1. Podstata javu

   V prvom rade treba poznamenať, že hoci sa v názve tohto javu vyskytuje slovo „jadrový“, NMR nemá nič spoločné s jadrovou fyzikou a nemá nič spoločné s rádioaktivitou. Ak hovoríme o prísnom popise, potom sa človek nezaobíde bez zákonov kvantovej mechaniky. Podľa týchto zákonov môže interakčná energia magnetického jadra s vonkajším magnetickým poľom nadobúdať len niekoľko diskrétnych hodnôt. Ak sú magnetické jadrá ožiarené striedavým magnetickým poľom, ktorého frekvencia zodpovedá rozdielu medzi týmito diskrétnymi energetickými úrovňami vyjadrenými vo frekvenčných jednotkách, potom sa magnetické jadrá začnú pohybovať z jednej úrovne do druhej, pričom absorbujú energiu striedavého prúdu. lúka. Ide o fenomén magnetickej rezonancie. Toto vysvetlenie je formálne správne, ale nie veľmi jasné. Existuje ďalšie vysvetlenie, bez kvantovej mechaniky. Magnetické jadro si možno predstaviť ako elektricky nabitú guľu otáčajúcu sa okolo svojej osi (hoci, striktne povedané, nie je to tak). Podľa zákonov elektrodynamiky rotácia náboja vedie k vzniku magnetického poľa, t.j. magnetického momentu jadra, ktorý je nasmerovaný pozdĺž osi otáčania. Ak je tento magnetický moment umiestnený v konštantnom vonkajšom poli, potom sa vektor tohto momentu začne precesovať, t.j. rotovať okolo smeru vonkajšieho poľa. Rovnakým spôsobom os kolovratu precesuje (otáča sa) okolo vertikály, ak nie je odvíjané striktne vertikálne, ale pod určitým uhlom. V tomto prípade zohráva úlohu magnetického poľa gravitačná sila.

   Frekvencia precesie je určená tak vlastnosťami jadra, ako aj silou magnetického poľa: čím silnejšie pole, tým vyššia frekvencia. Potom, ak okrem konštantného vonkajšieho magnetického poľa pôsobí na jadro aj striedavé magnetické pole, potom jadro začne s týmto poľom interagovať - ​​ako keby jadro silnejšie kýva, amplitúda precesie sa zvyšuje a jadro absorbuje energiu striedavého poľa. K tomu však dôjde iba za podmienky rezonancie, t.j. zhody frekvencie precesie a frekvencie vonkajšieho striedavého poľa. Vyzerá to ako klasický príklad zo stredoškolskej fyziky – vojaci pochodujúci cez most. Ak sa frekvencia krokov zhoduje s prirodzenou frekvenciou mosta, most sa kýve stále viac a viac. Experimentálne sa tento jav prejavuje v závislosti absorpcie striedavého poľa od jeho frekvencie. V momente rezonancie sa absorpcia prudko zvyšuje a najjednoduchšie spektrum magnetickej rezonancie vyzerá takto:

   

2. Fourierova spektroskopia

   Prvé NMR spektrometre fungovali presne tak, ako je opísané vyššie – vzorka bola umiestnená v konštantnom magnetickom poli a nepretržite na ňu bolo aplikované RF žiarenie. Potom sa plynulo menila buď frekvencia striedavého poľa, alebo intenzita konštantného magnetického poľa. Absorpcia energie striedavého poľa bola zaznamenávaná rádiofrekvenčným mostíkom, z ktorého bol signál vyvedený do záznamníka alebo osciloskopu. Ale tento spôsob registrácie signálu sa dlho nepoužíval. V moderných NMR spektrometroch sa spektrum zaznamenáva pomocou impulzov. Magnetické momenty jadier sú vybudené krátkym silným impulzom, po ktorom je zaznamenaný signál, ktorý je indukovaný vo RF cievke voľným precesovaním magnetických momentov. Tento signál postupne klesá na nulu, keď sa magnetické momenty vracajú do rovnováhy (tento proces sa nazýva magnetická relaxácia). NMR spektrum sa získa z tohto signálu pomocou Fourierovej transformácie. Ide o štandardný matematický postup, ktorý umožňuje rozložiť akýkoľvek signál na frekvenčné harmonické a získať tak frekvenčné spektrum tohto signálu. Tento spôsob záznamu spektra umožňuje výrazne znížiť hladinu hluku a vykonávať experimenty oveľa rýchlejšie.

   

   Jeden excitačný impulz na zaznamenanie spektra je najjednoduchším NMR experimentom. V experimente však môže byť veľa takýchto impulzov, rôznej dĺžky, amplitúdy, s rôznym oneskorením atď., v závislosti od toho, aké manipulácie výskumník potrebuje so systémom nukleárnych magnetických momentov vykonať. Takmer všetky tieto pulzné sekvencie však končia tým istým – zaznamenávaním signálu voľnej precesie, po ktorom nasleduje Fourierova transformácia.

3. Magnetické interakcie v hmote

   Magnetická rezonancia by sama o sebe zostala len zaujímavým fyzikálnym javom, nebyť magnetických interakcií jadier medzi sebou a s elektrónovým obalom molekuly. Tieto interakcie ovplyvňujú rezonančné parametre a pomocou NMR možno získať rôzne informácie o vlastnostiach molekúl - ich orientácii, priestorovej štruktúre (konformácii), medzimolekulových interakciách, chemickej výmene, rotačnej a translačnej dynamike. Vďaka tomu sa NMR stalo veľmi silným nástrojom na štúdium látok na molekulárnej úrovni, ktorý má široké využitie nielen vo fyzike, ale hlavne v chémii a molekulárnej biológii. Príkladom jednej z týchto interakcií je takzvaný chemický posun. Jeho podstata je nasledovná: elektrónový obal molekuly reaguje na vonkajšie magnetické pole a snaží sa ho tieniť – čiastočné tienenie magnetického poľa sa vyskytuje u všetkých diamagnetických látok. To znamená, že magnetické pole v molekule sa bude líšiť od vonkajšieho magnetického poľa o veľmi malé množstvo, čo sa nazýva chemický posun. Vlastnosti elektrónového obalu v rôznych častiach molekuly sú však rozdielne a odlišný je aj chemický posun. V súlade s tým sa budú tiež líšiť rezonančné podmienky pre jadrá v rôznych častiach molekuly. To umožňuje rozlíšiť chemicky neekvivalentné jadrá v spektre. Napríklad, ak vezmeme spektrum vodíkových jadier (protónov) čistej vody, tak v nej bude len jedna čiara, keďže oba protóny v molekule H 2 O sú úplne rovnaké. Ale pre metylalkohol CH 3 OH už budú v spektre dve čiary (ak sa zanedbajú iné magnetické interakcie), pretože existujú dva typy protónov - protóny metylovej skupiny CH 3 a protón spojený s atómom kyslíka. Keď sa molekuly stanú zložitejšími, počet línií sa zvýši a ak vezmeme takú veľkú a zložitú molekulu ako proteín, potom v tomto prípade bude spektrum vyzerať asi takto:

