1. Ilmiön ydin

   Ensinnäkin on huomattava, että vaikka sana "ydin" esiintyy tämän ilmiön nimessä, NMR:llä ei ole mitään tekemistä ydinfysiikan eikä radioaktiivisuuden kanssa. Jos puhumme tiukasta kuvauksesta, ei voi tulla toimeen ilman kvanttimekaniikan lakeja. Näiden lakien mukaan magneettisydämen ja ulkoisen magneettikentän vuorovaikutusenergia voi ottaa vain muutaman erillisen arvon. Jos magneettiytimiä säteilytetään vaihtuvalla magneettikentällä, jonka taajuus vastaa näiden erillisten energiatasojen välistä eroa taajuusyksiköissä ilmaistuna, niin magneettiytimet alkavat liikkua tasolta toiselle samalla, kun ne absorboivat vuorottelun energiaa. ala. Tämä on magneettiresonanssin ilmiö. Tämä selitys on muodollisesti oikea, mutta ei kovin selkeä. On toinenkin selitys, ilman kvanttimekaniikkaa. Magneettiydintä voidaan pitää sähköisesti varautuneena pallona, ​​joka pyörii akselinsa ympäri (vaikkakaan tarkalleen ottaen näin ei ole). Sähködynamiikan lakien mukaan varauksen pyöriminen johtaa magneettikentän, eli ytimen magneettisen momentin, ilmaantumiseen, joka on suunnattu pyörimisakselia pitkin. Jos tämä magneettinen momentti sijoitetaan jatkuvaan ulkoiseen kenttään, tämän hetken vektori alkaa precessoida, eli pyöriä ulkoisen kentän suunnan ympäri. Samalla tavalla pyörivän pyörän akseli kulkee (pyörii) pystysuoran ympäri, jos sitä ei kelaa tiukasti pystysuunnassa, vaan tietyssä kulmassa. Tässä tapauksessa gravitaatiovoimalla on magneettikentän rooli.

   Precessiotaajuuden määrää sekä ytimen ominaisuudet että magneettikentän voimakkuus: mitä voimakkaampi kenttä, sitä suurempi taajuus. Sitten, jos jatkuvan ulkoisen magneettikentän lisäksi ytimeen vaikuttaa vaihtuva magneettikenttä, niin ydin alkaa olla vuorovaikutuksessa tämän kentän kanssa - se ikään kuin heilauttaa ydintä voimakkaammin, precession amplitudi kasvaa ja ydin absorboi vaihtokentän energiaa. Tämä tapahtuu kuitenkin vain resonanssin ehdolla, ts. precessiotaajuuden ja ulkoisen vaihtokentän taajuuden yhteensattuessa. Se näyttää klassiselta esimerkiltä lukion fysiikasta - sotilaat marssivat sillan yli. Jos askeltaajuus on sama kuin sillan luonnollinen taajuus, silta heilahtelee yhä enemmän. Kokeellisesti tämä ilmiö ilmenee vaihtelevan kentän absorption riippuvuudesta sen taajuudesta. Resonanssihetkellä absorptio kasvaa jyrkästi, ja yksinkertaisin magneettiresonanssispektri näyttää tältä:

   

2. Fourier-spektroskopia

   Ensimmäiset NMR-spektrometrit toimivat täsmälleen kuten edellä on kuvattu - näyte asetettiin jatkuvaan magneettikenttään ja siihen kohdistettiin jatkuvasti RF-säteilyä. Sitten joko vaihtokentän taajuus tai jatkuvan magneettikentän intensiteetti muuttui tasaisesti. Vaihtuvan kentän energian absorptio tallennettiin radiotaajuussillalla, jonka signaali lähetettiin tallentimeen tai oskilloskooppiin. Mutta tätä signaalin rekisteröintimenetelmää ei ole käytetty pitkään aikaan. Nykyaikaisissa NMR-spektrometreissä spektri tallennetaan käyttämällä pulsseja. Ytimen magneettiset momentit viritetään lyhyellä voimakkaalla pulssilla, jonka jälkeen tallennetaan signaali, joka indusoituu RF-kelaan vapaasti precessoivilla magneettimomenteilla. Tämä signaali pienenee vähitellen nollaan, kun magneettiset momentit palaavat tasapainoon (tätä prosessia kutsutaan magneettirelaksaatioksi). NMR-spektri saadaan tästä signaalista Fourier-muunnoksen avulla. Tämä on tavallinen matemaattinen menettely, jonka avulla voit hajottaa minkä tahansa signaalin taajuusharmonisteiksi ja siten saada tämän signaalin taajuusspektrin. Tämän spektrin tallennusmenetelmän avulla voit vähentää merkittävästi melutasoa ja suorittaa kokeita paljon nopeammin.

   

   Yksi virityspulssi spektrin tallentamiseksi on yksinkertaisin NMR-koe. Kokeessa voi kuitenkin olla monia tällaisia ​​pulsseja, eripituisia, amplitudisia, eri viiveillä jne., riippuen siitä, millaisia ​​manipulaatioita tutkija tarvitsee ydinmagneettisten momenttien järjestelmällä. Kuitenkin melkein kaikki nämä pulssisekvenssit päättyvät samaan asiaan - vapaan precessiosignaalin tallentamiseen, jota seuraa Fourier-muunnos.

3. Magneettiset vuorovaikutukset aineessa

   Magneettiresonanssi sinänsä ei olisi vain mielenkiintoinen fysikaalinen ilmiö, ellei se olisi ytimien magneettista vuorovaikutusta keskenään ja molekyylin elektronikuoren kanssa. Nämä vuorovaikutukset vaikuttavat resonanssiparametreihin, ja niiden avulla NMR:llä voidaan saada monenlaista tietoa molekyylien ominaisuuksista - niiden orientaatiosta, tilarakenteesta (konformaatiosta), molekyylien välisistä vuorovaikutuksista, kemiallisesta vaihdosta, rotaatio- ja translaatiodynamiikasta. Tämän ansiosta NMR:stä on tullut erittäin tehokas työkalu aineiden tutkimiseen molekyylitasolla, jota käytetään laajalti paitsi fysiikassa, myös pääasiassa kemiassa ja molekyylibiologiassa. Esimerkki yhdestä näistä vuorovaikutuksista on niin kutsuttu kemiallinen siirtymä. Sen olemus on seuraava: molekyylin elektronikuori reagoi ulkoiseen magneettikenttään ja yrittää suojata sitä - magneettikentän osittainen suojaus tapahtuu kaikissa diamagneettisissa aineissa. Tämä tarkoittaa, että molekyylin magneettikenttä eroaa ulkoisesta magneettikentästä hyvin vähän, jota kutsutaan kemialliseksi siirtymäksi. Kuitenkin elektronikuoren ominaisuudet molekyylin eri osissa ovat erilaisia, ja myös kemiallinen siirtymä on erilainen. Vastaavasti ytimien resonanssiolosuhteet molekyylin eri osissa ovat myös erilaisia. Tämä mahdollistaa kemiallisesti ei-ekvivalenttien ytimien erottamisen spektristä. Esimerkiksi, jos otamme puhtaan veden vetyytimien (protonien) spektrin, siinä on vain yksi viiva, koska molemmat protonit H2O-molekyylissä ovat täsmälleen samat. Mutta metyylialkoholille CH 3 OH on jo kaksi viivaa spektrissä (jos muut magneettiset vuorovaikutukset jätetään huomiotta), koska protoneja on kahden tyyppisiä - metyyliryhmän CH 3 protoneja ja happiatomiin liittyvää protonia. Kun molekyylit monimutkaistuvat, viivojen määrä kasvaa, ja jos otamme niin suuren ja monimutkaisen molekyylin proteiiniksi, niin tässä tapauksessa spektri näyttää tältä:

   

4. Magneettiset ytimet

   NMR voidaan havaita eri ytimissä, mutta on sanottava, että kaikilla ytimillä ei ole magneettista momenttia. Usein käy niin, että joillakin isotoopeilla on magneettinen momentti, kun taas muilla saman ytimen isotoopeilla ei ole. Kaikkiaan eri kemiallisia alkuaineita, joissa on magneettisia ytimiä, on yli sata isotooppia, mutta tutkimuksessa käytetään yleensä enintään 1520 magneettista ydintä, kaikki muu on eksoottista. Jokaisella ytimellä on oma tyypillinen magneettikentän ja precessiotaajuuden suhde, jota kutsutaan gyromagneettiseksi suhteeksi. Kaikille ytimille nämä suhteet tunnetaan. Niitä käyttämällä voidaan valita taajuus, jolla tietyllä magneettikentällä havaitaan tutkijan tarvitsema signaali ytimistä.

   NMR:n tärkeimmät ytimet ovat protonit. Niitä on luonnossa runsain, ja niillä on erittäin korkea herkkyys. Kemialle ja biologialle hiilen, typen ja hapen ytimet ovat erittäin tärkeitä, mutta tutkijat eivät olleet kovin onnekkaita niiden kanssa: yleisimmillä hiilen ja hapen isotoopeilla, 12 C ja 16 O, ei ole magneettista momenttia, luonnollinen. typen isotoopilla 14 N on momentti, mutta se on useista syistä erittäin hankala kokeiden kannalta. NMR-kokeisiin soveltuvia isotooppeja on 13 C, 15 N ja 17 O, mutta niiden luonnollinen runsaus on erittäin alhainen ja herkkyys erittäin alhainen protoneihin verrattuna. Siksi NMR-tutkimuksiin valmistetaan usein erityisiä isotooppisesti rikastettuja näytteitä, joissa yhden tai toisen ytimen luonnollinen isotooppi korvataan kokeissa tarvittavalla. Useimmissa tapauksissa tämä menettely on erittäin vaikea ja kallis, mutta joskus se on ainoa tapa saada tarvittavat tiedot.

5. Elektronien paramagneettinen ja kvadrupoliresonanssi

   NMR:stä puhuttaessa ei voida jättää mainitsematta kahta muuta toisiinsa liittyvää fysikaalista ilmiötä - elektroniparamagneettista resonanssia (EPR) ja ydinkvadrupoliresonanssia (NQR). EPR on oleellisesti samanlainen kuin NMR, ero on siinä, että resonanssia ei havaita atomiytimien, vaan atomin elektronikuoren magneettisissa momenteissa. EPR voidaan havaita vain niissä molekyyleissä tai kemiallisissa ryhmissä, joiden elektronikuori sisältää ns. parittoman elektronin, jolloin kuorella on nollasta poikkeava magneettinen momentti. Tällaisia ​​aineita kutsutaan paramagneeteiksi. EPR:llä, kuten NMR:llä, tutkitaan myös aineiden erilaisia ​​rakenteellisia ja dynaamisia ominaisuuksia molekyylitasolla, mutta sen soveltamisala on paljon kapeampi. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että useimmat molekyylit, erityisesti elävässä luonnossa, eivät sisällä parittomia elektroneja. Joissakin tapauksissa on mahdollista käyttää ns. paramagneettista anturia eli kemiallista ryhmää, jossa on pariton elektroni, joka sitoutuu tutkittavaan molekyyliin. Mutta tällä lähestymistavalla on ilmeisiä haittoja, jotka rajoittavat tämän menetelmän mahdollisuuksia. Lisäksi EPR:ssä ei ole niin suurta spektriresoluutiota (eli kykyä erottaa yksi juova toisesta spektrissä) kuin NMR:ssä.

   Vaikeinta on selittää NQR:n luonne "sormilla". Joillakin ytimillä on niin sanottu sähköinen kvadrupolimomentti. Tämä momentti luonnehtii ytimen sähkövarauksen jakautumisen poikkeamaa pallosymmetriasta. Tämän hetken vuorovaikutus aineen kiderakenteen synnyttämän sähkökentän gradientin kanssa johtaa ytimen energiatasojen halkeamiseen. Tässä tapauksessa resonanssia voidaan havaita taajuudella, joka vastaa näiden tasojen välisiä siirtymiä. Toisin kuin NMR ja EPR, NQR ei vaadi ulkoista magneettikenttää, koska tasonjako tapahtuu ilman sitä. NQR:ää käytetään myös aineiden tutkimiseen, mutta sen soveltamisala on vielä suppeampi kuin EPR:n.

6. NMR:n edut ja haitat

   

   NMR on tehokkain ja informatiivisin menetelmä molekyylien tutkimiseen. Tarkkaan ottaen tämä ei ole yksi menetelmä, vaan suuri määrä erilaisia ​​kokeita, eli pulssisekvenssejä. Vaikka ne kaikki perustuvat NMR-ilmiöön, jokainen näistä kokeista on suunniteltu saamaan tiettyjä erityisiä tietoja. Näiden kokeiden lukumäärää mitataan useilla kymmenillä, ellei sadoilla. Teoreettisesti NMR voi, ellei kaikkea, niin melkein kaikkea, mitä kaikki muut kokeelliset menetelmät molekyylien rakenteen ja dynamiikan tutkimiseksi voivat, vaikka käytännössä tämä ei tietenkään aina ole mahdollista. Yksi NMR:n tärkeimmistä eduista on, että toisaalta sen luonnolliset koettimet, eli magneettiset ytimet, ovat jakautuneet koko molekyyliin, ja toisaalta sen avulla on mahdollista erottaa nämä ytimet toisistaan ​​ja saada spatiaalisesti valikoiva data molekyylin ominaisuuksista. Lähes kaikki muut menetelmät antavat tietoa joko koko molekyylistä tai vain yhdestä sen osista.

   NMR:ssä on kaksi pääasiallista haittaa. Ensinnäkin tämä on alhainen herkkyys verrattuna useimpiin muihin koemenetelmiin (optinen spektroskopia, fluoresenssi, EPR jne.). Tämä johtaa siihen, että kohinan keskiarvon laskemiseksi signaalia on kerättävä pitkään. Joissakin tapauksissa NMR-koe voidaan suorittaa jopa useita viikkoja. Toiseksi se on sen korkea hinta. NMR-spektrometrit ovat kalleimpia tieteellisiä laitteita, jotka maksavat vähintään satoja tuhansia dollareita, ja kalleimmat spektrometrit maksavat useita miljoonia. Kaikilla laboratorioilla, etenkään Venäjällä, ei ole varaa hankkia tällaisia ​​tieteellisiä laitteita.

