1. A jelenség lényege

   Mindenekelőtt meg kell jegyezni, hogy bár ennek a jelenségnek a neve tartalmazza a „nukleáris” szót, az NMR-nek semmi köze a magfizikához, és semmilyen módon nem kapcsolódik a radioaktivitáshoz. Ha szigorú leírásról beszélünk, akkor nem lehet nélkülözni a kvantummechanika törvényeit. E törvények szerint a mágneses mag és a külső mágneses tér kölcsönhatásának energiája csak néhány diszkrét értéket vehet fel. Ha a mágneses magokat váltakozó mágneses térrel sugározzuk be, amelynek frekvenciája megfelel e diszkrét energiaszintek frekvenciaegységekben kifejezett különbségének, akkor a mágneses magok elkezdenek mozogni egyik szintről a másikra, miközben elnyelik a váltakozó energiát. terület. Ez a mágneses rezonancia jelensége. Ez a magyarázat formailag helyes, de nem túl világos. Van egy másik magyarázat is, kvantummechanika nélkül. A mágneses mag egy elektromosan töltött golyóként képzelhető el, amely a tengelye körül forog (bár szigorúan véve ez nem így van). Az elektrodinamika törvényei szerint a töltés forgása mágneses tér megjelenéséhez vezet, vagyis az atommag mágneses momentumához, amely a forgástengely mentén irányul. Ha ezt a mágneses momentumot állandó külső térbe helyezzük, akkor ennek a momentumnak a vektora precesszálni kezd, azaz forogni kezd a külső tér iránya körül. Ugyanígy a felső tengelye precesszióban (forog) a függőleges körül, ha nem szigorúan függőlegesen, hanem bizonyos szögben csavarják ki. Ebben az esetben a mágneses mező szerepét a gravitációs erő játssza.

   A precessziós frekvenciát mind az atommag tulajdonságai, mind a mágneses tér erőssége határozza meg: minél erősebb a tér, annál nagyobb a frekvencia. Ekkor, ha az állandó külső mágneses tér mellett a magra egy váltakozó mágneses tér is hatással van, akkor a mag elkezd kölcsönhatásba lépni ezzel a mezővel - úgy tűnik, hogy erősebben lengeti a magot, a precessziós amplitúdó megnő, és a mag elnyeli a váltakozó mező energiáját. Ez azonban csak a rezonancia feltétele mellett fog megtörténni, azaz a precessziós frekvencia és a külső váltakozó tér frekvenciájának egybeesése esetén. Ez hasonló az iskolai fizika klasszikus példájához – a hídon átvonuló katonákhoz. Ha a lépés frekvenciája egybeesik a híd természetes frekvenciájával, akkor a híd egyre jobban leng. Kísérletileg ez a jelenség egy váltakozó mező abszorpciójának a frekvenciájától való függésében nyilvánul meg. A rezonancia pillanatában az abszorpció meredeken növekszik, és a legegyszerűbb mágneses rezonancia spektrum így néz ki:

   

2. Fourier-transzformációs spektroszkópia

   Az első NMR spektrométerek pontosan a fent leírtak szerint működtek - a mintát állandó mágneses térbe helyezték, és folyamatosan rádiófrekvenciás sugárzást alkalmaztak rá. Ekkor vagy a váltakozó tér frekvenciája, vagy az állandó mágneses tér intenzitása simán változott. A váltakozó térenergia abszorpcióját rádiófrekvenciás híd rögzítette, amelyről a jelet egy felvevőre vagy oszcilloszkópra továbbították. De ezt a jelrögzítési módszert már régóta nem alkalmazták. A modern NMR spektrométerekben a spektrumot impulzusokkal rögzítik. Az atommagok mágneses momentumait egy rövid erős impulzus gerjeszti, majd rögzíti az RF tekercsben a szabadon precesszáló mágneses momentumok által indukált jelet. Ez a jel fokozatosan nullára csökken, ahogy a mágneses momentumok egyensúlyba kerülnek (ezt a folyamatot mágneses relaxációnak nevezik). Az NMR-spektrumot ebből a jelből kapjuk Fourier-transzformáció segítségével. Ez egy szabványos matematikai eljárás, amely lehetővé teszi, hogy bármilyen jelet frekvenciaharmonikusokra bontson, és így megkapja a jel frekvenciaspektrumát. A spektrum rögzítésének ez a módszere lehetővé teszi a zajszint jelentős csökkentését és a kísérletek sokkal gyorsabb elvégzését.

   

   Az egyik izgalmas impulzus a spektrum rögzítésére a legegyszerűbb NMR-kísérlet. Egy kísérletben azonban sok ilyen különböző időtartamú, amplitúdójú, különböző késleltetésű, stb. impulzus lehet egy kísérletben, attól függően, hogy a kutatónak milyen manipulációkat kell végrehajtania a magmágneses nyomatékok rendszerével. Azonban ezeknek az impulzussorozatoknak szinte mindegyike ugyanazzal a dologgal végződik – szabad precessziós jel rögzítése, majd Fourier transzformáció.

3. Mágneses kölcsönhatások az anyagban

   Maga a mágneses rezonancia nem maradna más, mint egy érdekes fizikai jelenség, ha nem lennének mágneses kölcsönhatások az atommagok egymással és a molekula elektronhéjával. Ezek a kölcsönhatások befolyásolják a rezonancia paramétereket, és segítségükkel az NMR módszer sokrétű információt szolgáltathat a molekulák tulajdonságairól - orientációjukról, térszerkezetükről (konformációjuk), intermolekuláris kölcsönhatásokról, kémiai cseréről, forgási és transzlációs dinamikáról. Ennek köszönhetően az NMR az anyagok molekuláris szintű vizsgálatának igen hatékony eszközévé vált, amelyet nemcsak a fizikában, hanem elsősorban a kémiában és a molekuláris biológiában széles körben alkalmaznak. Egy ilyen kölcsönhatásra példa az úgynevezett kémiai eltolódás. Lényege a következő: egy molekula elektronhéja reagál egy külső mágneses térre, és megpróbálja azt átszűrni - a mágneses tér részleges átvilágítása minden diamágneses anyagban előfordul. Ez azt jelenti, hogy a molekulában lévő mágneses mező nagyon kis mértékben különbözik a külső mágneses tértől, amit kémiai eltolódásnak nevezünk. Az elektronhéj tulajdonságai azonban a molekula különböző részein eltérőek, és a kémiai eltolódás is eltérő. Ennek megfelelően a molekula különböző részein lévő magok rezonanciafeltételei is eltérőek lesznek. Ez lehetővé teszi a kémiailag nem egyenértékű magok megkülönböztetését a spektrumban. Például, ha a tiszta víz hidrogénatommagjainak (protonjainak) spektrumát vesszük, akkor csak egy vonal lesz, mivel a H 2 O molekulában a két proton pontosan ugyanaz. De a CH 3 OH metil-alkohol esetében már két vonal lesz a spektrumban (ha figyelmen kívül hagyjuk az egyéb mágneses kölcsönhatásokat), mivel kétféle proton létezik - a CH 3 metilcsoport protonjai és az oxigénatomhoz kapcsolódó proton. Ahogy a molekulák összetettebbé válnak, a vonalak száma nő, és ha egy ilyen nagy és összetett molekulát veszünk fehérjének, akkor ebben az esetben a spektrum valahogy így fog kinézni:

   

4. Mágneses magok

   Az NMR különböző magokon figyelhető meg, de el kell mondani, hogy nem minden atommag rendelkezik mágneses momentummal. Gyakran előfordul, hogy egyes izotópoknak van mágneses momentuma, de ugyanazon mag más izotópjainak nincs. Összesen több mint száz izotópja van a különféle kémiai elemeknek, amelyek mágneses maggal rendelkeznek, de a kutatás során általában legfeljebb 1520 mágneses magot használnak, minden más egzotikus. Minden atommagnak megvan a saját jellemző aránya a mágneses térnek és a precessziós frekvenciának, amelyet giromágneses aránynak neveznek. Minden atommag esetében ismertek ezek az összefüggések. Segítségükkel kiválasztható, hogy adott mágneses térben milyen frekvencián észleljük a kutatónak a magokból érkező jelet.

   Az NMR legfontosabb magjai a protonok. A természetben a legnagyobb mennyiségben előfordulnak, és nagyon nagy érzékenységgel rendelkeznek. A szén, a nitrogén és az oxigén atommagjai nagyon fontosak a kémia és a biológia számára, de a tudósoknak nem volt sok szerencséjük velük: a szén és oxigén leggyakoribb izotópjainak, a 12 C-nak és a 16 O-nak nincs mágneses momentuma, a természetes A nitrogén 14 N izotópjának van egy pillanata, de ez több okból is nagyon kényelmetlen a kísérletekhez. Vannak olyan 13 C, 15 N és 17 O izotópok, amelyek alkalmasak NMR-kísérletek elvégzésére, de természetes előfordulásuk nagyon alacsony, érzékenységük pedig nagyon alacsony a protonokhoz képest. Ezért az NMR vizsgálatokhoz gyakran speciális izotóppal dúsított mintákat készítenek, amelyekben egy adott mag természetes izotópját helyettesítik a kísérletekhez szükséges izotóppal. A legtöbb esetben ez az eljárás nagyon nehéz és költséges, de néha ez az egyetlen lehetőség a szükséges információk megszerzésére.

5. Elektronparamágneses és kvadrupólus rezonancia

   Ha az NMR-ről beszélünk, nem szabad megemlíteni két másik kapcsolódó fizikai jelenséget - az elektronparamágneses rezonanciát (EPR) és a magkvadrupólus rezonanciát (NQR). Az EPR lényegében hasonló az NMR-hez, a különbség az, hogy a rezonancia nem az atommagok, hanem az atom elektronhéjának mágneses momentumainál figyelhető meg. Az EPR csak azokban a molekulákban vagy kémiai csoportokban figyelhető meg, amelyek elektronhéja úgynevezett párosítatlan elektront tartalmaz, ekkor a héj nullától eltérő mágneses momentumú. Az ilyen anyagokat paramágneseknek nevezzük. Az EPR-t az NMR-hez hasonlóan az anyagok különböző szerkezeti és dinamikai tulajdonságainak molekuláris szintű vizsgálatára is használják, de felhasználási köre lényegesen szűkebb. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a legtöbb molekula, különösen az élő természetben, nem tartalmaz párosítatlan elektronokat. Bizonyos esetekben használhatunk úgynevezett paramágneses szondát, vagyis egy páratlan elektront tartalmazó kémiai csoportot, amely a vizsgált molekulához kötődik. Ennek a megközelítésnek azonban vannak nyilvánvaló hátrányai, amelyek korlátozzák ennek a módszernek a lehetőségeit. Ezenkívül az EPR nem rendelkezik olyan nagy spektrális felbontással (azaz nem képes megkülönböztetni az egyik vonalat a másiktól a spektrumban), mint az NMR-nél.

   A legnehezebb az NQR természetét „ujjakon” magyarázni. Egyes atommagokban elektromos kvadrupólmomentum van. Ez a momentum jellemzi az atommag elektromos töltése eloszlásának eltérését a gömbszimmetriától. Ennek a pillanatnak a kölcsönhatása az anyag kristályszerkezete által létrehozott elektromos tér gradiensével az atommag energiaszintjének kettéválásához vezet. Ebben az esetben rezonancia figyelhető meg a szintek közötti átmeneteknek megfelelő frekvencián. Ellentétben az NMR-rel és az EPR-rel, az NQR-nek nincs szüksége külső mágneses térre, mivel enélkül is megtörténik a szintosztás. Az NQR-t anyagok vizsgálatára is használják, de alkalmazási köre még az EPR-nél is szűkebb.

6. Az NMR előnyei és hátrányai

   

   Az NMR a leghatékonyabb és leginformatívabb módszer a molekulák tanulmányozására. Szigorúan véve ez nem egy módszer, hanem számos különböző típusú kísérlet, azaz impulzussorozat. Bár mindegyik az NMR jelenségén alapul, mindegyik kísérletet úgy tervezték, hogy bizonyos specifikus információkat szerezzen. E kísérletek számát sok tízben, ha nem százban mérik. Elméletileg az NMR képes, ha nem is mindenre, de szinte mindenre, amire a molekulák szerkezetének és dinamikájának tanulmányozására szolgáló összes többi kísérleti módszer képes, bár a gyakorlatban ez természetesen nem mindig megvalósítható. Az NMR egyik fő előnye, hogy egyrészt természetes szondái, azaz mágneses magjai eloszlanak a molekulában, másrészt lehetővé teszi ezen magok egymástól való megkülönböztetését és térbeli szelektív adatok beszerzését. a molekula tulajdonságairól. Szinte az összes többi módszer vagy a teljes molekulára, vagy annak csak egy részére vonatkozóan szolgáltat információt.

   Az NMR-nek két fő hátránya van. Először is, a legtöbb más kísérleti módszerhez (optikai spektroszkópia, fluoreszcencia, ESR stb.) képest alacsony az érzékenysége. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a zaj átlagolásához a jelet hosszú ideig fel kell halmozni. Egyes esetekben az NMR-kísérlet akár több hétig is elvégezhető. Másodszor, drága. Az NMR spektrométerek a legdrágább tudományos műszerek közé tartoznak, legalább több százezer dollárba kerülnek, a legdrágább spektrométerek pedig több millióba kerülnek. Nem minden laboratórium, különösen Oroszországban, engedheti meg magának, hogy ilyen tudományos felszereléssel rendelkezzen.