   

4. Magnetické jadrá

   NMR je možné pozorovať na rôznych jadrách, no treba povedať, že nie všetky jadrá majú magnetický moment. Často sa stáva, že niektoré izotopy majú magnetický moment, zatiaľ čo iné izotopy toho istého jadra nie. Celkovo existuje viac ako sto izotopov rôznych chemických prvkov, ktoré majú magnetické jadrá, no pri výskume sa zvyčajne nepoužíva viac ako 1520 magnetických jadier, všetko ostatné je exotické. Každé jadro má svoj vlastný charakteristický pomer magnetického poľa a frekvencie precesie, ktorý sa nazýva gyromagnetický pomer. Pre všetky jadrá sú tieto pomery známe. Pomocou nich je možné zvoliť frekvenciu, pri ktorej bude pre dané magnetické pole pozorovaný signál z jadier, ktorý výskumník potrebuje.

   Najdôležitejšími jadrami pre NMR sú protóny. V prírode sú najhojnejšie a majú veľmi vysokú citlivosť. Pre chémiu a biológiu sú veľmi dôležité jadrá uhlíka, dusíka a kyslíka, no vedci na ne veľké šťastie nemali: najčastejšie izotopy uhlíka a kyslíka 12 C a 16 O nemajú magnetický moment, prirodzený izotop dusíka 14 N má chvíľu, ale z viacerých dôvodov je pre experimenty veľmi nepohodlný. Existujú izotopy 13 C, 15 N a 17 O, ktoré sú vhodné pre experimenty NMR, ale ich prirodzený výskyt je veľmi nízky a citlivosť je v porovnaní s protónmi veľmi nízka. Na NMR štúdie sa preto často pripravujú špeciálne izotopovo obohatené vzorky, v ktorých sa prirodzený izotop jedného alebo druhého jadra nahradí izotopom potrebným na experimenty. Vo väčšine prípadov je tento postup veľmi náročný a nákladný, no niekedy je to jediný spôsob, ako získať potrebné informácie.

5. Elektrónová paramagnetická a kvadrupólová rezonancia

   Keď už hovoríme o NMR, nemožno nespomenúť ďalšie dva súvisiace fyzikálne javy – elektrónovú paramagnetickú rezonanciu (EPR) a jadrovú kvadrupólovú rezonanciu (NQR). EPR je v podstate podobný NMR, rozdiel spočíva v tom, že rezonancia nie je pozorovaná na magnetických momentoch atómových jadier, ale elektrónového obalu atómu. EPR možno pozorovať len v tých molekulách alebo chemických skupinách, ktorých elektrónový obal obsahuje takzvaný nepárový elektrón, vtedy má obal nenulový magnetický moment. Takéto látky sa nazývajú paramagnety. EPR, podobne ako NMR, sa tiež používa na štúdium rôznych štruktúrnych a dynamických vlastností látok na molekulárnej úrovni, ale jej rozsah je oveľa užší. Je to spôsobené najmä tým, že väčšina molekúl, najmä v živej prírode, neobsahuje nepárové elektróny. V niektorých prípadoch je možné použiť takzvanú paramagnetickú sondu, teda chemickú skupinu s nepárovým elektrónom, ktorý sa viaže na skúmanú molekulu. Tento prístup má však zjavné nevýhody, ktoré obmedzujú možnosti tejto metódy. Okrem toho v EPR nie je také vysoké spektrálne rozlíšenie (tj schopnosť rozlíšiť jednu čiaru od druhej v spektre) ako pri NMR.

   Najťažšie je vysvetliť podstatu NQR „na prstoch“. Niektoré jadrá majú takzvaný elektrický štvorpólový moment. Tento moment charakterizuje odchýlku rozloženia elektrického náboja jadra od sférickej symetrie. Interakcia tohto momentu s gradientom elektrického poľa vytvoreného kryštalickou štruktúrou látky vedie k rozštiepeniu energetických hladín jadra. V tomto prípade je možné pozorovať rezonanciu pri frekvencii zodpovedajúcej prechodom medzi týmito úrovňami. Na rozdiel od NMR a EPR, NQR nevyžaduje vonkajšie magnetické pole, pretože k rozdeleniu hladiny dochádza bez neho. NQR sa používa aj na štúdium látok, ale jeho rozsah je ešte užší ako pri EPR.

6. Výhody a nevýhody NMR

   

   NMR je najvýkonnejšia a najinformatívnejšia metóda na štúdium molekúl. Presne povedané, nejde o jednu metódu, ale o veľké množstvo rôznych typov experimentov, t.j. pulzných sekvencií. Všetky sú síce založené na fenoméne NMR, ale každý z týchto experimentov je navrhnutý tak, aby získal nejaké špecifické špecifické informácie. Počet týchto experimentov sa meria mnohými desiatkami, ak nie stovkami. NMR teoreticky dokáže, ak nie všetko, tak takmer všetko, čo všetky ostatné experimentálne metódy na štúdium štruktúry a dynamiky molekúl, hoci v praxi to, samozrejme, nie je vždy možné. Jednou z hlavných výhod NMR je, že na jednej strane sú jej prirodzené sondy, teda magnetické jadrá, rozmiestnené po celej molekule a na druhej strane umožňuje tieto jadrá od seba odlíšiť a získať priestorovo selektívne údaje o vlastnostiach molekuly. Takmer všetky ostatné metódy poskytujú informácie buď spriemerované pre celú molekulu, alebo len o jednej z jej častí.

   NMR má dve hlavné nevýhody. Po prvé, ide o nízku citlivosť v porovnaní s väčšinou ostatných experimentálnych metód (optická spektroskopia, fluorescencia, EPR atď.). To vedie k tomu, že na spriemerovanie šumu musí byť signál dlho akumulovaný. V niektorých prípadoch môže NMR experiment prebiehať aj niekoľko týždňov. Po druhé, ide o jeho vysoké náklady. NMR spektrometre patria medzi najdrahšie vedecké prístroje, stoja minimálne státisíce dolárov, pričom najdrahšie spektrometre stoja niekoľko miliónov. Nie všetky laboratóriá, najmä v Rusku, si môžu dovoliť mať takéto vedecké vybavenie.