7. Magneetit NMR-spektrometreihin

   Yksi spektrometrin tärkeimmistä ja kalleimmista osista on magneetti, joka luo jatkuvan magneettikentän. Mitä vahvempi kenttä, sitä suurempi on herkkyys ja spektriresoluutio, joten tutkijat ja insinöörit yrittävät jatkuvasti saada korkeimmat mahdolliset kentät. Magneettikenttä syntyy solenoidissa olevasta sähkövirrasta - mitä voimakkaampi virta, sitä suurempi kenttä. Virtaa on kuitenkin mahdotonta lisätä loputtomiin; erittäin suurella virralla solenoidilanka alkaa yksinkertaisesti sulaa. Siksi suprajohtavia magneetteja, eli magneetteja, joissa solenoidilanka on suprajohtavassa tilassa, on käytetty erittäin pitkään korkeakentän NMR-spektrometreihin. Tässä tapauksessa langan sähkövastus on nolla, eikä energiaa vapaudu millään virta-arvolla. Suprajohtava tila voidaan saavuttaa vain erittäin alhaisissa lämpötiloissa, vain muutaman Kelvin-asteen lämpötilassa - tämä on nestemäisen heliumin lämpötila. (Korkean lämpötilan suprajohtavuus on vielä puhtaasti perustutkimuksen kysymys.) Juuri näin alhaisen lämpötilan ylläpitoon liittyvät kaikki magneettien suunnittelun ja tuotannon tekniset vaikeudet, jotka aiheuttavat niiden korkeita kustannuksia. Suprajohtava magneetti on rakennettu termosmatryoshkan periaatteelle. Solenoidi on keskellä, tyhjiökammiossa. Sitä ympäröi nestemäistä heliumia sisältävä kuori. Tätä kuorta ympäröi nestemäisen typen kuori tyhjiökerroksen läpi. Nestemäisen typen lämpötila on miinus 196 celsiusastetta, typpeä tarvitaan, jotta helium haihtuu mahdollisimman hitaasti. Lopuksi typpikuori eristetään huoneenlämpötilasta ulkoisella tyhjiökerroksella. Tällainen järjestelmä pystyy ylläpitämään suprajohtavan magneetin halutun lämpötilan erittäin pitkään, vaikka tämä vaatii säännöllistä nestemäisen typen ja heliumin kaatamista magneettiin. Tällaisten magneettien etuna sen lisäksi, että ne pystyvät saavuttamaan suuria magneettikenttiä, on myös se, että ne eivät kuluta energiaa: magneetin käynnistyksen jälkeen virta kulkee suprajohtavien johtimien läpi käytännössä ilman häviötä monien vuosien ajan.

8. Tomografia

   Perinteisissä NMR-spektrometreissä magneettikenttä pyritään tekemään mahdollisimman tasaiseksi, tämä on tarpeen spektrin resoluution parantamiseksi. Mutta jos näytteen sisällä oleva magneettikenttä päinvastoin tehdään hyvin epähomogeeniseksi, tämä avaa täysin uusia mahdollisuuksia NMR:n käytölle. Kentän epähomogeenisuus syntyy niin sanotuista gradienttikeloista, jotka on yhdistetty päämagneettiin. Tässä tapauksessa magneettikentän suuruus näytteen eri osissa on erilainen, mikä tarkoittaa, että NMR-signaalia ei voida havaita koko näytteestä, kuten tavanomaisessa spektrometrissä, vaan vain sen kapeasta kerroksesta, jota varten. resonanssiehdot täyttyvät, eli haluttu magneettikentän ja taajuuden suhde. Muuttamalla magneettikentän suuruutta (tai, mikä on olennaisesti sama asia, signaalin havainnointitaajuutta), voit muuttaa signaalin antavaa kerrosta. Näin ollen on mahdollista "skannata" näytettä koko sen tilavuudesta ja "nähdä" sen sisäinen kolmiulotteinen rakenne tuhoamatta näytettä millään mekaanisella tavalla. Tähän mennessä on kehitetty suuri joukko tekniikoita, joiden avulla on mahdollista mitata erilaisia ​​NMR-parametreja (spektriominaisuudet, magneettiset relaksaatioajat, itsediffuusionopeus ja joitain muita) spatiaalisella resoluutiolla näytteen sisällä. Mielenkiintoisin ja käytännön kannalta tärkeimpänä havaittiin NMR-tomografian käyttö lääketieteessä. Tässä tapauksessa tutkittava "näyte" on ihmiskeho. NMR-kuvaus on yksi tehokkaimmista ja turvallisimmista (mutta myös kalliimmista) diagnostisista välineistä lääketieteen eri aloilla onkologiasta synnytystyöhön. On mielenkiintoista huomata, että lääkärit eivät käytä sanaa "ydin" tämän menetelmän nimessä, koska jotkut potilaat yhdistävät sen ydinreaktioihin ja atomipommiin.

9. Löytöhistoria

   

   NMR:n löytövuonna pidetään vuotta 1945, jolloin amerikkalaiset Felix Bloch Stanfordista ja itsenäisesti Edward Parcell ja Robert Pound Harvardista havaitsivat ensimmäisen kerran NMR-signaalin protoneilla. Tuolloin ydinmagnetismin luonteesta tiedettiin jo paljon, itse NMR-ilmiö oli teoriassa ennustettu ja sitä yritettiin havaita kokeellisesti. On tärkeää huomata, että vuotta aiemmin Neuvostoliitossa Kazanissa EPR-ilmiön löysi Jevgeni Zavoisky. Nyt tiedetään hyvin, että Zavoisky havaitsi myös NMR-signaalin, tämä oli ennen sotaa, vuonna 1941. Hänellä oli kuitenkin käytössään huonolaatuinen magneetti, jonka kentän tasaisuus oli huono, tulokset olivat huonosti toistettavissa ja siksi niitä ei julkaistu. Rehellisyyden nimissä on huomattava, että Zavoisky ei ollut ainoa, joka tarkkaili NMR:ää ennen sen "virallista" löytöä. Erityisesti amerikkalainen fyysikko Isidore Rabi (Nobel-palkinnon voittaja vuonna 1944 atomi- ja molekyylisäteiden ytimien magneettisten ominaisuuksien tutkimuksesta) havaitsi myös NMR:n 1930-luvun lopulla, mutta piti tätä instrumentaalisena artefaktina. Tavalla tai toisella, mutta maamme on edelleen prioriteetti magneettiresonanssin kokeellisessa havaitsemisessa. Vaikka Zavoisky itse pian sodan jälkeen alkoi käsitellä muita ongelmia, hänen löytöllään tieteen kehitykselle Kazanissa oli valtava rooli. Kazan on edelleen yksi maailman johtavista EPR-spektroskopian tutkimuskeskuksista.

10. Magneettiresonanssin Nobel-palkinnot

    1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla useita Nobel-palkintoja myönnettiin tutkijoille, joiden työtä ilman NMR:n löytäminen ei olisi voinut tapahtua. Heidän joukossaan ovat Peter Szeeman, Otto Stern, Isidor Rabi, Wolfgang Pauli. Mutta oli neljä Nobel-palkintoa, jotka liittyvät suoraan NMR:ään. Vuonna 1952 Felix Bloch ja Edward Purcell saivat palkinnon NMR:n löydöstä. Tämä on ainoa "NMR" Nobelin fysiikan palkinto. Vuonna 1991 sveitsiläinen Richard Ernst, joka työskenteli kuuluisassa ETH Zürichissä, voitti kemian palkinnon. Hänelle myönnettiin tunnus moniulotteisten NMR-spektroskopiamenetelmien kehittämisestä, mikä mahdollisti NMR-kokeiden tietosisällön radikaalin lisäämisen. Vuonna 2002 palkinnon voitti myös kemiassa Kurt Wüthrich, joka työskenteli Ernstin kanssa naapurirakennuksissa samassa teknisessä koulussa. Hän sai palkinnon menetelmien kehittämisestä proteiinien kolmiulotteisen rakenteen määrittämiseksi liuoksessa. Tätä ennen ainoa menetelmä, jolla suurten biomakromolekyylien spatiaalinen konformaatio oli mahdollista määrittää, oli vain röntgendiffraktioanalyysi. Lopulta vuonna 2003 amerikkalainen Paul Lauterbur ja englantilainen Peter Mansfield saivat lääketieteen palkinnon NMR-kuvauksen keksimisestä. EPR:n neuvostoliiton löytäjä E.K. Zavoisky ei valitettavasti saanut Nobel-palkintoa.

