Molekuladagi turli muhitdagi bir xil atom yadrolari turli NMR signallarini ko'rsatadi. Bunday NMR signali va standart moddaning signali o'rtasidagi farq o'rganilayotgan moddaning kimyoviy tuzilishi bilan belgilanadigan kimyoviy siljish deb ataladigan narsani aniqlashga imkon beradi. NMR texnikasi moddalarning kimyoviy tuzilishini, molekulyar konformatsiyalarini, o'zaro ta'sir ta'sirini va molekulyar o'zgarishlarni aniqlash uchun juda ko'p imkoniyatlarga ega.
Fizika NMR
Yadro energiyasi sathining bo'linishi I = 1/2 magnit maydonda
Yadro magnit rezonansi hodisasi atom yadrolarining magnit xossalariga asoslangan boʻlib, yarim butun spinlari 1/2, 3/2, 5/2 boʻlgan nuklonlardan iborat.... Juft massali va zaryadli (juft-juft) yadrolar. yadrolar) magnit momentga ega emas, boshqa barcha yadrolar uchun esa magnit moment noldan farq qiladi.
Shunday qilib, yadrolar magnit moment bilan bog'liq bo'lgan burchak momentiga ega
,Bu erda Plank doimiysi, spin kvant soni va giromagnit nisbati.
Yadroning burchak momenti va magnit momenti kvantlashtiriladi va o'zboshimchalik bilan tanlangan koordinatalar tizimining z o'qiga burchak va magnit momentlarning proyeksiyasining xos qiymatlari bog'liqlik bilan aniqlanadi.
Va ,yadroning xos holatining magnit kvant soni bu erda, uning qiymatlari yadroning spin kvant soni bilan belgilanadi.
ya'ni yadro shtatlarda bo'lishi mumkin.
Shunday qilib, proton (yoki boshqa yadro uchun I = 1/2- 13 C, 19 F, 31 P va boshqalar) faqat ikkita holatda bo'lishi mumkin
,bunday yadro magnit dipol sifatida ifodalanishi mumkin, uning z-komponenti ixtiyoriy koordinatalar tizimining z o'qining musbat yo'nalishiga parallel yoki antiparallel yo'naltirilishi mumkin.
Shuni ta'kidlash kerakki, tashqi magnit maydon bo'lmaganda, har xil bo'lgan barcha holatlar bir xil energiyaga ega, ya'ni ular degenerativdir. Degeneratsiya tashqi magnit maydonda olib tashlanadi va degeneratsiya holatiga nisbatan bo'linish tashqi magnit maydonning kattaligiga va holatning magnit momentiga va spin kvant soniga ega bo'lgan yadro uchun proportsionaldir. I tashqi magnit maydonda tizim paydo bo'ladi 2I+1 energiya darajalari, ya'ni yadro magnit rezonansi magnit maydonda elektron sathlarni bo'lish Zeeman effekti bilan bir xil xususiyatga ega.
Eng oddiy holatda, spinli yadro uchun c I = 1/2- masalan, proton uchun, bo'linish
va spin holatlarining energiya farqi
Ayrim atom yadrolarining larmor chastotalari
Proton rezonansining chastotasi qisqa to'lqin uzunligi oralig'ida (to'lqin uzunligi taxminan 7 m).
NMR qo'llanilishi
Spektroskopiya
Asosiy maqola: NMR spektroskopiyasi
Qurilmalar
NMR spektrometrining yuragi kuchli magnitdir. Birinchi marta Purcell tomonidan amalga oshirilgan tajribada diametri taxminan 5 mm bo'lgan shisha ampulaga joylashtirilgan namuna kuchli elektromagnit qutblari orasiga qo'yilgan. Keyin ampula aylana boshlaydi va unga ta'sir qiluvchi magnit maydon asta-sekin kuchayadi. Radiatsiya manbai sifatida yuqori Q radio chastotasi generatori ishlatiladi. Ortib borayotgan magnit maydon ta'sirida spektrometr sozlangan yadrolar rezonanslasha boshlaydi. Bunday holda, ekranlangan yadrolar rezonansning (va qurilma) nominal chastotasidan bir oz pastroq chastotada rezonanslashadi.
Energiyaning yutilishi radiochastota ko'prigi tomonidan aniqlanadi va keyin magnitafon tomonidan qayd etiladi. Chastota ma'lum chegaraga yetguncha oshiriladi, undan yuqori rezonans mumkin emas.