7. Magnety pre NMR spektrometre

   Jednou z najdôležitejších a najdrahších častí spektrometra je magnet, ktorý vytvára konštantné magnetické pole. Čím silnejšie pole, tým vyššia je citlivosť a spektrálne rozlíšenie, takže vedci a inžinieri sa neustále snažia získať čo najvyššie polia. Magnetické pole vzniká elektrickým prúdom v elektromagnete – čím silnejší prúd, tým väčšie pole. Nie je však možné zvyšovať prúd donekonečna, pri veľmi vysokom prúde sa solenoidový drôt jednoducho začne topiť. Preto sa supravodivé magnety, t.j. magnety, v ktorých je solenoidový drôt v supravodivom stave, veľmi dlho používajú pre spektrometre NMR s vysokým poľom. V tomto prípade je elektrický odpor drôtu nulový a pri žiadnej aktuálnej hodnote sa neuvoľňuje žiadna energia. Supravodivý stav možno získať len pri veľmi nízkych teplotách, len niekoľko stupňov Kelvina – to je teplota tekutého hélia. (Vysokoteplotná supravodivosť je zatiaľ len záležitosťou čisto fundamentálneho výskumu.) Práve s udržiavaním tak nízkej teploty sú spojené všetky technické ťažkosti pri návrhu a výrobe magnetov, ktoré spôsobujú ich vysokú cenu. Supravodivý magnet je postavený na princípe termosky matriošky. Solenoid je v strede, vo vákuovej komore. Je obklopený plášťom obsahujúcim tekuté hélium. Tento obal je cez vákuovú vrstvu obklopený obalom z tekutého dusíka. Teplota tekutého dusíka je mínus 196 stupňov Celzia, dusík je potrebný, aby sa hélium odparovalo čo najpomalšie. Nakoniec sa dusíkový obal izoluje od teploty miestnosti vonkajšou vákuovou vrstvou. Takýto systém je schopný udržať požadovanú teplotu supravodivého magnetu veľmi dlho, hoci to vyžaduje pravidelné prilievanie tekutého dusíka a hélia do magnetu. Výhodou takýchto magnetov je okrem schopnosti získať vysoké magnetické polia aj to, že nespotrebúvajú energiu: po štarte magnetu prechádza prúd supravodivými drôtmi prakticky bez straty dlhé roky.

8. Tomografia

   V bežných NMR spektrometroch sa snažia čo najviac zjednotiť magnetické pole, je to potrebné na zlepšenie spektrálneho rozlíšenia. Ale ak je magnetické pole vo vzorke, naopak, veľmi nehomogénne, otvára to zásadne nové možnosti použitia NMR. Nehomogenitu poľa vytvárajú takzvané gradientné cievky, ktoré sú spárované s hlavným magnetom. V tomto prípade bude veľkosť magnetického poľa v rôznych častiach vzorky rôzna, čo znamená, že signál NMR nie je možné pozorovať z celej vzorky ako v bežnom spektrometri, ale len z jej úzkej vrstvy, pre ktorú sú splnené rezonančné podmienky, tj požadovaný pomer magnetického poľa a frekvencie. Zmenou veľkosti magnetického poľa (alebo, čo je v podstate to isté, frekvencie pozorovania signálu) môžete zmeniť vrstvu, ktorá bude vysielať signál. Je teda možné „naskenovať“ vzorku v celom jej objeme a „vidieť“ jej vnútornú trojrozmernú štruktúru bez toho, aby sa vzorka akýmkoľvek mechanickým spôsobom zničila. Doposiaľ bolo vyvinutých veľké množstvo techník, ktoré umožňujú merať rôzne parametre NMR (spektrálne charakteristiky, magnetické relaxačné časy, rýchlosť vlastnej difúzie a niektoré ďalšie) s priestorovým rozlíšením vo vzorke. Najzaujímavejšie a najdôležitejšie z praktického hľadiska bolo využitie NMR tomografie v medicíne. V tomto prípade je skúmanou „vzorkou“ ľudské telo. NMR zobrazovanie je jedným z najúčinnejších a najbezpečnejších (ale aj drahých) diagnostických nástrojov v rôznych oblastiach medicíny, od onkológie až po pôrodníctvo. Je zvláštne poznamenať, že lekári nepoužívajú slovo "jadrový" v názve tejto metódy, pretože niektorí pacienti si to spájajú s jadrovými reakciami a atómovou bombou.

9. História objavov

   

   Za rok objavu NMR sa považuje rok 1945, keď Američania Felix Bloch zo Stanfordu a nezávisle na sebe Edward Parcell a Robert Pound z Harvardu prvýkrát pozorovali NMR signál na protónoch. V tom čase sa už vedelo veľa o povahe jadrového magnetizmu, samotný NMR efekt bol teoreticky predpovedaný a bolo urobených niekoľko pokusov o jeho experimentálne pozorovanie. Je dôležité poznamenať, že o rok skôr v Sovietskom zväze v Kazani objavil fenomén EPR Evgeny Zavoisky. Teraz je dobre známe, že Zavoisky tiež pozoroval NMR signál, to bolo pred vojnou, v roku 1941. Mal však k dispozícii nekvalitný magnet so zlou rovnomernosťou poľa, výsledky boli zle reprodukovateľné a preto zostali nepublikované. Pre spravodlivosť treba poznamenať, že Zavoisky nebol jediný, kto pozoroval NMR pred jej „oficiálnym“ objavom. Najmä americký fyzik Isidore Rabi (nositeľ Nobelovej ceny z roku 1944 za štúdium magnetických vlastností jadier v atómových a molekulárnych zväzkoch) pozoroval koncom tridsiatych rokov NMR, no považoval to za inštrumentálny artefakt. Tak či onak, ale naša krajina zostáva prioritou v experimentálnej detekcii magnetickej rezonancie. Aj keď sa sám Zavoisky čoskoro po vojne začal zaoberať inými problémami, jeho objav pre rozvoj vedy v Kazani zohral obrovskú úlohu. Kazaň je stále jedným z popredných svetových výskumných centier pre EPR spektroskopiu.

10. Nobelove ceny za magnetickú rezonanciu

    V prvej polovici 20. storočia bolo udelených niekoľko Nobelových cien vedcom, bez ktorých práce by sa objav NMR nemohol uskutočniť. Medzi nimi Peter Szeeman, Otto Stern, Isidor Rabi, Wolfgang Pauli. Ale boli tam štyri Nobelove ceny priamo súvisiace s NMR. V roku 1952 dostali Felix Bloch a Edward Purcell cenu za objav NMR. Toto je jediná „NMR“ Nobelova cena za fyziku. V roku 1991 získal Cenu za chémiu Švajčiar Richard Ernst, ktorý pôsobil na slávnom ETH Zurich. Získal ju za vývoj metód viacrozmernej NMR spektroskopie, ktoré umožnili radikálne zvýšiť informačný obsah NMR experimentov. V roku 2002 sa víťazom ceny aj za chémiu stal Kurt Wüthrich, ktorý pracoval s Ernstom v susedných budovách tej istej technickej školy. Ocenenie získal za vývoj metód na určovanie trojrozmernej štruktúry bielkovín v roztoku. Predtým jedinou metódou, ktorá umožňovala určiť priestorovú konformáciu veľkých biomakromolekúl, bola iba röntgenová difrakčná analýza. Napokon v roku 2003 dostali lekársku cenu za vynález NMR zobrazovania Američan Paul Lauterbur a Angličan Peter Mansfield. Sovietsky objaviteľ EPR E.K. Zavoisky, bohužiaľ, nedostal Nobelovu cenu.