Ydinmagneettinen resonanssi

Ydinmagneettinen resonanssi (NMR) - sähkömagneettisen energian resonanssiabsorptio tai emissio aineen, joka sisältää ytimiä, joiden spin on nollasta poikkeava, ulkoisessa magneettikentässä taajuudella ν (kutsutaan NMR-taajuudeksi), mikä johtuu ytimien magneettisten momenttien uudelleen suuntautumisesta. Ydinmagneettisen resonanssin ilmiön löysi vuonna 1938 Isaac Raby molekyylisäteistä, josta hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1944. Vuonna 1946 Felix Bloch ja Edward Mills Purcell saivat ydinmagneettisen resonanssin nesteissä ja kiinteissä aineissa (1952 Nobel-palkinto). .

Samat atomiytimet eri ympäristöissä molekyylissä osoittavat erilaisia ​​NMR-signaaleja. Tällaisen NMR-signaalin ja standardiaineen signaalin välinen ero mahdollistaa ns. kemiallisen siirtymän määrittämisen, joka johtuu tutkittavan aineen kemiallisesta rakenteesta. NMR-tekniikoissa on monia mahdollisuuksia määrittää aineiden kemiallinen rakenne, molekyylien konformaatiot, keskinäisen vaikutuksen vaikutukset ja molekyylinsisäiset muutokset.

Matemaattinen kuvaus Ytimen magneettimomentti mu=y*lgdel- yarin spin; y - vakiopalkki Taajuus, jolla NMR havaitaan

Ytimen kemiallinen polarisaatio

Kun jotkut kemialliset reaktiot etenevät magneettikentässä, reaktiotuotteiden NMR-spektrit osoittavat joko poikkeuksellisen suurta absorptiota tai radiosäteilyä. Tämä tosiasia osoittaa ydin-Zeeman-tasojen epätasapainoisen populaation reaktiotuotteiden molekyyleissä. Alemman tason ylikansoittumiseen liittyy epänormaali absorptio. Väestön inversio (ylempi taso on enemmän asuttu kuin alempi) johtaa radiosäteilyyn. Tätä ilmiötä kutsutaan ytimien kemiallinen polarisaatio

NMR:ssä sitä käytetään tehostamaan ydinmagnetisaatiota Joidenkin atomiytimien Larmor-taajuudet

ydin	Larmor-taajuus MHz:ssä 0,5 Teslassa	Larmor-taajuus MHz:ssä 1 Teslassa	Larmor-taajuus MHz:ssä 7,05 Teslassa
1H( Vety)
²D( Deuterium)
13 C ( Hiili)
23 Na( Natrium)
39 K ( kalium)

Protoniresonanssin taajuus on alueella lyhyet aallot(aallonpituus noin 7 m) .

NMR:n soveltaminen

Spektroskopia

NMR-spektroskopia

Laitteet

NMR-spektrometrin sydän on voimakas magneetti. Purcellin pioneerikokeessa näyte, joka on asetettu halkaisijaltaan noin 5 mm lasiampulliin, asetetaan vahvan sähkömagneetin napojen väliin. Sitten magneettikentän tasaisuuden parantamiseksi ampulli alkaa pyöriä ja siihen vaikuttavaa magneettikenttää lisätään vähitellen. Säteilylähteenä käytetään korkealaatuista RF-generaattoria. Kasvavan magneettikentän vaikutuksesta ytimet, joihin spektrometri on viritetty, alkavat resonoida. Tässä tapauksessa suojatut ytimet resonoivat taajuudella, joka on hieman pienempi kuin ytimet, joissa ei ole elektronikuoria. Energian absorptio tallennetaan RF-sillalla ja sitten karttatallentimella. Taajuutta nostetaan, kunnes se saavuttaa tietyn rajan, jonka yläpuolella resonanssi on mahdotonta.

Koska sillalta tulevat virrat ovat hyvin pieniä, ne eivät rajoitu ottamaan yhtä spektriä, vaan kulkevat useita kymmeniä. Kaikki vastaanotetut signaalit on koottu lopulliseen kuvaajaan, jonka laatu riippuu instrumentin signaali-kohinasuhteesta.

Tässä menetelmässä näyte altistetaan vakiotaajuiselle radiotaajuiselle säteilylle magneettikentän voimakkuuden muuttuessa, minkä vuoksi sitä kutsutaan myös jatkuvaksi säteilytysmenetelmäksi (CW, jatkuva aalto).

Perinteisellä NMR-spektroskopiamenetelmällä on monia haittoja. Ensinnäkin jokaisen spektrin rakentaminen vie paljon aikaa. Toiseksi se on erittäin nirso ulkoisten häiriöiden puuttumisen suhteen, ja pääsääntöisesti tuloksena olevissa spektreissä on merkittävää kohinaa. Kolmanneksi se ei sovellu suurtaajuisten spektrometrien (300, 400, 500 ja enemmän) luomiseen. Siksi nykyaikaisissa NMR-laitteissa käytetään niin kutsuttua pulssispektroskopia (PW) -menetelmää, joka perustuu vastaanotetun signaalin Fourier-muunnokseen. Tällä hetkellä kaikki NMR-spektrometrit on rakennettu tehokkaiden suprajohtavien magneettien pohjalta, joilla on vakiomagneettikenttä.

Toisin kuin CW-menetelmässä, pulssiversiossa ytimien viritys ei tapahdu "vakioaallon" avulla, vaan lyhyen, useita mikrosekunteja pitkän pulssin avulla. Pulssin taajuuskomponenttien amplitudit pienenevät etäisyyden kasvaessa arvosta ν 0. Mutta koska on toivottavaa, että kaikki ytimet säteilytetään tasaisesti, on tarpeen käyttää "kovia pulsseja", eli lyhyitä suuren tehon pulsseja. Pulssin kesto valitaan siten, että taajuuskaistan leveys on yhtä tai kahta suuruusluokkaa suurempi kuin spektrin leveys. Teho saavuttaa useita tuhansia watteja.

Pulssispektroskopian tuloksena ei saada tavallista spektriä, jossa on näkyviä resonanssihuippuja, vaan kuva vaimennetuista resonanssivärähtelyistä, jossa kaikki signaalit kaikista resonoivista ytimistä sekoittuvat - ns. "vapaa induktiohajoaminen" (FID, vapaa induktio hajoaminen). Tämän spektrin muuntamiseen käytetään matemaattisia menetelmiä, ns. Fourier-muunnosta, jonka mukaan mikä tahansa funktio voidaan esittää harmonisten värähtelyjen joukon summana.