7. Mágnesek NMR spektrométerekhez

   A spektrométer egyik legfontosabb és legdrágább alkatrésze a mágnes, amely állandó mágneses teret hoz létre. Minél erősebb a mező, annál nagyobb az érzékenység és a spektrális felbontás, ezért a tudósok és mérnökök folyamatosan igyekeznek minél magasabbra állítani a mezőket. A mágneses mezőt a szolenoidban lévő elektromos áram hozza létre - minél erősebb az áram, annál nagyobb a mező. Az áramot azonban nagyon nagy áram mellett nem lehet korlátlanul növelni, a mágneses vezeték egyszerűen elkezd olvadni. Ezért a nagy térerejű NMR-spektrométerekben nagyon hosszú ideig szupravezető mágneseket használnak, vagyis olyan mágneseket, amelyekben a mágneses huzal szupravezető állapotban van. Ebben az esetben a vezeték elektromos ellenállása nulla, és egyetlen áramértéken sem szabadul fel energia. A szupravezető állapot csak nagyon alacsony, néhány Kelvin-fok, a folyékony hélium hőmérsékletén érhető el. (A magas hőmérsékletű szupravezetés még mindig tisztán fundamentális kutatások területe.) Az ilyen alacsony hőmérséklet fenntartásával jár együtt a mágnesek tervezésének és gyártásának minden technikai nehézsége, ami megdrágítja azokat. A szupravezető mágnes a termosz-matryoshka elvén épül fel. A mágnesszelep középen, a vákuumkamrában található. Folyékony héliumot tartalmazó héj veszi körül. Ezt a héjat egy vákuumrétegen keresztül folyékony nitrogénhéj veszi körül. A folyékony nitrogén hőmérséklete mínusz 196 Celsius fok. A hélium lehető leglassabb elpárolgása érdekében nitrogénre van szükség. Végül a nitrogénhéjat szobahőmérsékleten egy külső vákuumréteg választja el. Egy ilyen rendszer nagyon hosszú ideig képes fenntartani a szupravezető mágnes kívánt hőmérsékletét, bár ehhez rendszeresen folyékony nitrogént és héliumot kell hozzáadni a mágneshez. Az ilyen mágnesek előnye amellett, hogy nagy mágneses teret érnek el, az is, hogy nem fogyasztanak energiát: a mágnes elindítása után az áram sok éven át gyakorlatilag veszteség nélkül halad át a szupravezető vezetékeken.

8. Tomográfia

   A hagyományos NMR spektrométerekben igyekeznek minél egyenletesebbé tenni a mágneses teret, ez a spektrális felbontás javításához szükséges. De ha a mintán belüli mágneses mezőt ezzel szemben nagyon inhomogénné tesszük, az alapvetően új lehetőségeket nyit meg az NMR alkalmazásában. A mező inhomogenitását úgynevezett gradiens tekercsek hozzák létre, amelyek a fő mágnessel párhuzamosan működnek. Ebben az esetben a mágneses tér nagysága a minta különböző részein eltérő lesz, ami azt jelenti, hogy az NMR jel nem a teljes mintából figyelhető meg, mint egy hagyományos spektrométerben, hanem csak annak keskeny rétegéből, amelyre a rezonancia feltételek teljesülnek, azaz a mágneses tér és a frekvencia közötti kívánt kapcsolat. A mágneses tér nagyságának (vagy ami lényegében ugyanaz, a jel megfigyelési gyakoriságának) megváltoztatásával megváltoztathatja a jelet előállító réteget. Ily módon lehetőség nyílik a minta teljes térfogatának „szkennelésére”, és belső háromdimenziós szerkezetének „megtekintésére” anélkül, hogy a mintát bármilyen mechanikai módon megsemmisítené. A mai napig számos olyan technikát fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik különböző NMR-paraméterek (spektrális jellemzők, mágneses relaxációs idők, öndiffúziós sebesség és néhány egyéb) mérését a mintán belüli térbeli felbontással. A gyakorlati szempontból legérdekesebb és legfontosabb NMR-tomográfia alkalmazását az orvostudományban találták. Ebben az esetben a vizsgált „minta” az emberi test. Az NMR képalkotás az egyik leghatékonyabb és legbiztonságosabb (de egyben költséges) diagnosztikai eszköz az orvostudomány különböző területein, az onkológiától a szülészetig. Érdekes megjegyezni, hogy az orvosok nem használják a „nukleáris” szót ennek a módszernek a nevében, mert egyes betegek nukleáris reakciókkal és az atombombával asszociálnak.

9. A felfedezés története

   

   Az NMR felfedezésének évének 1945-öt tekintik, amikor az amerikaiak Felix Bloch Stanfordból és tőle függetlenül a harvardi Edward Purcell és Robert Pound először figyelték meg az NMR jelet protonokon. Ekkor már sok mindent lehetett tudni a magmágnesesség természetéről, magát az NMR-effektust elméletileg megjósolták, és több kísérlet is történt kísérleti megfigyelésére. Fontos megjegyezni, hogy egy évvel korábban a Szovjetunióban, Kazanyban fedezte fel az EPR jelenséget Jevgenyij Zavojszkij. Ma már köztudott, hogy Zavoisky is megfigyelte az NMR jelet, ez még a háború előtt, 1941-ben volt. Rendelkezésére állt azonban egy gyenge minőségű mágnes, amely gyenge téregyenletességgel rendelkezik, és ezért az eredményeket nem publikálták. Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy nem Zavoisky volt az egyetlen, aki megfigyelte az NMR-t a „hivatalos” felfedezése előtt. Isidor Rabi amerikai fizikus (1944-ben Nobel-díjas az atommagok mágneses tulajdonságainak tanulmányozásáért atomi és molekuláris nyalábokban) szintén megfigyelte az NMR-t a 30-as évek végén, de műszeres műalkotásnak tekintette. Így vagy úgy, hazánk továbbra is elsőbbséget élvez a mágneses rezonancia kísérleti kimutatásában. Bár maga Zavoisky nem sokkal a háború után más problémákkal kezdett foglalkozni, felfedezése óriási szerepet játszott a kazanyi tudomány fejlődésében. Kazan továbbra is a világ egyik vezető EPR spektroszkópiai tudományos központja.

10. Mágneses rezonancia Nobel-díjak

    A 20. század első felében több Nobel-díjat ítéltek oda tudósoknak, akiknek munkája nélkül nem jöhetett volna létre az NMR felfedezése. Köztük Peter Zeeman, Otto Stern, Isidor Rabi, Wolfgang Pauli. De négy Nobel-díj közvetlenül kapcsolódott az NMR-hez. 1952-ben a díjat Felix Bloch és Edward Purcell kapta a mágneses magrezonancia felfedezéséért. Ez az egyetlen „NMR” fizikai Nobel-díj. 1991-ben a svájci Richard Ernst kapta meg a kémiai díjat, aki a híres zürichi ETH-n dolgozott. Többdimenziós NMR-spektroszkópiai módszerek kidolgozásáért kapta, amely lehetővé tette az NMR-kísérletek információtartalmának radikális növelését. 2002-ben a szintén kémia díjat Kurt Wüthrich nyerte, aki Ernsttel együtt dolgozott a szomszédos épületekben ugyanabban a műszaki iskolában. A díjat az oldatban lévő fehérjék háromdimenziós szerkezetének meghatározására szolgáló módszerek kidolgozásáért kapta. Korábban az egyetlen módszer a nagy biomakromolekulák térbeli konformációjának meghatározására a röntgendiffrakciós analízis volt. Végül 2003-ban az amerikai Paul Lauterbur és az angol Peter Mansfield kapta meg az orvosi díjat az NMR-tomográfia feltalálásáért. Az EPR szovjet felfedezője, E. K. Zavoisky sajnos nem kapott Nobel-díjat.