Nukleárna magnetická rezonancia

Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) - rezonančná absorpcia alebo emisia elektromagnetickej energie látkou obsahujúcou jadrá s nenulovým spinom vo vonkajšom magnetickom poli, s frekvenciou ν (nazývaná frekvencia NMR), v dôsledku preorientovania magnetických momentov jadier. Fenomén nukleárnej magnetickej rezonancie objavil v roku 1938 Isaac Raby v molekulárnych lúčoch, za čo mu v roku 1944 udelili Nobelovu cenu. V roku 1946 Felix Bloch a Edward Mills Purcell získali nukleárnu magnetickú rezonanciu v kvapalinách a pevných látkach (Nobelova cena 1952). .

Rovnaké jadrá atómov v rôznych prostrediach v molekule vykazujú rôzne NMR signály. Rozdiel medzi takýmto NMR signálom a signálom štandardnej látky umožňuje určiť takzvaný chemický posun, ktorý je spôsobený chemickou štruktúrou skúmanej látky. V technikách NMR existuje veľa možností na určenie chemickej štruktúry látok, konformácií molekúl, účinkov vzájomného ovplyvňovania a intramolekulárnych premien.

Matematicky popis Magnetick moment jadra mu=y*lgdel- spin yaru; y - konštantný stĺpec Frekvencia, pri ktorej sa pozoruje NMR

Chemická polarizácia jadier

Keď určité chemické reakcie prebiehajú v magnetickom poli, NMR spektrá reakčných produktov vykazujú buď anomálne vysokú absorpciu alebo rádiovú emisiu. Táto skutočnosť naznačuje nerovnovážnu populáciu jadrových Zeemanových hladín v molekulách reakčných produktov. Preľudnenie nižšej úrovne je sprevádzané anomálnou absorpciou. Inverzia populácie (horná úroveň je viac osídlená ako spodná) má za následok rádiové vyžarovanie. Tento jav sa nazýva chemická polarizácia jadier

V NMR sa používa na zvýšenie jadrovej magnetizácie Larmorove frekvencie niektorých atómových jadier

jadro	Larmorova frekvencia v MHz pri 0,5 Tesla	Larmorova frekvencia v MHz pri 1 Tesla	Larmorova frekvencia v MHz pri 7,05 Tesla
1H( Vodík)
²D( deutérium)
13 C ( Uhlík)
23 Na( Sodík)
39 K ( Draslík)

Frekvencia protónovej rezonancie je v rozsahu krátke vlny(vlnová dĺžka cca 7 m) .

Aplikácia NMR

Spektroskopia

NMR spektroskopia

Zariadenia

Srdcom NMR spektrometra je silný magnet. V experimente, ktorý propagoval Purcell, sa vzorka umiestnená v sklenenej ampulke s priemerom približne 5 mm umiestni medzi póly silného elektromagnetu. Potom, aby sa zlepšila rovnomernosť magnetického poľa, ampulka sa začne otáčať a magnetické pole, ktoré na ňu pôsobí, sa postupne zvyšuje. Ako zdroj žiarenia je použitý kvalitný RF generátor. Pôsobením zväčšujúceho sa magnetického poľa začnú rezonovať jadrá, na ktoré je spektrometer naladený. V tomto prípade tienené jadrá rezonujú s frekvenciou o niečo nižšou ako jadrá bez elektrónových obalov. Absorpcia energie je zaznamenaná RF mostíkom a potom zaznamenaná zapisovačom. Frekvencia sa zvyšuje, kým nedosiahne určitú hranicu, nad ktorou je rezonancia nemožná.

Keďže prúdy prichádzajúce z mosta sú veľmi malé, nie sú obmedzené na odber jedného spektra, ale urobia niekoľko desiatok prechodov. Všetky prijaté signály sú zhrnuté na výslednom grafe, ktorého kvalita závisí od pomeru signálu k šumu zariadenia.

Pri tejto metóde je vzorka vystavená rádiofrekvenčnému žiareniu konštantnej frekvencie, pričom sa mení sila magnetického poľa, preto sa nazýva aj metóda kontinuálneho ožarovania (CW, kontinuálna vlna).

Tradičná metóda NMR spektroskopie má mnoho nevýhod. Po prvé, vytvorenie každého spektra zaberie veľa času. Po druhé, je veľmi náročné na absenciu vonkajšieho rušenia a výsledné spektrá majú spravidla výrazný šum. Po tretie, je nevhodný na vytváranie vysokofrekvenčných spektrometrov (300, 400, 500 a viac MHz). Preto sa v moderných NMR prístrojoch používa metóda takzvanej pulznej spektroskopie (PW), založená na Fourierovej transformácii prijímaného signálu. V súčasnosti sú všetky NMR spektrometre postavené na báze výkonných supravodivých magnetov s konštantným magnetickým poľom.

Na rozdiel od metódy CW sa v pulznej verzii excitácia jadier neuskutočňuje „konštantnou vlnou“, ale pomocou krátkeho pulzu, dlhého niekoľko mikrosekúnd. Amplitúdy frekvenčných zložiek impulzu klesajú s rastúcou vzdialenosťou od ν 0 . Ale keďže je žiaduce, aby všetky jadrá boli ožarované rovnako, je potrebné použiť „tvrdé impulzy“, teda krátke impulzy s vysokým výkonom. Trvanie impulzu je zvolené tak, aby bola šírka frekvenčného pásma väčšia ako šírka spektra o jeden alebo dva rády. Výkon dosahuje niekoľko tisíc wattov.

V dôsledku pulznej spektroskopie sa nezíska bežné spektrum s viditeľnými rezonančnými vrcholmi, ale obraz tlmených rezonančných oscilácií, v ktorých sa zmiešajú všetky signály zo všetkých rezonujúcich jadier – takzvaný „voľný indukčný rozpad“ (FID, Free Induction Decay). zadarmo indukcia kaz). Na transformáciu tohto spektra sa používajú matematické metódy, takzvaná Fourierova transformácia, podľa ktorej je možné ľubovoľnú funkciu znázorniť ako súčet množiny harmonických kmitov.