NMR-spektrit

1 H 4-etoksibentsaldehydin spektri. Heikossa kentässä (singletti ~9,25 ppm) aldehydiryhmän protonin signaali, vahvassa kentässä (tripletti ~1,85-2 ppm) - metyylietoksiryhmän protoni.

Kvalitatiiviseen analyysiin NMR:llä käytetään spektrianalyysiä, joka perustuu tämän menetelmän merkittäviin ominaisuuksiin:

tiettyihin funktionaalisiin ryhmiin sisältyvien atomien ytimien signaalit sijaitsevat tiukasti määritellyillä spektrin alueilla;

piikin rajoittama integraalialue on tiukasti verrannollinen resonoivien atomien lukumäärään;

1-4 sidoksen kautta sijaitsevat ytimet pystyvät tuottamaan multiplettisignaaleja ns. hajoaa toisiinsa.

Signaalin paikalle NMR-spektreissä on tunnusomaista niiden kemiallinen siirtymä suhteessa vertailusignaaliin. Viimeksi mainittuna1H- ja13C NMR:ssä käytetään tetrametyylisilaani Si(CH3)4 (TMS). Kemiallisen siirtymän yksikkö on instrumentin taajuuden miljoonasosat (ppm). Jos otamme TMS-signaalin 0:ksi ja katsomme signaalin siirtymisen heikolle kenttään positiivisena kemiallisena siirtymänä, niin saadaan ns. δ-asteikko. Jos tetrametyylisilaanin resonanssi on 10 ppm ja käännä etumerkit, niin tuloksena oleva asteikko on τ-asteikko, jota ei käytännössä käytetä tällä hetkellä. Jos aineen spektri on liian monimutkainen tulkittavaksi, voidaan kvanttikemiallisilla menetelmillä laskea seulontavakiot ja korreloida signaaleja niiden perusteella.

NMR-introskopia

Ydinmagneettiresonanssin ilmiötä voidaan käyttää fysiikan ja kemian lisäksi myös lääketieteessä: ihmiskeho on yhdistelmä kaikkia samoja orgaanisia ja epäorgaanisia molekyylejä.

Tämän ilmiön havaitsemiseksi esine asetetaan jatkuvaan magneettikenttään ja altistetaan radiotaajuisille ja gradienttimagneettikentille. Tutkittavaa kohdetta ympäröivään induktoriin syntyy alternating electromotore force (EMF), jonka amplitudi-taajuusspektri ja aikasiirtymäominaisuudet kuljettavat tietoa resonoivien atomiytimien tilatiheydestä sekä muista vain spesifisiä parametreja. ydinmagneettista resonanssia varten. Tämän tiedon tietokonekäsittely muodostaa kolmiulotteisen kuvan, joka kuvaa kemiallisesti ekvivalenttien ytimien tiheyttä, ydinmagneettisen resonanssin rentoutumisaikoja, nesteen virtausnopeuksien jakautumista, molekyylien diffuusiota ja aineenvaihdunnan biokemiallisia prosesseja elävissä kudoksissa.

NMR-introskopian (tai magneettikuvauksen) ydin on itse asiassa ydinmagneettisen resonanssisignaalin amplitudin erityislaatuisen kvantitatiivisen analyysin toteuttaminen. Perinteisessä NMR-spektroskopiassa tavoitteena on toteuttaa spektriviivojen paras mahdollinen erottelukyky. Tätä varten magneettijärjestelmät säädetään siten, että näytteen sisällä syntyy paras mahdollinen kentän tasaisuus. NMR-introskopian menetelmissä päinvastoin magneettikenttä luodaan ilmeisen epähomogeeniseksi. Sitten on syytä olettaa, että ydinmagneettisen resonanssin taajuudella näytteen jokaisessa pisteessä on oma arvonsa, joka eroaa muiden osien arvoista. Määrittämällä mikä tahansa koodi NMR-signaalin amplitudigradaatioille (kirkkaus tai väri monitorin näytöllä), voidaan saada ehdollinen kuva (tomogrammi) kohteen sisäisen rakenteen osista.

NMR-introskopian, NMR-tomografian keksi ensimmäisen kerran maailmassa vuonna 1960 V. A. Ivanov. Epäpätevä asiantuntija hylkäsi keksintöä (menetelmää ja laitetta) koskevan hakemuksen "...ehdotetun ratkaisun ilmeisen turhuuden vuoksi", joten tekijänoikeustodistus tästä myönnettiin vasta yli 10 vuoden kuluttua. Siten on virallisesti tunnustettu, että NMR-kuvauksen tekijä ei ole alla lueteltujen Nobel-palkittujen ryhmä, vaan venäläinen tiedemies. Tästä oikeudellisesta tosiasiasta huolimatta Nobel-palkintoa MRI-tomografiasta ei suinkaan myönnetty V. A. Ivanoville.

Ydinmagneettinen resonanssi (NMR) on turvallisin diagnostinen menetelmä

Kiitos

Sivusto tarjoaa viitetietoja vain tiedoksi. Sairauksien diagnosointi ja hoito tulee suorittaa asiantuntijan valvonnassa. Kaikilla lääkkeillä on vasta-aiheita. Asiantuntijan neuvoja kaivataan!

Yleistä tietoa

Ilmiö ydinmagneettinen resonanssi (NMR) Rabbi Isaac löysi sen vuonna 1938. Ilmiö perustuu magneettisten ominaisuuksien esiintymiseen atomiytimissä. Vasta vuonna 2003 keksittiin menetelmä tämän ilmiön käyttämiseksi diagnostisiin tarkoituksiin lääketieteessä. Keksinnöstä sen tekijät saivat Nobel-palkinnon. Spektroskopiassa tutkittava keho ( eli potilaan kehosta) asetetaan sähkömagneettiseen kenttään ja säteilytetään radioaalloilla. Tämä on täysin turvallinen menetelmä toisin kuin esimerkiksi tietokonetomografiassa), jolla on erittäin korkea resoluutio ja herkkyys.

Sovellus taloustieteessä ja tieteessä

1. Kemiassa ja fysiikassa tunnistaa reaktioon osallistuvat aineet sekä reaktioiden lopulliset tulokset,
2. Farmakologiassa lääkkeiden valmistukseen
3. Maataloudessa viljan kemiallisen koostumuksen ja kylvövalmiuden määrittämiseksi ( erittäin hyödyllinen uusien lajien jalostuksessa),
4. Lääketieteessä - diagnostiikkaan. Erittäin informatiivinen menetelmä selkärangan, erityisesti nikamavälilevyjen, sairauksien diagnosointiin. Sen avulla on mahdollista havaita pienimmätkin levyn eheysrikkomukset. Tunnistaa syöpäkasvaimia muodostumisen varhaisessa vaiheessa.

Menetelmän ydin

Ydinmagneettiresonanssin menetelmä perustuu siihen, että sillä hetkellä, kun keho on erityisesti viritetyssä erittäin vahvassa magneettikentässä ( 10 000 kertaa voimakkaampi kuin planeettamme magneettikenttä), kaikissa kehon soluissa olevat vesimolekyylit muodostavat ketjuja, jotka ovat yhdensuuntaisia ​​magneettikentän suunnan kanssa.

Jos kentän suunta yhtäkkiä muuttuu, vesimolekyyli vapauttaa hiukkasen sähköä. Juuri nämä lataukset tallentavat laitteen anturit ja analysoivat tietokoneella. Solujen vesipitoisuuden intensiteetin mukaan tietokone luo mallin tutkittavasta elimestä tai kehon osasta.