Nukleáris mágneses rezonancia

Nukleáris mágneses rezonancia (NMR) - zérustól eltérő spinű magokat tartalmazó anyag rezonancia-abszorpciója vagy kibocsátása külső mágneses térben, ν frekvencián (úgynevezett NMR-frekvencia), az atommagok mágneses momentumainak átrendeződése következtében. A mágneses magrezonancia jelenségét 1938-ban Isaac Rabi fedezte fel molekuláris nyalábokban, amiért 1944-ben Nobel-díjat kapott. 1946-ban Felix Bloch és Edward Mills Purcell mágneses magrezonanciát szerzett folyadékokban és szilárd anyagokban (Nobel-díj 1952). .

Ugyanazok az atommagok különböző környezetekben egy molekulában eltérő NMR jeleket mutatnak. Az ilyen NMR jel és a standard anyag jele közötti különbség lehetővé teszi az úgynevezett kémiai eltolódás meghatározását, amelyet a vizsgált anyag kémiai szerkezete határoz meg. Az NMR technikák számos lehetőséget kínálnak az anyagok kémiai szerkezetének, a molekuláris konformációknak, a kölcsönös befolyásoló hatásoknak és az intramolekuláris átalakulásoknak a meghatározására.

Matematikai leírás Az atommag mágneses nyomatéka mu=y*lgdel- a mag spinje; y-bar állandó Az NMR megfigyelési gyakorisága

A magok kémiai polarizációja

Amikor néhány kémiai reakció mágneses térben játszódik le, a reakciótermékek NMR-spektrumaiban rendellenesen nagy abszorpció vagy rádiósugárzás észlelhető. Ez a tény a nukleáris Zeeman-szintek nem egyensúlyi populációját jelzi a reakciótermékek molekuláiban. Az alacsonyabb szintű túlzott populációt rendellenes felszívódás kíséri. A fordított populáció (a felső szint népesebb, mint az alsó) rádiósugárzáshoz vezet. Ezt a jelenséget az ún az atommagok kémiai polarizációja

Az NMR-ben a magmágnesezés fokozására használják Egyes atommagok larmor frekvenciái

mag	Larmor frekvencia MHz-ben, 0,5 Tesla	Larmor frekvencia MHz-ben, 1 Tesla	Larmor frekvencia MHz-ben, 7,05 Tesla
1H( Hidrogén)
²D ( Deutérium)
13 C ( Szén)
23Na( Nátrium)
39 K ( Kálium)

A protonrezonancia frekvenciája a tartományban van rövid hullámok(hullámhossz kb. 7 m) .

Az NMR alkalmazásai

Spektroszkópia

NMR spektroszkópia

Eszközök

Az NMR spektrométer szíve erős mágnes. Egy Purcell által először a gyakorlatba bevezetett kísérletben egy körülbelül 5 mm átmérőjű üvegampullába helyezett mintát egy erős elektromágnes pólusai közé helyeznek. Ezután a mágneses tér egyenletességének javítása érdekében az ampulla forogni kezd, és a rá ható mágneses tér fokozatosan erősödik. Sugárforrásként nagy Q rádiófrekvenciás generátort használnak. Növekvő mágneses tér hatására rezonálni kezdenek azok az atommagok, amelyekre a spektrométer hangolva van. Ebben az esetben az árnyékolt atommagok valamivel alacsonyabb frekvencián rezonálnak, mint az elektronhéj nélküli atommagok. Az energiaelnyelést egy rádiófrekvenciás híd érzékeli, majd egy felvevő rögzíti. A frekvenciát addig növeljük, amíg el nem ér egy bizonyos határt, amely felett a rezonancia nem lehetséges.

Mivel a hídról érkező áramok nagyon kicsik, nem korlátozódnak egy spektrum felvételére, hanem több tucat áthaladást hajtanak végre. Az összes vett jelet a végső grafikon foglalja össze, melynek minősége a készülék jel-zaj viszonyától függ.

Ennél a módszernél a mintát állandó frekvenciájú rádiófrekvenciás besugárzásnak teszik ki, miközben a mágneses tér erőssége változó, ezért folyamatos hullámú (CW) besugárzási módszernek is nevezik.

A hagyományos NMR spektroszkópiai módszernek számos hátránya van. Először is sok időre van szükség az egyes spektrumok felépítéséhez. Másodszor, nagyon igényes a külső interferencia hiányára, és általában a kapott spektrumok jelentős zajjal rendelkeznek. Harmadszor, nem alkalmas nagyfrekvenciás spektrométerek (300, 400, 500 és több MHz) létrehozására. Ezért a modern NMR műszerek az úgynevezett impulzusspektroszkópia (PW) módszerét alkalmazzák, amely a vett jel Fourier-transzformációján alapul. Jelenleg minden NMR spektrométer erős szupravezető mágnesekre épül, állandó mágneses térrel.

A CW módszerrel ellentétben az impulzusos változatban a magokat nem „állandó hullámmal”, hanem egy rövid, több mikroszekundumig tartó impulzus segítségével gerjesztik. Az impulzus frekvenciakomponenseinek amplitúdója a ν 0-tól való távolság növekedésével csökken. De mivel kívánatos, hogy minden mag egyformán legyen besugározva, „kemény impulzusokat”, azaz rövid, nagy teljesítményű impulzusokat kell használni. Az impulzus időtartamát úgy választjuk meg, hogy a frekvenciasáv szélessége egy vagy két nagyságrenddel nagyobb legyen, mint a spektrum szélessége. A teljesítmény eléri a több ezer wattot.

Az impulzusspektroszkópia eredményeként nem a szokásos spektrumot kapjuk látható rezonanciacsúcsokkal, hanem csillapított rezonancia-oszcillációk képét, amelyben az összes rezonáló magból származó összes jel keveredik - az úgynevezett „szabad indukciós bomlás” (FID, ingyenes indukció hanyatlás). Ennek a spektrumnak a transzformálására matematikai módszereket, az úgynevezett Fourier-transzformációt alkalmazzák, amely szerint bármely függvény ábrázolható harmonikus rezgések halmazának összegeként.