NMR spektrá

Spektrum 1H4-etoxybenzaldehydu. V slabom poli (singlet ~9,25 ppm) signál protónu aldehydovej skupiny, v silnom poli (triplet ~1,85-2 ppm) - protón metyletoxyskupiny.

Pre kvalitatívnu analýzu pomocou NMR sa používa spektrálna analýza založená na týchto pozoruhodných vlastnostiach tejto metódy:

signály jadier atómov zahrnutých v určitých funkčných skupinách ležia v presne definovaných oblastiach spektra;

integrálna plocha obmedzená píkom je presne úmerná počtu rezonančných atómov;

jadrá ležiace cez 1-4 väzby sú schopné produkovať multipletové signály v dôsledku tzv. rozdelí na seba.

Poloha signálu v NMR spektrách je charakterizovaná ich chemickým posunom vzhľadom na referenčný signál. Ako posledný v1H a13C NMR sa používa tetrametylsilán Si(CH3)4 (TMS). Jednotkou chemického posunu sú časti na milión (ppm) frekvencie prístroja. Ak zoberieme signál TMS ako 0 a posun signálu do slabého poľa budeme považovať za pozitívny chemický posun, potom dostaneme takzvanú δ škálu. Ak sa rezonancia tetrametylsilánu rovná 10 ppm a prevrátiť znamienka, potom bude výsledná stupnica stupnica τ, ktorá sa v súčasnosti prakticky nepoužíva. Ak je spektrum látky príliš komplikované na interpretáciu, je možné použiť kvantové chemické metódy na výpočet skríningových konštánt a korelovať signály na základe nich.

NMR introskopia

Fenomén nukleárnej magnetickej rezonancie možno využiť nielen vo fyzike a chémii, ale aj v medicíne: ľudské telo je kombináciou všetkých rovnakých organických a anorganických molekúl.

Na pozorovanie tohto javu sa objekt umiestni do konštantného magnetického poľa a vystaví sa vysokofrekvenčným a gradientovým magnetickým poliam. V induktore obklopujúcom skúmaný objekt vzniká striedavá elektromotorická sila (EMF), ktorej amplitúdovo-frekvenčné spektrum a časovo-prechodové charakteristiky nesú informácie o priestorovej hustote rezonujúcich atómových jadier, ako aj o ďalších špecifických parametroch. pre nukleárnu magnetickú rezonanciu. Počítačové spracovanie týchto informácií vytvára trojrozmerný obraz, ktorý charakterizuje hustotu chemicky ekvivalentných jadier, relaxačné časy nukleárnej magnetickej rezonancie, distribúciu rýchlostí prietoku tekutín, difúziu molekúl a biochemické procesy metabolizmu v živých tkanivách.

Podstata NMR introskopie (alebo zobrazovania magnetickou rezonanciou) spočíva v skutočnosti v implementácii špeciálneho druhu kvantitatívnej analýzy amplitúdy signálu nukleárnej magnetickej rezonancie. V konvenčnej NMR spektroskopii je cieľom dosiahnuť čo najlepšie rozlíšenie spektrálnych čiar. Na tento účel sú magnetické systémy nastavené tak, aby sa vytvorila najlepšia možná rovnomernosť poľa vo vzorke. Pri metódach NMR introskopie je naopak magnetické pole vytvárané zjavne nehomogénne. Potom je dôvod očakávať, že frekvencia nukleárnej magnetickej rezonancie v každom bode vzorky má svoju vlastnú hodnotu, ktorá sa líši od hodnôt v iných častiach. Zadaním nejakého kódu pre gradáciu amplitúdy signálu NMR (jas alebo farba na obrazovke monitora) je možné získať podmienený obraz (tomogram) častí vnútornej štruktúry objektu.

NMR introskopia, NMR tomografia boli vynájdené prvýkrát na svete v roku 1960 V. A. Ivanovom. Prihláška vynálezu (metódy a zariadenia) bola nekompetentným odborníkom zamietnutá „... pre zjavnú zbytočnosť navrhovaného riešenia“, preto bol na to autorský list vydaný až po viac ako 10 rokoch. Oficiálne sa teda uznáva, že autorom NMR zobrazovania nie je tím nižšie uvedených laureátov Nobelovej ceny, ale ruský vedec. Napriek tejto právnej skutočnosti nebola Nobelova cena za MRI tomografiu v žiadnom prípade udelená V. A. Ivanovovi.

Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) je najbezpečnejšia diagnostická metóda

Ďakujem

Stránka poskytuje referenčné informácie len na informačné účely. Diagnóza a liečba chorôb by sa mala vykonávať pod dohľadom špecialistu. Všetky lieky majú kontraindikácie. Vyžaduje sa odborná rada!

Všeobecné informácie

Fenomén nukleárna magnetická rezonancia (NMR) objavil v roku 1938 rabín Izák. Tento jav je založený na prítomnosti magnetických vlastností v jadrách atómov. Až v roku 2003 bola vynájdená metóda na využitie tohto javu na diagnostické účely v medicíne. Za vynález dostali jeho autori Nobelovu cenu. V spektroskopii skúmané teleso ( t.j. telo pacienta) je umiestnený v elektromagnetickom poli a ožiarený rádiovými vlnami. Toto je úplne bezpečná metóda na rozdiel napríklad od počítačovej tomografie), ktorý má veľmi vysoký stupeň rozlíšenia a citlivosti.

Aplikácia v ekonómii a vede

1. V chémii a fyzike identifikovať látky, ktoré sa zúčastňujú reakcie, ako aj konečné výsledky reakcií,
2. Vo farmakológii na výrobu liečiv,
3. V poľnohospodárstve určiť chemické zloženie zrna a pripravenosť na siatie ( veľmi užitočné pri chove nových druhov),
4. V medicíne - na diagnostiku. Veľmi informatívna metóda na diagnostiku ochorení chrbtice, najmä medzistavcových platničiek. Umožňuje odhaliť aj tie najmenšie porušenia integrity disku. Detekuje rakovinové nádory v počiatočných štádiách tvorby.

Podstata metódy

Metóda nukleárnej magnetickej rezonancie je založená na tom, že v momente, keď je telo v špeciálne vyladenom veľmi silnom magnetickom poli ( 10 000-krát silnejšie ako magnetické pole našej planéty), molekuly vody prítomné vo všetkých bunkách tela tvoria reťazce rovnobežné so smerom magnetického poľa.

Ak sa náhle zmení smer poľa, molekula vody uvoľní časticu elektriny. Práve tieto náboje zaznamenávajú senzory zariadenia a analyzujú ich počítač. Podľa intenzity koncentrácie vody v bunkách počítač vytvorí model skúmaného orgánu alebo časti tela.