Lääkärillä on ulostulossa yksivärinen kuva, jossa näet ohuita osia elimestä erittäin yksityiskohtaisesti. Tietosisällöltään tämä menetelmä ylittää huomattavasti tietokonetomografian. Joskus tutkittavasta elimestä on jopa enemmän tietoja kuin on tarpeen diagnoosin tekemiseksi.

Mtyypit

• biologiset nesteet,
• Sisäelimet.

Tekniikka mahdollistaa kaikkien ihmiskehon kudosten, myös veden, yksityiskohtaisen tutkimisen. Mitä enemmän nestettä kudoksissa on, sitä vaaleampia ja kirkkaampia ne ovat kuvassa. Luut, joissa on vähän vettä, on kuvattu tummina. Siksi tietokonetomografia on informatiivisempi luusairauksien diagnosoinnissa.

Magnemahdollistaa veren liikkeen säätelyn maksan ja aivojen kudosten läpi.

Nykyään nimeä käytetään laajemmin lääketieteessä. MRI (Magneettikuvaus ), koska ydinreaktion maininta otsikossa pelottaa potilaita.

Indikaatioita

1. aivosairaudet,
2. Aivojen alueiden toimintojen tutkimukset,
3. nivelsairaudet,
4. selkärangan sairaudet,
5. Vatsaontelon sisäelinten sairaudet,
6. Virtsatiejärjestelmän ja lisääntymisen sairaudet,
7. Välikarsina- ja sydänsairaudet,
8. Verisuonisairaudet.

Vasta-aiheet

Absoluuttiset vasta-aiheet:
1. sydämentahdistin,
2. Elektroniset tai ferromagneettiset välikorvaproteesit,
3. Ilizarovin ferromagneettiset laitteet,
4. Suuret metalliset sisäproteesit,
5. Aivoverisuonien hemostaattiset puristimet.

Suhteelliset vasta-aiheet:
1. hermostoa stimuloivat aineet,
2. insuliinipumput,
3. Muut sisäkorvaproteesit,
4. sydänläppäproteesit,
5. Hemostaattiset puristimet muihin elimiin,
6. Raskaus ( kannattaa kysyä gynekologin lausunto),
7. Sydämen vajaatoiminta dekompensaatiovaiheessa,
8. klaustrofobia ( suljetun tilan pelko).

Opintoihin valmistautuminen

Erityistä valmistautumista tarvitaan vain niiltä potilailta, jotka menevät sisäelinten tutkimukseen ( virtsa- ja ruoansulatuskanavaan): Älä syö ruokaa viisi tuntia ennen toimenpidettä.
Jos päätä tutkitaan, kauniita sukupuolia kehotetaan poistamaan meikki, koska kosmetiikkaan sisältyvät aineet ( esimerkiksi luomivärissä) voi vaikuttaa tulokseen. Kaikki metallikorut tulee poistaa.
Joskus hoitohenkilökunta tarkastaa potilaan kannettavalla metallinpaljastimella.

Miten tutkimus tehdään?

Ennen tutkimuksen aloittamista jokainen potilas täyttää kyselylomakkeen, joka auttaa tunnistamaan vasta-aiheet.

Laite on leveä putki, johon potilas asetetaan vaakasuoraan. Potilaan on pysyttävä täysin paikallaan, muuten kuva ei ole tarpeeksi selkeä. Putken sisällä ei ole pimeää ja siellä on pakkotuuletus, joten olosuhteet toimenpiteelle ovat melko mukavat. Jotkin asennukset aiheuttavat huomattavaa huminaa, jonka jälkeen tutkittavalle laitetaan ääntä vaimentavat kuulokkeet.

Tutkimuksen kesto voi olla 15 minuutista 60 minuuttiin.
Joissakin terveyskeskuksissa on sallittua, että tila, jossa tutkimus tehdään, oli yhdessä potilaan kanssa hänen sukulaisensa tai saattaja ( jos sillä ei ole vasta-aiheita).

Joissakin lääketieteellisissä keskuksissa anestesialääkäri antaa rauhoittavia lääkkeitä. Toimenpide on tässä tapauksessa paljon helpompi sietää, etenkin klaustrofobiasta kärsivillä potilailla, pienillä lapsilla tai potilailla, joiden on jostain syystä vaikea liikkua. Potilas vaipuu terapeuttisen unen tilaan ja poistuu siitä levänneenä ja vireänä. Käytetyt lääkkeet erittyvät nopeasti elimistöstä ja ovat turvallisia potilaalle.

Tutkimuksen tulos on valmis 30 minuutin kuluessa toimenpiteen päättymisestä. Tulos julkaistaan ​​DVD:n, lääkärinlausunnon ja kuvien muodossa.

Varjoaineen käyttö magneettikuvauksessa

Useimmiten toimenpide tapahtuu ilman kontrastin käyttöä. Joissakin tapauksissa se on kuitenkin välttämätöntä verisuonten tutkimukseen). Tässä tapauksessa varjoaine infusoidaan suonensisäisesti katetrin avulla. Toimenpide on samanlainen kuin mikä tahansa suonensisäinen injektio. Tämäntyyppiseen tutkimukseen käytetään erityisiä aineita - paramagneetit. Nämä ovat heikkoja magneettisia aineita, joiden hiukkaset ulkoisessa magneettikentässä magnetoituvat kenttälinjojen suuntaisesti.

Varjoaineen käytön vasta-aiheet:

• Raskaus,
• Yksilöllinen intoleranssi varjoaineen komponenteille, aiemmin tunnistettu.

Verisuonten tutkimus (magneettiresonanssiangiografia)

Tällä menetelmällä voit hallita sekä verenkiertoverkoston tilaa että veren liikettä verisuonten läpi.
Huolimatta siitä, että menetelmä mahdollistaa verisuonten "näkemisen" ilman varjoainetta, sen käytöllä kuva on visuaalisempi.
Erityiset 4-D-asennukset mahdollistavat veren liikkeen seuraamisen lähes reaaliajassa.

Käyttöaiheet:

• synnynnäisiä sydänvikoja,
• Aneurysma, sen leikkaaminen,
• verisuonten ahtauma,

aivotutkimusta

Tämä on aivotutkimus, jossa ei käytetä radioaktiivisia säteitä. Menetelmällä voit nähdä kallon luut, mutta pehmytkudokset voidaan tutkia tarkemmin. Erinomainen diagnostinen menetelmä neurokirurgiassa, samoin kuin neurologiassa. Sen avulla voidaan havaita kroonisten mustelmien ja aivotärähdyksen, aivohalvauksen sekä kasvaimien seuraukset.
Sitä määrätään yleensä tuntemattoman etiologian migreenin kaltaisiin tiloihin, tajunnan heikkenemiseen, kasvaimiin, hematoomaan, koordinaatiohäiriöihin.

Aivojen MRI:llä tutkitaan seuraavat:

• kaulan pääsuonet,
• verisuonet, jotka ruokkivat aivoja
• aivokudosta,
• silmän kiertoradat,
• aivojen syvemmät osat pikkuaivot, käpylisäke, aivolisäke, pitkulaiset ja keskirajat).