Ko'prikdan keladigan oqimlar juda kichik bo'lgani uchun ular bir spektrni olish bilan cheklanmaydi, balki bir necha o'nlab o'tishlarni amalga oshiradi. Barcha qabul qilingan signallar yakuniy grafikda umumlashtiriladi, ularning sifati qurilmaning signal-shovqin nisbatiga bog'liq.
Ushbu usulda namunaga magnit maydonning kuchi o'zgarganda doimiy chastotada radiochastota nurlanishi ta'sir qiladi, shuning uchun u doimiy maydon (CW) usuli deb ham ataladi.
An'anaviy NMR spektroskopiya usuli juda ko'p kamchiliklarga ega. Birinchidan, har bir spektrni qurish uchun ko'p vaqt talab etiladi. Ikkinchidan, tashqi aralashuvning yo'qligi juda talabchan va, qoida tariqasida, natijada paydo bo'lgan spektrlar sezilarli shovqinga ega. Uchinchidan, u yuqori chastotali spektrometrlarni (300, 400, 500 va undan ortiq MGts) yaratish uchun yaroqsiz. Shuning uchun zamonaviy NMR asboblari qabul qilingan signalning Furye transformatsiyasiga asoslangan impulsli spektroskopiya (PW) deb ataladigan usuldan foydalanadi. Hozirgi vaqtda barcha NMR spektrometrlari doimiy magnit maydonga ega kuchli o'ta o'tkazuvchan magnitlar asosida qurilgan.
CW usulidan farqli o'laroq, impulsli versiyada yadrolar "doimiy to'lqin" bilan emas, balki bir necha mikrosekund davom etadigan qisqa puls yordamida qo'zg'atiladi. Impulsning chastota komponentlarining amplitudalari n 0 dan ortib borayotgan masofa bilan kamayadi. Ammo barcha yadrolarning bir xil nurlanishi ma'qul bo'lganligi sababli, "qattiq impulslar", ya'ni yuqori quvvatli qisqa impulslardan foydalanish kerak. Impulsning davomiyligi shunday tanlanadiki, chastota diapazoni kengligi spektr kengligidan bir yoki ikki marta kattaroqdir. Quvvat bir necha vattga etadi.
Impulsli spektroskopiya natijasida ko'rinadigan rezonans cho'qqilari bo'lgan odatiy spektr emas, balki barcha rezonansli yadrolarning barcha signallari aralashgan so'ngan rezonans tebranishlarining tasviri olinadi - "erkin induksiya parchalanishi" (FID, erkin induksion parchalanish). Ushbu spektrni o'zgartirish uchun Furye transformatsiyasi deb ataladigan matematik usullar qo'llaniladi, unga ko'ra har qanday funktsiya garmonik tebranishlar yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin.
NMR spektrlari
1 H 4-etoksibenzaldegid spektri. Zaif maydonda (singlet ~ 9,25 ppm) signal aldegid guruhining protonidan, kuchli maydonda (triplet ~ 1,85-2 ppm) - metil etoksi guruhining protonlaridan.
NMR yordamida sifatli tahlil qilish uchun ushbu usulning quyidagi ajoyib xususiyatlariga asoslanib, spektral tahlil qo'llaniladi:
- muayyan funktsional guruhlarga mansub atomlarning yadrolaridan signallar spektrning qat'iy belgilangan hududlarida yotadi;
- tepalik bilan chegaralangan integral maydon rezonanslashuvchi atomlar soniga qat'iy proportsionaldir;
- 1-4 bog'lar orqali yotadigan yadrolar, deb atalmish natijasida multilet signallarni ishlab chiqarishga qodir. bir-biriga bo'linish.
Signalning NMR spektrlaridagi holati ularning mos yozuvlar signaliga nisbatan kimyoviy siljishi bilan tavsiflanadi. Tetrametilsilan Si (CH 3) 4 1 H va 13 C NMRda ikkinchisi sifatida ishlatiladi. Kimyoviy siljish birligi asbob chastotasining millionga (ppm) qismidir. Agar biz TMS signalini 0 deb qabul qilsak va signalning kuchsiz maydonga siljishi ijobiy kimyoviy siljish deb hisoblansa, d shkalasi deb ataladigan shkalani olamiz. Tetrametilsilanning rezonansi 10 ppm ga teng bo'lsa. va belgilarni teskari aylantirsa, natijada hosil bo'lgan shkala hozirda amalda qo'llanilmaydigan t shkalasi bo'ladi. Agar moddaning spektri sharhlash uchun juda murakkab bo'lsa, skrining konstantalarini hisoblash va ularga asoslangan signallarni o'zaro bog'lash uchun kvant kimyoviy usullaridan foydalanishingiz mumkin.