Na výstupe má lekár monochromatický obraz, na ktorom môžete veľmi podrobne vidieť tenké rezy orgánu. Obsahom informácií táto metóda výrazne prevyšuje počítačovú tomografiu. Niekedy je o skúmanom orgáne ešte viac podrobností, ako je potrebné na diagnostiku.

Typy magnetickej rezonančnej spektroskopie

• biologické tekutiny,
• Vnútorné orgány.

Technika umožňuje detailne preskúmať všetky tkanivá ľudského tela vrátane vody. Čím viac tekutiny v tkanivách, tým svetlejšie a jasnejšie sú na obrázku. Kosti, v ktorých je málo vody, sú zobrazené ako tmavé. Preto je pri diagnostike ochorení kostí informatívnejšia počítačová tomografia.

Technika perfúzie magnetickej rezonancie umožňuje kontrolovať pohyb krvi tkanivami pečene a mozgu.

Dnes sa tento názov používa častejšie v medicíne. MRI (Magnetická rezonancia ), keďže zmienka o jadrovej reakcii v názve pacientov desí.

Indikácie

1. choroby mozgu,
2. Štúdie funkcií oblastí mozgu,
3. ochorenia kĺbov,
4. ochorenia chrbtice,
5. Choroby vnútorných orgánov brušnej dutiny,
6. Choroby močového systému a reprodukcie,
7. Choroby mediastína a srdca,
8. Cievne ochorenia.

Kontraindikácie

Absolútne kontraindikácie:
1. kardiostimulátor,
2. elektronické alebo feromagnetické protézy stredného ucha,
3. Ilizarov feromagnetické zariadenia,
4. Veľké kovové vnútorné protézy,
5. Hemostatické svorky mozgových ciev.

Relatívne kontraindikácie:
1. stimulanty nervového systému,
2. inzulínové pumpy,
3. Iné typy vnútorných ušných protéz,
4. protetické srdcové chlopne,
5. Hemostatické svorky na iných orgánoch,
6. Tehotenstvo ( treba si vypýtať názor gynekológa),
7. Srdcové zlyhanie v štádiu dekompenzácie,
8. klaustrofóbia ( strach z uzavretého priestoru).

Príprava na štúdium

Špeciálna príprava je potrebná len u tých pacientov, ktorí idú na vyšetrenie vnútorných orgánov ( močový a tráviaci trakt): Päť hodín pred zákrokom by ste nemali jesť jedlo.
Ak sa vyšetruje hlava, nežnému pohlaviu sa odporúča odstrániť make-up, pretože látky obsiahnuté v kozmetike ( napríklad v očných tieňoch) môže ovplyvniť výsledok. Všetky kovové šperky by mali byť odstránené.
Niekedy zdravotnícky personál skontroluje pacienta prenosným detektorom kovov.

Ako prebieha výskum?

Pred začiatkom štúdie každý pacient vyplní dotazník, ktorý pomáha identifikovať kontraindikácie.

Zariadenie je široká trubica, do ktorej je pacient umiestnený vo vodorovnej polohe. Pacient musí zostať úplne nehybný, inak nebude obraz dostatočne jasný. Vo vnútri potrubia nie je tma a je tam nútené vetranie, takže podmienky na postup sú celkom pohodlné. Niektoré inštalácie vydávajú citeľný bzukot, potom sa vyšetrovanej osobe nasadia slúchadlá pohlcujúce hluk.

Trvanie vyšetrenia môže byť od 15 minút do 60 minút.
V niektorých zdravotníckych zariadeniach je povolené, aby miestnosťou, kde sa vyšetrenie vykonáva, bol spolu s pacientom jeho príbuzný alebo sprevádzajúca osoba ( ak nemá žiadne kontraindikácie).

V niektorých zdravotníckych centrách podáva anestéziológ sedatíva. Zákrok v tomto prípade oveľa ľahšie tolerujú najmä pacienti trpiaci klaustrofóbiou, malé deti alebo pacienti, ktorí sú z nejakého dôvodu ťažko imobilní. Pacient upadá do stavu terapeutického spánku a vychádza z neho oddýchnutý a čulý. Používané lieky sa rýchlo vylučujú z tela a sú pre pacienta bezpečné.

Výsledok vyšetrenia je pripravený do 30 minút po ukončení procedúry. Výsledok je vystavený vo forme DVD, správy od lekára a obrázkov.

Použitie kontrastnej látky pri MRI

Najčastejšie sa postup uskutočňuje bez použitia kontrastu. V niektorých prípadoch je to však nevyhnutné na cievne vyšetrenie). V tomto prípade sa kontrastná látka podáva intravenózne pomocou katétra. Postup je podobný ako pri akejkoľvek intravenóznej injekcii. Na tento typ výskumu sa používajú špeciálne látky - paramagnety. Sú to slabé magnetické látky, ktorých častice sú vo vonkajšom magnetickom poli magnetizované rovnobežne so siločiarami.

Kontraindikácie použitia kontrastnej látky:

• tehotenstvo,
• Individuálna intolerancia na zložky kontrastnej látky, ktorá bola predtým identifikovaná.

Vyšetrenie ciev (magnetická rezonančná angiografia)

Pomocou tejto metódy môžete kontrolovať stav obehovej siete aj pohyb krvi cez cievy.
Napriek tomu, že metóda umožňuje "vidieť" cievy bez kontrastnej látky, s jej použitím je obraz vizuálnejší.
Špeciálne 4-D inštalácie umožňujú sledovať pohyb krvi takmer v reálnom čase.

Indikácie:

• vrodené srdcové chyby,
• Aneuryzma, jej pitva,
• cievna stenóza,

výskum mozgu

Ide o štúdiu mozgu, ktorá nevyužíva rádioaktívne lúče. Metóda vám umožňuje vidieť kosti lebky, ale mäkké tkanivá je možné skúmať podrobnejšie. Výborná diagnostická metóda v neurochirurgii, ale aj neurológii. Umožňuje odhaliť následky chronických modrín a otrasov mozgu, mŕtvice, ako aj novotvary.
Zvyčajne sa predpisuje na stavy podobné migréne neznámej etiológie, poruchy vedomia, novotvary, hematómy, poruchy koordinácie.

Pomocou MRI mozgu sa skúmajú:

• hlavné cievy krku,
• krvné cievy, ktoré vyživujú mozog
• mozgové tkanivo,
• očné očnice,
• hlbších častiach mozgu cerebellum, epifýza, hypofýza, podlhovasté a stredné delenie).

Funkčná NMR

Táto diagnóza je založená na skutočnosti, že keď sa aktivuje ktorákoľvek časť mozgu zodpovedná za určitú funkciu, zvýši sa krvný obeh v tejto oblasti.
Vyšetrovaná osoba dostáva rôzne úlohy a pri ich vykonávaní sa zaznamenáva krvný obeh v rôznych častiach mozgu. Údaje získané počas experimentov sa porovnávajú s tomogramom získaným počas obdobia odpočinku.