Funktionaalinen NMR

Tämä diagnoosi perustuu siihen, että kun jokin tietystä toiminnosta vastaava aivojen osa aktivoituu, verenkierto tällä alueella lisääntyy.
Tutkittavalle annetaan erilaisia ​​tehtäviä, joiden suorittamisen aikana aivojen eri osien verenkiertoa kirjataan. Kokeiden aikana saatuja tietoja verrataan lepoajan aikana saatuun tomogrammiin.

Selkärangan tutkimus

Tämä menetelmä soveltuu erinomaisesti hermopäätteiden, lihasten, luuytimen ja nivelsiteiden sekä nikamavälilevyjen tutkimiseen. Mutta selkärangan murtumien tai luurakenteiden tutkimisen tarpeessa se on jonkin verran huonompi kuin tietokonetomografia.

Voit tutkia koko selkärangan tai vain häiritsevän osan: kohdunkaulan, rintakehän, lumbosacral ja myös häntäluu erikseen. Joten kohdunkaulan aluetta tutkittaessa voidaan havaita verisuonten ja nikamien patologiat, jotka vaikuttavat aivojen verenkiertoon.
Lannealuetta tutkittaessa on mahdollista havaita nikamien välisiä tyriä, luu- ja rustopiikkejä sekä puristuneita hermoja.

Käyttöaiheet:

• Välilevyjen muodon muutokset, mukaan lukien tyrä,
• Selkä- ja selkävammat
• Osteokondroosi, dystrofiset ja tulehdusprosessit luissa,
• Neoplasmat.

Selkäytimen tutkimus

Se suoritetaan samanaikaisesti selkärangan tutkimuksen kanssa.

Käyttöaiheet:

• Selkäytimen kasvainten todennäköisyys, fokaalinen vaurio,
• Selkäytimen aivo-selkäydinnesteen onteloiden täyttymisen hallintaan,
• selkärangan kystat,
• Leikkauksen jälkeisen toipumisen hallitsemiseksi,
• Selkäytimen sairauksien todennäköisyydellä.

Yhteinen tutkimus

Tämä tutkimusmenetelmä on erittäin tehokas nivelen muodostavien pehmytkudosten kunnon tutkimiseen.

Käytetään diagnosoimaan:

• krooninen niveltulehdus,
• Jänteiden, lihasten ja nivelsiteiden vammat ( käytetään erityisesti urheilulääketieteessä),
• murtumia,
• Pehmytkudosten ja luiden kasvaimet,
• Vahinkoa ei ole havaittu muilla diagnostisilla menetelmillä.

Pätee:

• Lonkkanivelten tutkiminen osteomyeliitin, reisiluun pään nekroosin, stressimurtuman, septisen niveltulehduksen,
• Polvinivelten tutkiminen jännitysmurtumilla, joidenkin sisäisten komponenttien eheyden rikkominen ( meniski, rusto),
• Olkanivelen tutkiminen sijoiltaan sijoittumien, puristuneiden hermojen, nivelkapselin repeämien,
• Ranteen nivelen tutkiminen vakauden loukkaamisessa, useita murtumia, keskihermon vaurioita, nivelsiteiden vaurioita.

Temporomandibulaarisen nivelen tutkimus

Se on määrätty määrittämään nivelen toimintahäiriön syyt. Tämä tutkimus paljastaa täydellisesti ruston ja lihasten tilan, mahdollistaa dislokaatioiden havaitsemisen. Sitä käytetään myös ennen ortodonttisia tai ortopedisia leikkauksia.

Käyttöaiheet:

• Alaleuan liikkuvuuden menetys
• Napsautuksia avattaessa - suun sulkemista,
• Kipu temppelissä avattaessa - suun sulkemista,
• Kipu pureskelulihaksia tutkittaessa,
• Kipu niskan ja pään lihaksissa.

Vatsaontelon sisäelinten tutkimus

Haiman ja maksan tutkimus on määrätty:

• ei-tarttuva keltaisuus,
• Maksakasvain, rappeuma, paise, kysta, kirroosin todennäköisyys,
• Hoidon kulun valvontaan
• Traumaattisiin murtumiin
• Kivet sappirakossa tai sappitiehyissä
• minkä tahansa muodon haimatulehdus,
• Kasvaimien todennäköisyys
• Parenchyman iskemia.

Menetelmän avulla voit havaita haiman kystat, tutkia sappitiehyiden tilaa. Kaikki kanavat tukkivat muodostumat paljastuvat.

Munuaistesti on tarkoitettu:

• Epäily kasvaimesta
• Munuaisten lähellä sijaitsevien elinten ja kudosten sairaudet,
• Virtsaelinten muodostumisen häiriöiden todennäköisyys,
• Jos eritysurografiaa ei ole mahdollista suorittaa.

Ennen sisäelinten tutkimusta ydinmagneettiresonanssimenetelmällä on tarpeen suorittaa ultraäänitutkimus.

Lisääntymisjärjestelmän sairauksien tutkimus

Lantion tutkimukset määrätään:

• Kohdun, virtsarakon, eturauhasen kasvaimen todennäköisyys,
• loukkaantuminen,
• Pienen lantion kasvaimet etäpesäkkeiden havaitsemiseksi,
• Kipu ristiluun alueella,
• vesikuliitti,
• Imusolmukkeiden tilan tutkiminen.

Eturauhassyövän yhteydessä tämä tutkimus on määrätty tunnistamaan kasvaimen leviäminen läheisiin elimiin.

Tunti ennen tutkimusta ei ole toivottavaa virtsata, koska kuva on informatiivisempi, jos rakko on hieman täynnä.

Tutkimus raskauden aikana

Huolimatta siitä, että tämä tutkimusmenetelmä on paljon turvallisempi kuin röntgenkuvat tai tietokonetomografia, sitä ei ehdottomasti saa käyttää raskauden ensimmäisen kolmanneksen aikana.
Näiden menetelmien toisella ja kolmannella kolmanneksella menetelmä on määrätty vain terveydellisistä syistä. Toimenpiteen vaara raskaana olevan naisen keholle piilee siinä, että toimenpiteen aikana jotkut kudokset kuumenevat, mikä voi aiheuttaa ei-toivottuja muutoksia sikiön muodostumiseen.
Mutta varjoaineen käyttö raskauden aikana on ehdottomasti kielletty kaikissa raskauden vaiheissa.

Varotoimenpiteet

1. Jotkut NMR-laitteistot on rakennettu suljetun putken muotoon. Ihmiset, jotka kärsivät suljettujen tilojen pelosta, voivat saada hyökkäyksen. Siksi on parempi kysyä etukäteen, kuinka menettely etenee. On avoimia asennuksia. Ne ovat röntgenhuoneen kaltainen huone, mutta tällaiset asennukset ovat harvinaisia.

2. On kiellettyä mennä huoneeseen, jossa laite sijaitsee metalliesineiden ja elektronisten laitteiden kanssa ( esim. kellot, korut, avaimet), koska voimakkaassa sähkömagneettikentässä elektroniset laitteet voivat hajota ja pienet metalliesineet hajoavat. Samalla ei saada täysin oikeaa tutkimustietoa.

Ennen käyttöä sinun on neuvoteltava asiantuntijan kanssa.