NMR spektrumok

1 H 4-etoxi-benzaldehid spektruma. Gyenge térben (szingulett ~9,25 ppm) a jel az aldehidcsoport protonjától, erős térben (triplet ~1,85-2 ppm) - a metil-etoxicsoport protonjaitól származik.

Az NMR-t használó kvalitatív analízishez spektrumanalízist alkalmazunk, ennek a módszernek a következő figyelemre méltó tulajdonságai alapján:

az egyes funkciós csoportokhoz tartozó atomok magjaiból származó jelek a spektrum szigorúan meghatározott területein helyezkednek el;

a csúcs által határolt integrálterület szigorúan arányos a rezonáló atomok számával;

az 1-4 kötésen átfekvő magok multiplett jelek előállítására képesek az ún. egymásra szakadás.

A jel helyzetét az NMR-spektrumokban a referenciajelhez viszonyított kémiai eltolódásuk jellemzi. Ez utóbbiként tetrametil-szilán Si(CH3)4-et (TMS) használunk az1H- és13C-NMR-ben. A kémiai eltolódás mértékegysége a műszer frekvenciájának milliórésze (ppm). Ha a TMS jelet 0-nak vesszük, és a jel gyenge mezőbe való eltolódását pozitív kémiai eltolódásnak tekintjük, akkor megkapjuk az ún. δ skálát. Ha a tetrametil-szilán rezonanciája 10 ppm. és fordítsuk meg az előjeleket, akkor a kapott skála a jelenleg gyakorlatilag nem használt τ skála lesz. Ha egy anyag spektruma túl bonyolult ahhoz, hogy értelmezni lehessen, kvantumkémiai módszerekkel kiszámíthatja a szűrési állandókat, és ezek alapján korrelálhatja a jeleket.

NMR introszkópia

A mágneses magrezonancia jelensége nemcsak a fizikában és a kémiában, hanem az orvostudományban is hasznosítható: az emberi test ugyanazon szerves és szervetlen molekulák gyűjteménye.

Ennek a jelenségnek a megfigyeléséhez egy tárgyat állandó mágneses térbe helyeznek, és rádiófrekvenciás és gradiens mágneses mezőknek teszik ki. A vizsgált tárgyat körülvevő induktor tekercsben váltakozó elektromotoros erő (EMF) keletkezik, amelynek amplitúdó-frekvencia spektruma és időtranziens karakterisztikái információt hordoznak a rezonáló atommagok térbeli sűrűségéről, valamint egyéb, csak erre jellemző paraméterekről. nukleáris mágneses rezonancia. Ezen információk számítógépes feldolgozása háromdimenziós képet hoz létre, amely jellemzi a kémiailag egyenértékű atommagok sűrűségét, a mágneses magrezonancia relaxációs idejét, a folyadékáramlási sebességek eloszlását, a molekulák diffúzióját és az élő szövetekben zajló biokémiai anyagcsere folyamatokat.

Az NMR introszkópia (vagy mágneses rezonancia képalkotás) lényege valójában a mágneses magrezonancia jel amplitúdójának egy speciális kvantitatív elemzésének megvalósítása. A hagyományos NMR-spektroszkópiában a spektrumvonalak lehető legjobb felbontására törekszünk. Ennek elérése érdekében a mágneses rendszereket úgy állítják be, hogy a lehető legjobb téregyenletességet biztosítsák a mintán belül. Ezzel szemben az NMR introszkópos módszerekben a létrehozott mágneses tér nyilvánvalóan nem egyenletes. Akkor van okunk arra számítani, hogy a mágneses magrezonancia frekvenciája a minta minden pontjában megvan a maga értéke, amely különbözik a többi rész értékétől. Ha bármilyen kódot beállít az NMR-jelek amplitúdójának gradációjához (fényerő vagy szín a monitor képernyőjén), hagyományos képet (tomogramot) kaphat az objektum belső szerkezetének szakaszairól.

Az NMR introszkópiát és az NMR tomográfiát először V. A. Ivanov találta fel a világon 1960-ban. Egy hozzá nem értő szakértő a találmány (módszer és eszköz) iránti kérelmet „...a javasolt megoldás nyilvánvaló haszontalansága miatt” utasította el, így az erre vonatkozó szerzői jogi tanúsítványt csak több mint 10 évvel később adták ki. Így hivatalosan elismert tény, hogy az NMR-tomográfia szerzője nem az alább felsorolt ​​Nobel-díjasok csapata, hanem egy orosz tudós. E jogi tény ellenére az NMR-tomográfiáért járó Nobel-díjat nem V. A. Ivanov kapta.

A mágneses magrezonancia (NMR) a legbiztonságosabb diagnosztikai módszer

Köszönöm

Az oldal csak tájékoztató jellegű hivatkozási információkat tartalmaz. A betegségek diagnosztizálását és kezelését szakember felügyelete mellett kell elvégezni. Minden gyógyszernek van ellenjavallata. Szakorvosi konzultáció szükséges!

Általános információ

Jelenség mágneses magrezonancia (NMR) Isaac rabbi fedezte fel 1938-ban. A jelenség alapja az atommagok mágneses tulajdonságainak jelenléte. Csak 2003-ban találtak ki módszert ennek a jelenségnek az orvostudományban történő diagnosztikai célú felhasználására. A találmányért szerzői Nobel-díjat kaptak. A spektroszkópiában a vizsgált test vagyis a páciens testét) elektromágneses mezőbe helyezik, és rádióhullámokkal besugározzák. Ez egy teljesen biztonságos módszer ( ellentétben például a számítógépes tomográfiával), amelynek felbontása és érzékenysége nagyon magas.

Alkalmazás a közgazdaságtanban és a tudományban

1. A kémiában és a fizikában a reakcióban részt vevő anyagok azonosítása, valamint a reakciók végeredménye,
2. A gyógyszerek előállítására szolgáló farmakológiában
3. A mezőgazdaságban a gabona kémiai összetételének és a vetéskészültség meghatározásához ( nagyon hasznos új fajok nemesítésében),
4. Az orvostudományban - diagnosztikára. Nagyon informatív módszer a gerincbetegségek, különösen a csigolyaközi lemezek diagnosztizálására. Lehetővé teszi a lemez integritásának legkisebb megsértésének észlelését is. Kimutatja a rákos daganatokat a kialakulásának korai szakaszában.

A módszer lényege

A mágneses magrezonancia módszer azon a tényen alapul, hogy abban a pillanatban, amikor a test egy speciálisan hangolt nagyon erős mágneses térben van ( 10 000-szer erősebb, mint bolygónk mágneses tere), a test minden sejtjében jelenlévő vízmolekulák a mágneses tér irányával párhuzamosan elhelyezkedő láncokat alkotnak.

Ha hirtelen megváltoztatja a mező irányát, a vízmolekula egy részecskét elektromos áramot bocsát ki. Ezeket a töltéseket észleli az eszköz érzékelői, és elemzi a számítógép. A sejtekben a vízkoncentráció intenzitása alapján a számítógép modellt készít a vizsgált szervről vagy testrészről.