Vyšetrenie chrbtice

Táto metóda je výborná na vyšetrenie nervových zakončení, svalov, kostnej drene a väzov, ako aj medzistavcových platničiek. Ale so zlomeninami chrbtice alebo potrebou študovať kostné štruktúry je o niečo nižšia ako počítačová tomografia.

Môžete vyšetriť celú chrbticu, alebo môžete vyšetriť len rušivý úsek: krčnú, hrudnú, lumbosakrálnu a aj kostrč oddelene. Takže pri vyšetrovaní cervikálnej oblasti je možné zistiť patológie krvných ciev a stavcov, ktoré ovplyvňujú prívod krvi do mozgu.
Pri vyšetrovaní bedrovej oblasti je možné odhaliť medzistavcové prietrže, kostné a chrupavkové hroty, ako aj priškripnuté nervy.

Indikácie:

• Zmeny tvaru medzistavcových platničiek vrátane herniácie,
• Poranenia chrbta a chrbtice
• Osteochondróza, dystrofické a zápalové procesy v kostiach,
• Novotvary.

Vyšetrenie miechy

Vykonáva sa súčasne s vyšetrením chrbtice.

Indikácie:

• Pravdepodobnosť novotvarov miechy, fokálna lézia,
• Na kontrolu plnenia dutín cerebrospinálnej tekutiny miechy,
• cysty chrbtice,
• Na kontrolu zotavenia po operácii,
• S pravdepodobnosťou ochorení miechy.

Spoločné štúdium

Táto výskumná metóda je veľmi účinná na vyšetrenie stavu mäkkých tkanív, ktoré tvoria kĺb.

Používa sa na diagnostiku:

• chronická artritída,
• Poranenia šliach, svalov a väzov ( používa sa najmä v športovej medicíne),
• zlomeniny,
• Novotvary mäkkých tkanív a kostí,
• Poškodenie nezistené inými diagnostickými metódami.

Týka sa:

• Vyšetrenie bedrových kĺbov na osteomyelitídu, nekrózu hlavice stehennej kosti, stresovú zlomeninu, septickú artritídu,
• Vyšetrenie kolenných kĺbov so stresovými zlomeninami, porušenie integrity niektorých vnútorných komponentov ( meniskus, chrupavka),
• Vyšetrenie ramenného kĺbu v prípade vykĺbenia, priškripnutia nervov, prasknutia kĺbového puzdra,
• Vyšetrenie zápästného kĺbu pri porušení stability, viacnásobné zlomeniny, porušenie stredného nervu, poškodenie väzov.

Vyšetrenie temporomandibulárneho kĺbu

Je predpísané určiť príčiny porušenia funkcie kĺbu. Táto štúdia najviac odhaľuje stav chrupavky a svalov, umožňuje odhaliť dislokácie. Používa sa aj pred ortodontickými alebo ortopedickými operáciami.

Indikácie:

• Strata pohyblivosti dolnej čeľuste
• Cvaknutie pri otváraní - zatváraní úst,
• Bolesť v spánku pri otváraní - zatváraní úst,
• Bolesť pri sondovaní žuvacích svalov,
• Bolesť svalov krku a hlavy.

Vyšetrenie vnútorných orgánov brušnej dutiny

Vyšetrenie pankreasu a pečene je predpísané pre:

• neinfekčná žltačka,
• Pravdepodobnosť novotvaru pečene, degenerácia, absces, cysty, s cirhózou,
• Ako kontrola priebehu liečby,
• Pre traumatické zlomeniny
• Kamene v žlčníku alebo žlčových cestách
• Pankreatitída akejkoľvek formy,
• Pravdepodobnosť novotvarov
• Ischémia parenchýmu.

Metóda umožňuje odhaliť cysty pankreasu, preskúmať stav žlčových ciest. Odhalia sa všetky útvary, ktoré upchávajú potrubia.

Vyšetrenie obličiek je indikované na:

• Podozrenie na novotvar
• Choroby orgánov a tkanív v blízkosti obličiek,
• Pravdepodobnosť porušenia tvorby močových orgánov,
• V prípade nemožnosti vykonania vylučovacej urografie.

Pred vyšetrením vnútorných orgánov metódou nukleárnej magnetickej rezonancie je potrebné vykonať ultrazvukové vyšetrenie.

Výskum chorôb reprodukčného systému

Vyšetrenia panvy sú predpísané pre:

• Pravdepodobnosť novotvaru maternice, močového mechúra, prostaty,
• zranenie,
• Novotvary malej panvy na detekciu metastáz,
• Bolesť v oblasti krížovej kosti,
• vesikulitída,
• Na vyšetrenie stavu lymfatických uzlín.

Pri rakovine prostaty je toto vyšetrenie predpísané na zistenie šírenia novotvaru do blízkych orgánov.

Hodinu pred štúdiom je nežiaduce močiť, pretože obraz bude informatívnejší, ak je močový mechúr trochu plný.

Výskum počas tehotenstva

Napriek tomu, že táto metóda výskumu je oveľa bezpečnejšia ako röntgen alebo počítačová tomografia, je prísne zakázané ju používať v prvom trimestri tehotenstva.
V druhom a treťom trimestri týchto metód je metóda predpísaná len zo zdravotných dôvodov. Nebezpečenstvo zákroku pre organizmus tehotnej ženy spočíva v tom, že pri zákroku dochádza k zahrievaniu niektorých tkanív, čo môže spôsobiť nežiaduce zmeny v tvorbe plodu.
Ale používanie kontrastnej látky počas tehotenstva je prísne zakázané v ktorejkoľvek fáze tehotenstva.

Preventívne opatrenia

1. Niektoré zariadenia NMR sú postavené vo forme uzavretej trubice. Ľudia, ktorí trpia strachom z uzavretých priestorov, môžu dostať záchvat. Preto je lepšie sa vopred opýtať, ako bude postup prebiehať. Existujú otvorené inštalácie. Sú miestnosťou podobnou röntgenovej miestnosti, ale takéto inštalácie sú zriedkavé.

2. Do miestnosti, kde sa zariadenie nachádza, je zakázané vstupovať s kovovými predmetmi a elektronickými zariadeniami ( hodinky, šperky, kľúče), pretože v silnom elektromagnetickom poli sa elektronické zariadenia môžu pokaziť a malé kovové predmety sa rozptýlia. Zároveň sa získajú nie celkom správne údaje z prieskumu.

Pred použitím by ste sa mali poradiť s odborníkom.

