین بازیابی به حالت انرژی آنها، نوع هسته های اطراف و تعدادی عوامل دیگر بستگی دارد. این انتقال با انتشار یک سیگنال فرکانس رادیویی همراه است. سیگنال به رایانه ای ارسال می شود که آن را پردازش می کند. از این طریق (روش توموگرافی کامپیوتری NMR) می توان تصاویری به دست آورد. (وقتی میدان مغناطیسی خارجی در مراحل کوچک تغییر می کند، اثر یک تصویر سه بعدی حاصل می شود.) روش NMR کنتراست بالایی از بافت های نرم مختلف در تصویر ارائه می دهد که برای شناسایی سلول های بیمار در پس زمینه بسیار مهم است. از افراد سالم توموگرافی NMR ایمن تر از اشعه ایکس در نظر گرفته می شود، زیرا هیچ گونه تخریب یا تحریک بافتی ایجاد نمی کند.

طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای

NMR قوی ترین و آموزنده ترین روش برای مطالعه مولکول ها است. به طور دقیق، این یک روش نیست، بلکه تعداد زیادی از انواع مختلف آزمایش، به عنوان مثال، توالی پالس است. اگرچه همه آنها بر اساس پدیده NMR هستند، هر یک از این آزمایش ها برای به دست آوردن برخی اطلاعات خاص طراحی شده اند. تعداد این آزمایش‌ها با ده‌ها، اگر نه صدها، اندازه‌گیری می‌شود. از نظر تئوری، NMR می تواند، اگر نه همه چیز، تقریباً همه چیزهایی را که تمام روش های تجربی دیگر برای مطالعه ساختار و دینامیک مولکول ها می توانند انجام دهند، اگرچه در عمل، البته، همیشه امکان پذیر نیست. یکی از مزیت های اصلی NMR این است که از یک طرف کاوشگرهای طبیعی آن یعنی هسته های مغناطیسی در سرتاسر مولکول پراکنده شده اند و از طرف دیگر تشخیص این هسته ها از یکدیگر و به دست آوردن امکان پذیر است. داده های انتخابی مکانی در مورد خواص مولکول. تقریباً همه روش‌های دیگر اطلاعاتی را به صورت میانگین در کل مولکول یا فقط در مورد یکی از بخش‌های آن ارائه می‌کنند.

دو عیب اصلی NMR وجود دارد. اولاً، این حساسیت در مقایسه با اکثر روش‌های تجربی دیگر (طیف‌سنجی نوری، فلورسانس، EPR و غیره) کم است. این منجر به این واقعیت می شود که برای میانگین نویز، سیگنال باید برای مدت طولانی انباشته شود. در برخی موارد، آزمایش NMR را می توان حتی برای چند هفته انجام داد. ثانیاً هزینه بالای آن است. طیف‌سنج‌های NMR یکی از گران‌ترین ابزارهای علمی هستند که حداقل صدها هزار دلار قیمت دارند و گران‌ترین طیف‌سنج‌ها چندین میلیون قیمت دارند. همه آزمایشگاه ها، به ویژه در روسیه، توانایی پرداخت چنین تجهیزات علمی را ندارند.

کاربرد NMR

کاربرد طیف سنجی NMR. طیف سنجی NMR به روش های غیر مخرب آنالیز اشاره دارد. طیف سنجی NMR فوریه پالسی مدرن امکان تجزیه و تحلیل 80 هسته مغناطیسی را فراهم می کند. طیف‌سنجی NMR یکی از اصلی‌ترین روش‌های فیزیکوشیمیایی آنالیز است؛ داده‌های آن برای شناسایی بدون ابهام هم محصولات میانی واکنش‌های شیمیایی و هم محصولات هدف استفاده می‌شود. علاوه بر تخصیص ساختاری و تجزیه و تحلیل کمی، طیف‌سنجی NMR اطلاعاتی در مورد تعادل ساختاری، انتشار اتم‌ها و مولکول‌ها در جامدات، حرکات داخلی، پیوندهای هیدروژنی و ارتباط در مایعات، توتومریسم، فلزات و پروتوتروپی، ترتیب و توزیع پیوندها در زنجیره‌های پلیمری ارائه می‌کند. ساختار الکترونیکی کریستال‌های یونی، کریستال‌های مایع، و غیره. طیف‌سنجی NMR منبع اطلاعاتی در مورد ساختار پلیمرهای زیستی، از جمله مولکول‌های پروتئین در محلول‌ها است که از نظر قابلیت اطمینان با داده‌های آنالیز اشعه ایکس قابل مقایسه است. در دهه 80. معرفی سریع روش های طیف سنجی و توموگرافی NMR در پزشکی برای تشخیص بیماری های پیچیده و در معاینه پزشکی پیشگیرانه جمعیت آغاز شد. تعداد و موقعیت خطوط در طیف های NMR به طور واضح همه بخش های نفت خام، لاستیک های مصنوعی، پلاستیک، تخته سنگ، زغال سنگ، داروها، داروها، مواد شیمیایی و دارویی و غیره را مشخص می کند. شدت و عرض خط NMR از آب یا نفت باعث می شود. اندازه گیری رطوبت و میزان روغن با دقت بالا دانه ها، حفظ غلات امکان پذیر است. هنگام جداسازی از سیگنال های آب، امکان ثبت محتوای گلوتن در هر دانه وجود دارد که مانند تجزیه و تحلیل محتوای روغن، امکان انتخاب سریع محصولات کشاورزی را فراهم می کند. فرهنگ ها استفاده از میدان های مغناطیسی قوی تر (تا 14 T در دستگاه های سریال و تا 19 T در تنظیمات آزمایشی) امکان تعیین کامل ساختار مولکول های پروتئین در محلول ها، تجزیه و تحلیل بیان مایعات بیولوژیکی (غلظت متابولیت های درون زا در خون) را ممکن می سازد. ، ادرار، لنف، مایع مغزی نخاعی)، کنترل کیفیت مواد پلیمری جدید. در این مورد، انواع متعددی از تکنیک های طیف سنجی فوریه چند کوانتومی و چند بعدی استفاده می شود.