A kijáratnál az orvosnak van egy monokróm képe, amelyen nagyon részletesen láthatók a szerv vékony metszete. Információtartalmát tekintve ez a módszer jelentősen meghaladja a számítógépes tomográfiát. Néha még több részletet közölnek a vizsgált szervről, mint amennyi a diagnózishoz szükséges.

A mágneses rezonancia spektroszkópia típusai

• biológiai folyadékok,
• Belső szervek.

A technika lehetővé teszi az emberi test összes szövetének részletes vizsgálatát, beleértve a vizet is. Minél több folyadék van a szövetekben, annál világosabbak és világosabbak a képen. A csontokat, amelyekben kevés a víz, sötéten ábrázolják. Ezért a számítógépes tomográfia informatívabb a csontbetegségek diagnosztizálásában.

A mágneses rezonancia perfúziós technika lehetővé teszi a vér mozgásának monitorozását a máj és az agy szövetein keresztül.

Ma az orvostudományban ezt a nevet szélesebb körben használják MRI (Mágneses rezonancia képalkotás ), mivel a nukleáris reakció említése a címben megijeszti a betegeket.

Javallatok

1. Agyi betegségek
2. Az agy egyes részeinek funkcióinak tanulmányozása,
3. Ízületi betegségek,
4. A gerincvelő betegségei,
5. A hasüreg belső szerveinek betegségei,
6. A húgyúti és a reproduktív rendszer betegségei,
7. A mediastinum és a szív betegségei,
8. Érrendszeri betegségek.

Ellenjavallatok

Abszolút ellenjavallatok:
1. Pacemaker,
2. Elektronikus vagy ferromágneses középfül protézisek,
3. Ferromágneses Ilizarov készülékek,
4. Nagyméretű fém belső protézisek,
5. Az agyi erek vérzéscsillapító bilincsei.

Relatív ellenjavallatok:
1. idegrendszer stimulánsok,
2. inzulin pumpák,
3. Más típusú belső fülprotézisek,
4. Szívbillentyűprotézisek,
5. Vérzéscsillapító bilincsek más szerveken,
6. Terhesség ( nőgyógyász szakvélemény beszerzése szükséges),
7. szívelégtelenség a dekompenzáció szakaszában,
8. Klausztrofóbia ( félelem a zárt terektől).

Felkészülés a tanulmányra

Speciális felkészülésre csak azoknál a betegeknél van szükség, akiknél belső szervi vizsgálatot végeznek ( húgyúti és emésztőrendszer): Az eljárás előtt öt órával nem szabad enni.
Ha a fejet vizsgálják, a szép nemnek ajánlott eltávolítani a sminket, mivel a kozmetikumokban található anyagok ( például szemhéjfestékben), hatással lehet az eredményekre. Minden fém ékszert el kell távolítani.
Néha az egészségügyi személyzet egy hordozható fémdetektor segítségével ellenőrzi a pácienst.

Hogyan zajlik a kutatás?

A vizsgálat megkezdése előtt minden beteg kitölt egy kérdőívet, amely segít azonosítani az ellenjavallatokat.

Az eszköz egy széles cső, amelybe a pácienst vízszintes helyzetbe helyezik. A betegnek teljesen mozdulatlannak kell lennie, különben a kép nem lesz elég tiszta. A cső belsejében nincs sötét és friss szellőzés van, így az eljárás körülményei meglehetősen kényelmesek. Egyes telepítések észrevehető zümmögést produkálnak, majd a vizsgált személy zajelnyelő fejhallgatót visel.

A vizsgálat időtartama 15 perctől 60 percig terjedhet.
Egyes egészségügyi központok lehetővé teszik, hogy egy hozzátartozó vagy kísérő személy tartózkodjon a pácienssel abban a helyiségben, ahol a vizsgálatot végzik ( ha nincs ellenjavallata).

Egyes egészségügyi központokban aneszteziológus nyugtatókat ad be. Ebben az esetben az eljárás sokkal könnyebben tolerálható, különösen a klausztrofóbiában szenvedő betegek, kisgyermekek vagy olyan betegek, akik valamilyen okból nehezen tudnak nyugton maradni. A beteg a terápiás alvás állapotába esik, és kipihenten, felfrissülve jön ki belőle. Az alkalmazott gyógyszerek gyorsan kiürülnek a szervezetből, és biztonságosak a beteg számára.

A vizsgálat eredménye az eljárás befejezése után 30 percen belül készen áll. Az eredményt DVD, orvosi jelentés és fényképek formájában adják ki.

Kontrasztanyag használata NMR-ben

Leggyakrabban az eljárás kontraszt használata nélkül történik. Bizonyos esetekben azonban szükséges ( érrendszeri kutatáshoz). Ebben az esetben a kontrasztanyagot katéter segítségével intravénásan infundáljuk. Az eljárás hasonló bármely intravénás injekcióhoz. Az ilyen típusú kutatásokhoz speciális anyagokat használnak - paramágnesek. Ezek gyenge mágneses anyagok, amelyek részecskéi külső mágneses térben a térerővonalakkal párhuzamosan mágneseződnek.

Ellenjavallatok a kontrasztanyag használatához:

• Terhesség,
• Egyéni intolerancia a kontrasztanyag összetevőivel szemben, korábban azonosítva.

Érrendszeri vizsgálat (mágneses rezonancia angiográfia)

Ezzel a módszerrel nyomon követheti a keringési hálózat állapotát és a vér mozgását az edényeken keresztül.
Annak ellenére, hogy a módszer lehetővé teszi az erek „látását” kontrasztanyag nélkül, használatával a kép tisztább.
A speciális 4-D telepítések lehetővé teszik a vér mozgásának szinte valós időben történő nyomon követését.

Javallatok:

• Veleszületett szívhibák,
• Aneurizma, disszekció,
• érszűkület,

Agykutatás

Ez egy agyteszt, amely nem használ radioaktív sugarakat. A módszer lehetővé teszi a koponya csontjainak megtekintését, de részletesebben megvizsgálhatja a lágy szöveteket. Kiváló diagnosztikai módszer az idegsebészetben, valamint a neurológiában. Lehetővé teszi a régi zúzódások és agyrázkódások, agyvérzések, valamint a daganatok következményeinek kimutatását.
Általában ismeretlen etiológiájú migrénszerű állapotok, tudatzavar, daganatok, hematómák és koordináció hiánya esetén írják fel.

Az agy MRI a következőket vizsgálja:

• a nyak fő erei,
• az agyat ellátó vérerek
• agyszövet,
• a szemgödör pályái,
• az agy mélyebb részei ( kisagy, tobozmirigy, agyalapi mirigy, hosszúkás és köztes szakaszok).