Obsah článku

MAGNETICKÁ REZONANCIA, rezonančná (selektívna) absorpcia rádiofrekvenčného žiarenia určitými atómovými časticami umiestnenými v konštantnom magnetickom poli. Väčšina elementárnych častíc, podobne ako vrcholy, rotuje okolo svojej vlastnej osi. Ak má častica elektrický náboj, tak pri rotácii vzniká magnetické pole, t.j. správa sa ako malý magnet. Pri interakcii tohto magnetu s vonkajším magnetickým poľom dochádza k javom, ktoré umožňujú získať informácie o jadrách, atómoch alebo molekulách, medzi ktoré patrí aj táto elementárna častica. Metóda magnetickej rezonancie je univerzálny výskumný nástroj používaný v takých rozmanitých oblastiach vedy, akými sú biológia, chémia, geológia a fyzika. Existujú dva hlavné typy magnetických rezonancií: elektrónová paramagnetická rezonancia a nukleárna magnetická rezonancia.

Elektrónová paramagnetická rezonancia (EPR).

Nukleárna magnetická rezonancia (NMR).

NMR objavili v roku 1946 americkí fyzici E. Purcell a F. Bloch. Nezávisle od seba našli spôsob rezonančného „ladenia“ v magnetických poliach vlastných rotácií jadier niektorých atómov, ako je vodík a jeden z izotopov uhlíka. Keď sa vzorka obsahujúca takéto jadrá umiestni do silného magnetického poľa, ich jadrové momenty sa „zoradia“ ako železné piliny v blízkosti permanentného magnetu. Táto všeobecná orientácia môže byť narušená RF signálom. Po vypnutí signálu sa jadrové momenty vrátia do pôvodného stavu a rýchlosť takejto obnovy závisí od ich energetického stavu, typu okolitých jadier a množstva ďalších faktorov. Prechod je sprevádzaný vyžarovaním rádiofrekvenčného signálu. Signál sa odošle do počítača, ktorý ho spracuje. Týmto spôsobom (metóda počítačovej NMR tomografie) možno získať snímky. (Pri zmene vonkajšieho magnetického poľa po malých krokoch sa dosiahne efekt trojrozmerného obrazu.) Metóda NMR poskytuje vysoký kontrast rôznych mäkkých tkanív v obraze, čo je mimoriadne dôležité pre identifikáciu chorých buniek na pozadí. tých zdravých. NMR tomografia sa považuje za bezpečnejšiu ako röntgen, pretože nespôsobuje žiadnu deštrukciu ani podráždenie tkaniva.

nukleárna magnetická rezonančná spektrometria

NMR je najvýkonnejšia a najinformatívnejšia metóda na štúdium molekúl. Presne povedané, nejde o jednu metódu, ale o veľké množstvo rôznych typov experimentov, t.j. pulzných sekvencií. Všetky sú síce založené na fenoméne NMR, ale každý z týchto experimentov je navrhnutý tak, aby získal nejaké špecifické špecifické informácie. Počet týchto experimentov sa meria mnohými desiatkami, ak nie stovkami. NMR teoreticky dokáže, ak nie všetko, tak takmer všetko, čo všetky ostatné experimentálne metódy na štúdium štruktúry a dynamiky molekúl, hoci v praxi to, samozrejme, nie je vždy možné. Jednou z hlavných výhod NMR je, že na jednej strane sú jej prirodzené sondy, teda magnetické jadrá, rozmiestnené po celej molekule a na druhej strane umožňuje tieto jadrá od seba odlíšiť a získať priestorovo selektívne údaje o vlastnostiach molekuly. Takmer všetky ostatné metódy poskytujú informácie buď spriemerované pre celú molekulu, alebo len o jednej z jej častí.

NMR má dve hlavné nevýhody. Po prvé, ide o nízku citlivosť v porovnaní s väčšinou ostatných experimentálnych metód (optická spektroskopia, fluorescencia, EPR atď.). To vedie k tomu, že na spriemerovanie šumu musí byť signál dlho akumulovaný. V niektorých prípadoch môže NMR experiment prebiehať aj niekoľko týždňov. Po druhé, ide o jeho vysoké náklady. NMR spektrometre patria medzi najdrahšie vedecké prístroje, stoja minimálne státisíce dolárov a najdrahšie spektrometre stoja niekoľko miliónov. Nie všetky laboratóriá, najmä v Rusku, si môžu dovoliť mať takéto vedecké vybavenie.

Aplikácia NMR

Aplikácia NMR spektroskopie. NMR spektroskopia sa týka nedeštruktívnych metód analýzy. Moderná pulzná NMR Fourierova spektroskopia umožňuje analýzu 80 magnetických jadier. NMR spektroskopia je jednou z hlavných fyzikálno-chemických metód analýzy, jej údaje slúžia na jednoznačnú identifikáciu medziproduktov chemických reakcií aj cieľových. Okrem štruktúrnych priradení a kvantitatívnej analýzy poskytuje NMR spektroskopia informácie o konformačných rovnováhách, difúzii atómov a molekúl v pevných látkach, vnútorných pohyboch, vodíkových väzbách a asociáciách v kvapalinách, tautomérii, kovoch a prototropii, usporiadaní a distribúcii väzieb v polymérnych reťazcoch, elektrónová štruktúra iónových kryštálov, tekutých kryštálov atď. NMR spektroskopia je zdrojom informácií o štruktúre biopolymérov, vrátane molekúl proteínov v roztokoch, porovnateľných v spoľahlivosti s údajmi z röntgenovej analýzy. V 80. rokoch. začalo rýchle zavádzanie metód spektroskopie a NMR tomografie v medicíne na diagnostiku zložitých ochorení a pri profylaktickom lekárskom vyšetrení populácie. Počet a poloha čiar v NMR spektrách jednoznačne charakterizuje všetky frakcie ropy, syntetických kaučukov, plastov, bridlíc, uhlia, liekov, liečiv, chemikálií a liečiv atď. Intenzita a šírka čiary NMR vody alebo ropy je možné merať vlhkosť a obsah oleja s vysokou presnosťou semien, konzervácia zrna. Pri odladení od vodných signálov je možné zaznamenať obsah lepku v každom zrne, čo podobne ako analýza obsahu oleja umožňuje zrýchlený výber poľnohospodárskych plodín. kultúr. Použitie stále silnejších magnetických polí (až 14 T v sériových zariadeniach a až 19 T v experimentálnych zostavách) umožňuje úplne určiť štruktúru molekúl proteínov v roztokoch, expresnú analýzu biologických tekutín (koncentrácie endogénnych metabolitov v krvi , moč, lymfa, cerebrospinálny mok), kontrola kvality nových polymérnych materiálov. V tomto prípade sa používajú početné varianty multikvantových a viacrozmerných Fourierových spektroskopických techník.