Artikkelin sisältö

MAGNEETTINEN RESONANSSI, radiotaajuisen säteilyn resonanssi (selektiivinen) absorptio tiettyjen atomihiukkasten toimesta, jotka on sijoitettu jatkuvaan magneettikenttään. Useimmat alkuainehiukkaset, kuten huiput, pyörivät oman akselinsa ympäri. Jos hiukkasella on sähkövaraus, niin sen pyöriessä syntyy magneettikenttä, ts. se käyttäytyy kuin pieni magneetti. Kun tämä magneetti on vuorovaikutuksessa ulkoisen magneettikentän kanssa, tapahtuu ilmiöitä, joiden avulla on mahdollista saada tietoa ytimistä, atomeista tai molekyyleistä, jotka sisältävät tämän alkuainehiukkasen. Magneettiresonanssimenetelmä on universaali tutkimustyökalu, jota käytetään monilla eri tieteenaloilla, kuten biologiassa, kemiassa, geologiassa ja fysiikassa. Magneettisia resonansseja on kahta päätyyppiä: elektroniparamagneettinen resonanssi ja ydinmagneettinen resonanssi.

Elektroniparamagneettinen resonanssi (EPR).

Ydinmagneettinen resonanssi (NMR).

NMR:n löysivät vuonna 1946 amerikkalaiset fyysikot E. Purcell ja F. Bloch. Toimiessaan toisistaan ​​riippumatta he löysivät tavan resonanssi "virittää" joidenkin atomien, kuten vedyn ja yhden hiilen isotoopin ytimien omien pyörimien magneettikentistä. Kun tällaisia ​​ytimiä sisältävä näyte asetetaan voimakkaaseen magneettikenttään, niiden ydinmomentit "kohdistuvat" kuin rautaviilat lähellä kestomagneettia. RF-signaali voi häiritä tätä yleistä suuntausta. Kun signaali sammutetaan, ydinmomentit palaavat alkuperäiseen tilaansa, ja palautumisen nopeus riippuu niiden energiatilasta, ympäröivien ytimien tyypistä ja useista muista tekijöistä. Siirtymiseen liittyy radiotaajuisen signaalin lähetys. Signaali lähetetään tietokoneelle, joka käsittelee sen. Tällä tavalla (tietokoneen NMR-tomografian menetelmä) voidaan saada kuvia. (Kun ulkoista magneettikenttää muutetaan pienin askelin, saavutetaan kolmiulotteisen kuvan vaikutus.) NMR-menetelmällä saadaan erilaisten pehmytkudosten suuri kontrasti kuvassa, mikä on erittäin tärkeää sairaiden solujen tunnistamisessa taustaa vasten. terveistä. NMR-tomografiaa pidetään turvallisempana kuin röntgenkuvaa, koska se ei aiheuta tuhoa tai kudosärsytystä.

ydinmagneettinen resonanssispektrometria

NMR on tehokkain ja informatiivisin menetelmä molekyylien tutkimiseen. Tarkkaan ottaen tämä ei ole yksi menetelmä, vaan suuri määrä erilaisia ​​kokeita, eli pulssisekvenssejä. Vaikka ne kaikki perustuvat NMR-ilmiöön, jokainen näistä kokeista on suunniteltu saamaan tiettyjä erityisiä tietoja. Näiden kokeiden lukumäärää mitataan useilla kymmenillä, ellei sadoilla. Teoreettisesti NMR voi, ellei kaikkea, niin melkein kaikkea, mitä kaikki muut kokeelliset menetelmät molekyylien rakenteen ja dynamiikan tutkimiseksi voivat, vaikka käytännössä tämä ei tietenkään aina ole mahdollista. Yksi NMR:n tärkeimmistä eduista on, että toisaalta sen luonnolliset koettimet, eli magneettiset ytimet, ovat jakautuneet koko molekyyliin, ja toisaalta sen avulla on mahdollista erottaa nämä ytimet toisistaan ​​ja saada spatiaalisesti valikoiva data molekyylin ominaisuuksista. Lähes kaikki muut menetelmät antavat tietoa joko koko molekyylistä tai vain yhdestä sen osista.

NMR:ssä on kaksi pääasiallista haittaa. Ensinnäkin tämä on alhainen herkkyys verrattuna useimpiin muihin koemenetelmiin (optinen spektroskopia, fluoresenssi, EPR jne.). Tämä johtaa siihen, että kohinan keskiarvon laskemiseksi signaalia on kerättävä pitkään. Joissakin tapauksissa NMR-koe voidaan suorittaa jopa useita viikkoja. Toiseksi se on sen korkea hinta. NMR-spektrometrit ovat kalleimpia tieteellisiä laitteita, jotka maksavat vähintään satoja tuhansia dollareita, ja kalleimmat spektrometrit maksavat useita miljoonia. Kaikilla laboratorioilla, etenkään Venäjällä, ei ole varaa hankkia tällaisia ​​tieteellisiä laitteita.

NMR:n soveltaminen

NMR-spektroskopian soveltaminen. NMR-spektroskopia viittaa tuhoamattomiin analyysimenetelmiin. Nykyaikainen pulssi-NMR Fourier -spektroskopia mahdollistaa 80 magneettisen ytimen analysoinnin. NMR-spektroskopia on yksi tärkeimmistä fysikaalis-kemiallisista analyysimenetelmistä, jonka tietoja käytetään sekä kemiallisten reaktioiden välituotteiden että kohdetuotteiden yksiselitteiseen tunnistamiseen. Rakenteellisten toimeksiantojen ja kvantitatiivisen analyysin lisäksi NMR-spektroskopia tarjoaa tietoa konformaatiotasapainoista, atomien ja molekyylien diffuusiosta kiinteissä aineissa, sisäisistä liikkeistä, vetysidoksista ja assosiaatiosta nesteissä, tautomeriasta, metalleista ja prototropiasta, linkkien järjestyksestä ja jakautumisesta polymeeriketjuissa, ionikiteiden, nestekiteiden jne. elektroninen rakenne. NMR-spektroskopia on tiedonlähde biopolymeerien rakenteesta, mukaan lukien proteiinimolekyylit liuoksissa, luotettavuudeltaan verrattavissa röntgenanalyysitietoihin. 80-luvulla. aloitti spektroskopian ja NMR-tomografian nopean käyttöönoton lääketieteessä monimutkaisten sairauksien diagnosoinnissa ja väestön profylaktisessa lääketieteellisessä tutkimuksessa. Viivojen lukumäärä ja sijainti NMR-spektreissä kuvaavat yksiselitteisesti kaikkia raakaöljyn, synteettisten kumien, muovien, liuskekivien, hiilen, lääkkeiden, lääkkeiden, kemikaalien ja lääkkeiden jakeita jne. Veden tai öljyn NMR-viivan intensiteetti ja leveys on mahdollista mitata kosteus ja öljypitoisuus korkealla tarkkuudella siemeniä, jyvien säilöntä. Vesisignaaleista virittäytyessä on mahdollista kirjata kunkin jyvän gluteenipitoisuus, mikä öljypitoisuusanalyysin tavoin mahdollistaa viljelykasvien nopeutetun valinnan. kulttuurit. Yhä vahvempien magneettikenttien käyttö (jopa 14 T sarjalaitteissa ja jopa 19 T kokeellisissa kokoonpanoissa) mahdollistaa proteiinimolekyylien rakenteen täydellisen määrittämisen liuoksissa, biologisten nesteiden ekspressoanalyysin (endogeenisten metaboliittien pitoisuudet veressä) , virtsa, imusolmukkeet, aivo-selkäydinneste), uusien polymeerimateriaalien laadunvalvonta. Tässä tapauksessa käytetään lukuisia monikvantti- ja moniulotteisten Fourier-spektroskooppisten tekniikoiden muunnelmia.