Funkcionális NMR

Ez a diagnózis azon a tényen alapszik, hogy ha az agy egy bizonyos funkcióért felelős bármely része aktiválódik, akkor az adott területen a vérkeringés fokozódik.
A vizsgált személy különféle feladatokat kap, ezek végrehajtása során rögzítik a vérkeringést az agy különböző részein. A kísérletek során kapott adatokat összehasonlítjuk a pihenőidő alatt kapott tomogrammal.

Gerinc vizsgálata

Ez a módszer kiválóan alkalmas idegvégződések, izmok, csontvelő és szalagok, valamint csigolyaközi lemezek vizsgálatára. De gerinctörések vagy csontszerkezetek tanulmányozásának szükségessége esetén ez valamivel rosszabb, mint a számítógépes tomográfia.

Megvizsgálhatja az egész gerincet, vagy csak az érintett területet: a nyaki, a mellkasi, a lumbosacralis és a farkcsont külön-külön is. Így a nyaki gerinc vizsgálatakor kimutathatók az erek és a csigolyák olyan patológiái, amelyek befolyásolják az agy vérellátását.
Az ágyéki régió vizsgálatakor csigolyaközi sérvek, csont- és porctüskék, valamint becsípődött idegek észlelhetők.

Javallatok:

• A csigolyaközi lemezek alakjának változásai, beleértve a sérveket,
• Hát- és gerincsérülések
• Osteochondrosis, dystrophiás és gyulladásos folyamatok a csontokban,
• Neoplazmák.

Gerincvelő vizsgálat

A gerincvizsgálattal egyidejűleg történik.

Javallatok:

• A gerincvelői neoplazmák, fokális elváltozások valószínűsége,
• A gerincvelő üregeinek cerebrospinális folyadékkal való feltöltésének szabályozására,
• Gerincvelő ciszták,
• A műtét utáni felépülés nyomon követésére,
• Ha fennáll a gerincvelő-betegség veszélye.

Közös vizsgálat

Ez a kutatási módszer nagyon hatékony az ízületet alkotó lágy szövetek állapotának vizsgálatára.

Diagnosztikai célokra használják:

• Krónikus ízületi gyulladás,
• Ín-, izom- és szalagsérülések ( különösen gyakran használják a sportgyógyászatban),
• Perelomov,
• Lágy szövetek és csontok daganatai,
• Más diagnosztikai módszerekkel nem észlelt károsodás.

Alkalmazható:

• Csípőízületek vizsgálata osteomyelitisre, combfej nekrózisára, stressztörésre, szeptikus ízületi gyulladásra,
• Térdízületek vizsgálata stressztörésekre, egyes belső alkatrészek épségének megsértésére ( meniszkusz, porc),
• A vállízület vizsgálata elmozdulásokra, becsípődött idegekre, ízületi tok repedésére,
• A csuklóízület vizsgálata instabilitás, többszörös törés, a középső ideg becsípődése és szalagkárosodás esetén.

A temporomandibularis ízület vizsgálata

Az ízületi diszfunkció okainak meghatározására írják elő. Ez a vizsgálat a legteljesebben feltárja a porcok és az izmok állapotát, és lehetővé teszi a diszlokációk kimutatását. Fogszabályozási vagy ortopédiai műtétek előtt is alkalmazzák.

Javallatok:

• Az alsó állkapocs mobilitása károsodott,
• Kattogó hangok a száj kinyitásakor és bezárásakor,
• Fájdalom a templomban a száj kinyitásakor és bezárásakor,
• Fájdalom a rágóizmok tapintásakor,
• Fájdalom a nyak és a fej izmaiban.

A hasüreg belső szerveinek vizsgálata

A hasnyálmirigy és a máj vizsgálatát a következő esetekben írják elő:

• nem fertőző sárgaság,
• Májdaganat, degeneráció, tályog, ciszták, cirrhosis kialakulásának valószínűsége,
• A kezelés előrehaladásának nyomon követésére,
• Traumás szakadások esetén,
• Kövek az epehólyagban vagy az epeutakban,
• Pancreatitis bármilyen formában,
• Neoplazmák kialakulásának valószínűsége,
• A parenchymás szervek iszkémiája.

A módszer lehetővé teszi a hasnyálmirigy-ciszták kimutatását és az epeutak állapotának vizsgálatát. A csatornákat elzáró képződmények azonosításra kerülnek.

Vesevizsgálatot írnak elő, ha:

• Neoplazma gyanúja,
• A vesék közelében található szervek és szövetek betegségei,
• A húgyúti szervek képződésének megzavarásának valószínűsége,
• Ha a kiválasztó urográfia elvégzése lehetetlen.

A belső szervek mágneses magrezonanciával történő vizsgálata előtt ultrahangvizsgálatot kell végezni.

A reproduktív rendszer betegségeinek kutatása

Kismedencei vizsgálatokat írnak elő:

• A méh, a hólyag, a prosztata daganatának valószínűsége,
• Sérülések,
• Kismedencei neoplazmák a metasztázisok azonosítására,
• Fájdalom a keresztcsont területén,
• Vesiculitis,
• A nyirokcsomók állapotának vizsgálata.

Prosztatarák esetén ezt a vizsgálatot a daganat közeli szervekre való terjedésének kimutatására írják elő.

Nem tanácsos vizelni egy órával a vizsgálat előtt, mert a kép informatívabb lesz, ha a hólyag valamelyest megtelt.

Tanulmányozás a terhesség alatt

Annak ellenére, hogy ez a kutatási módszer sokkal biztonságosabb, mint a röntgen vagy a számítógépes tomográfia, szigorúan tilos a terhesség első trimeszterében használni.
A második és harmadik trimeszterben a módszert csak egészségügyi okokból írják elő. Az eljárás veszélye a terhes nő szervezetére nézve, hogy a beavatkozás során egyes szövetek felmelegednek, ami nemkívánatos változásokat okozhat a magzat képződésében.
De a kontrasztanyag alkalmazása a terhesség alatt szigorúan tilos a terhesség bármely szakaszában.

Elővigyázatossági intézkedések

1. Egyes NMR-berendezések zárt csőként vannak kialakítva. Azok az emberek, akik félnek a zárt terektől, támadást tapasztalhatnak. Ezért jobb, ha előre érdeklődik az eljárás menetéről. Vannak nyílt típusú telepítések. Ezek egy röntgenszobához hasonló helyiségek, de ritkák az ilyen létesítmények.

2. A helyiségbe, ahol a készülék található, tilos fémtárgyakkal és elektronikus eszközökkel belépni ( pl karórák, ékszerek, kulcsok), mivel erős elektromágneses térben az elektronikus eszközök eltörhetnek, és a kis fémtárgyak szétrepülhetnek. Ugyanakkor nem teljesen helyes felmérési adatokat kapunk.

Használat előtt konzultálnia kell egy szakemberrel.