NMR introskopiyasi
Yadro magnit aks sado hodisasi nafaqat fizika va kimyoda, balki tibbiyotda ham qo'llanilishi mumkin: inson tanasi bir xil organik va noorganik molekulalarning to'plamidir.
Ushbu hodisani kuzatish uchun ob'ekt doimiy magnit maydonga joylashtiriladi va radiochastota va gradient magnit maydonlariga ta'sir qiladi. O'rganilayotgan ob'ektni o'rab turgan induktor bobinida o'zgaruvchan elektromotor kuch (EMF) paydo bo'ladi, uning amplituda-chastota spektri va vaqtinchalik xarakteristikalari rezonanslashuvchi atom yadrolarining fazoviy zichligi, shuningdek, faqat o'ziga xos bo'lgan boshqa parametrlar haqida ma'lumot beradi. yadro magnit rezonansi. Ushbu ma'lumotni kompyuterda qayta ishlash kimyoviy ekvivalent yadrolarning zichligini, yadro magnit-rezonansining bo'shashish vaqtlarini, suyuqlik oqimi tezligini taqsimlashni, molekulalarning tarqalishini va tirik to'qimalarda biokimyoviy metabolik jarayonlarni tavsiflovchi uch o'lchovli tasvirni yaratadi.
NMR introskopiyasining (yoki magnit-rezonans tomografiya) mohiyati, aslida, yadro magnit-rezonans signalining amplitudasini miqdoriy tahlilining maxsus turini amalga oshirishdir. An'anaviy NMR spektroskopiyasida spektral chiziqlarning eng yaxshi ruxsatiga erishishga intiladi. Bunga erishish uchun magnit tizimlar namunadagi eng yaxshi maydon bir xilligini yaratadigan tarzda o'rnatiladi. NMR introskopiya usullarida, aksincha, yaratilgan magnit maydon aniq bir xil emas. Keyin namunaning har bir nuqtasida yadro magnit rezonansining chastotasi boshqa qismlardagi qiymatlardan farqli o'laroq, o'z qiymatiga ega bo'lishini kutish uchun asos bor. NMR signallarining amplitudasi (monitor ekranidagi yorqinlik yoki rang) gradatsiyasi uchun har qanday kodni o'rnatish orqali siz shartli tasvirni olishingiz mumkin (
Yadro magnit rezonansi
Yadro magnit rezonansi (NMR) - yadrolarning magnit momentlarini qayta yo'naltirilishi tufayli tashqi magnit maydonda n chastotada (NMR chastotasi deb ataladi) tarkibida spini nolga teng bo'lmagan yadrolarni o'z ichiga olgan moddaning rezonansli yutilishi yoki elektromagnit energiyasini chiqarishi. Yadro magnit rezonansi fenomeni 1938 yilda Isaak Rabi tomonidan molekulyar nurlarda kashf etilgan va buning uchun u 1944 yil Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. 1946 yilda Feliks Bloch va Edvard Mills Purcell suyuqlik va qattiq jismlarda yadro magnit rezonansini oldi (1952 yil Nobel mukofoti). .
Molekuladagi turli muhitdagi bir xil atom yadrolari turli NMR signallarini ko'rsatadi. Bunday NMR signali va standart moddaning signali o'rtasidagi farq o'rganilayotgan moddaning kimyoviy tuzilishi bilan belgilanadigan kimyoviy siljish deb ataladigan narsani aniqlashga imkon beradi. NMR texnikasi moddalarning kimyoviy tuzilishini, molekulyar konformatsiyalarini, o'zaro ta'sir ta'sirini va molekulyar o'zgarishlarni aniqlash uchun juda ko'p imkoniyatlarga ega.