A cikk tartalma

MÁGNESES REZONANCIA, a rádiófrekvenciás sugárzás rezonáns (szelektív) elnyelése bizonyos állandó mágneses térbe helyezett atomrészecskék által. A legtöbb elemi részecske, például a csúcsok, a saját tengelye körül forog. Ha egy részecske elektromos töltéssel rendelkezik, akkor forgása során mágneses tér keletkezik, pl. úgy viselkedik, mint egy apró mágnes. Amikor ez a mágnes kölcsönhatásba lép egy külső mágneses térrel, olyan jelenségek lépnek fel, amelyek lehetővé teszik, hogy információt szerezzünk az elemi részecskét tartalmazó magokról, atomokról vagy molekulákról. A mágneses rezonancia módszere egy univerzális kutatási eszköz, amelyet a tudomány olyan változatos területein használnak, mint a biológia, a kémia, a geológia és a fizika. A mágneses rezonanciáknak két fő típusa van: az elektronparamágneses rezonancia és a mágneses magrezonancia.

Elektronparamágneses rezonancia (EPR).

Mágneses magrezonancia (NMR).

Az NMR-t 1946-ban E. Purcell és F. Bloch amerikai fizikusok fedezték fel. Egymástól függetlenül találtak módot arra, hogy egyes atomok, például a hidrogén és az egyik szénizotóp magjának belső forgását mágneses térben rezonánsan „hangolják”. Ha egy ilyen atommagot tartalmazó mintát erős mágneses térbe helyeznek, a nukleáris nyomatékuk „egyenesbe kerül”, mint az állandó mágnes közelében lévő vasreszelék. Ezt az általános tájolást megzavarhatja egy RF jel. Amikor a jelet kikapcsolják, a nukleáris momentumok visszatérnek eredeti állapotukba, és a helyreállítás sebessége függ energiaállapotuktól, a környező atommagok típusától és számos egyéb tényezőtől. Az átmenetet rádiófrekvenciás jel kibocsátása kíséri. A jelet egy számítógéphez küldik, amely feldolgozza azt. Ily módon (számítógépes magmágneses tomográfiás módszerrel) képeket lehet készíteni. (A külső mágneses tér kis lépésekben történő változtatásával háromdimenziós képhatás érhető el.) Az NMR-módszer a képen a különböző lágyszövetek nagy kontrasztját biztosítja, ami rendkívül fontos a beteg sejtek egészségesekkel szembeni azonosításához. Az NMR képalkotás biztonságosabb, mint a röntgen, mivel nem okoz sem szövetkárosodást, sem irritációt

mágneses magrezonancia spektrometria

Az NMR a leghatékonyabb és leginformatívabb módszer a molekulák tanulmányozására. Szigorúan véve ez nem egy módszer, hanem számos különböző típusú kísérlet, azaz impulzussorozat. Bár mindegyik az NMR jelenségén alapul, mindegyik kísérletet úgy tervezték, hogy bizonyos specifikus információkat szerezzen. E kísérletek számát sok tízben, ha nem százban mérik. Elméletileg az NMR képes, ha nem is mindenre, de szinte mindenre, amire a molekulák szerkezetének és dinamikájának tanulmányozására szolgáló összes többi kísérleti módszer képes, bár a gyakorlatban ez természetesen nem mindig megvalósítható. Az NMR egyik fő előnye, hogy egyrészt természetes szondái, azaz mágneses magjai eloszlanak a molekulában, másrészt lehetővé teszi ezen magok egymástól való megkülönböztetését és térbeli szelektív adatok beszerzését. a molekula tulajdonságairól. Szinte az összes többi módszer vagy a teljes molekulára, vagy annak csak egy részére vonatkozóan szolgáltat információt.

Az NMR-nek két fő hátránya van. Először is, a legtöbb más kísérleti módszerhez (optikai spektroszkópia, fluoreszcencia, ESR stb.) képest alacsony az érzékenysége. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a zaj átlagolásához a jelet hosszú ideig fel kell halmozni. Egyes esetekben az NMR-kísérlet akár több hétig is elvégezhető. Másodszor, drága. Az NMR spektrométerek az egyik legdrágább tudományos műszer, költségüket legalább százezer dollárban mérik, a legdrágább spektrométerek pedig több millióba kerülnek. Nem minden laboratórium, különösen Oroszországban, engedheti meg magának, hogy ilyen tudományos felszereléssel rendelkezzen.

Az NMR alkalmazásai

Az NMR spektroszkópia alkalmazásai. Az NMR-spektroszkópia egy roncsolásmentes elemzési módszer. A modern impulzusos NMR Fourier transzformációs spektroszkópia 80 mágneses mag elemzését teszi lehetővé. Az NMR spektroszkópia az egyik fő fizikai-kémiai elemzési módszer, melynek adatait mind a kémiai reakciók közbenső, mind a céltermékek egyértelmű azonosítására használják. Az NMR-spektroszkópia a szerkezeti hozzárendeléseken és a mennyiségi elemzésen túl információkat nyújt a konformációs egyensúlyokról, az atomok és molekulák diffúziójáról szilárd anyagokban, a belső mozgásokról, a hidrogénkötésekről és a folyadékokban való asszociációról, a tautomériáról, a fémekről és a prototrópiáról, az egységek sorrendjéről és eloszlásáról a polimerláncokban, ionkristályok, folyadékkristályok stb. elektronikus szerkezete. Az NMR-spektroszkópia információforrás a biopolimerek szerkezetéről, beleértve az oldatokban lévő fehérjemolekulákat is, megbízhatósága összehasonlítható a röntgendiffrakciós elemzési adatokkal. A 80-as években Megkezdődött az NMR spektroszkópiai és tomográfiás módszerek gyors bevezetése az orvostudományba a komplex betegségek diagnosztizálására és a lakosság orvosi vizsgálatára. Az NMR spektrum vonalainak száma és helyzete egyértelműen jellemzi a kőolaj, szintetikus gumi, műanyag, agyagpala, szén, gyógyszerek, készítmények, vegyi és gyógyszerészeti termékek stb. frakcióit. A víz vagy olaj NMR vonalának intenzitása és szélessége lehetővé teszik a magvak nedvesség- és olajtartalmának pontos mérését, a szemek tartósítását. A vízjelekről történő lehangolásnál lehetőség nyílik az egyes szemek sikértartalmának rögzítésére, ami az olajtartalom elemzéshez hasonlóan gyorsított mezőgazdasági szelekciót tesz lehetővé. termények Az egyre erősebb mágneses mezők (soros eszközökben akár 14 tesláig, kísérleti telepítésekben akár 19 tesláig) lehetővé teszik az oldatokban lévő fehérjemolekulák szerkezetének teljes meghatározását, a biológiai folyadékok gyors elemzését (endogén metabolitok koncentrációja a vérben). , vizelet, nyirok, cerebrospinalis folyadék) , új polimer anyagok minőségellenőrzése. Ebben az esetben a többkvantum- és többdimenziós Fourier-transzformációs spektroszkópiai technikák számos változatát alkalmazzák.