Matematik tavsif Yadroning magnit momenti mu=y*l bu yerda l - yadro spini; y-bar konstantasi NMR kuzatiladigan chastota
Yadrolarning kimyoviy qutblanishi
Magnit maydonda ba'zi kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lganda, reaktsiya mahsulotlarining NMR spektrlarida anomal darajada katta yutilish yoki radio emissiya aniqlanadi. Bu fakt reaksiya mahsulotlari molekulalarida yadroviy Zeeman darajasining nomutanosibligidan dalolat beradi. Pastki darajadagi haddan tashqari populyatsiya anomal so'rilish bilan birga keladi. Invert populyatsiya (yuqori qatlam quyiga qaraganda ko'proq) radio emissiyasiga olib keladi. Bu hodisa deyiladi yadrolarning kimyoviy qutblanishi
NMRda u yadro magnitlanishini kuchaytirish uchun ishlatiladi Ayrim atom yadrolarining larmor chastotalari
|
yadro |
0,5 Tesla da MGts da Larmor chastotasi |
1 Teslada MGts da Larmor chastotasi |
7,05 Tesla da MGts da Larmor chastotasi |
|
1 soat( Vodorod) |
|||
|
²D ( Deyteriy) |
|||
|
13 C ( Uglerod) |
|||
|
23Na( Natriy) |
|||
|
39 K ( Kaliy) |
Proton rezonansining chastotasi diapazonda qisqa to'lqinlar(to'lqin uzunligi taxminan 7 m) .
NMR qo'llanilishi
Spektroskopiya
NMR spektroskopiyasi
Qurilmalar
NMR spektrometrining yuragi kuchli magnitdir. Birinchi marta Purcell tomonidan amalga oshirilgan tajribada diametri taxminan 5 mm bo'lgan shisha ampulaga joylashtirilgan namuna kuchli elektromagnit qutblari orasiga qo'yilgan. Keyin magnit maydonning bir xilligini yaxshilash uchun ampula aylana boshlaydi va unga ta'sir qiluvchi magnit maydon asta-sekin kuchayadi. Radiatsiya manbai sifatida yuqori Q radio chastotasi generatori ishlatiladi. Ortib borayotgan magnit maydon ta'sirida spektrometr sozlangan yadrolar rezonanslasha boshlaydi. Bunday holda, ekranlangan yadrolar elektron qobiqsiz yadrolarga qaraganda bir oz past chastotada rezonanslashadi. Energiyaning yutilishi radiochastota ko'prigi tomonidan aniqlanadi va keyin magnitafon tomonidan qayd etiladi. Chastota ma'lum chegaraga yetguncha oshiriladi, undan yuqori rezonans mumkin emas.
Ko'prikdan keladigan oqimlar juda kichik bo'lgani uchun ular bir spektrni olish bilan cheklanmaydi, balki bir necha o'nlab o'tishlarni amalga oshiradi. Barcha qabul qilingan signallar yakuniy grafikda umumlashtiriladi, ularning sifati qurilmaning signal-shovqin nisbatiga bog'liq.
Ushbu usulda namuna doimiy chastotali radiochastota nurlanishiga ta'sir qiladi, shu bilan birga magnit maydonning kuchi o'zgarib turadi, shuning uchun u doimiy to'lqin (CW) nurlanish usuli deb ham ataladi.
An'anaviy NMR spektroskopiya usuli juda ko'p kamchiliklarga ega. Birinchidan, har bir spektrni qurish uchun ko'p vaqt talab etiladi. Ikkinchidan, tashqi aralashuvning yo'qligi juda talabchan va, qoida tariqasida, natijada paydo bo'lgan spektrlar sezilarli shovqinga ega. Uchinchidan, u yuqori chastotali spektrometrlarni (300, 400, 500 va undan ortiq MGts) yaratish uchun yaroqsiz. Shuning uchun zamonaviy NMR asboblari qabul qilingan signalning Furye transformatsiyasiga asoslangan impulsli spektroskopiya (PW) deb ataladigan usuldan foydalanadi. Hozirgi vaqtda barcha NMR spektrometrlari doimiy magnit maydonga ega kuchli o'ta o'tkazuvchan magnitlar asosida qurilgan.
CW usulidan farqli o'laroq, impulsli versiyada yadrolar "doimiy to'lqin" bilan emas, balki bir necha mikrosekund davom etadigan qisqa puls yordamida qo'zg'atiladi. Impulsning chastota komponentlarining amplitudalari n 0 dan ortib borayotgan masofa bilan kamayadi. Ammo barcha yadrolarning bir xil nurlanishi ma'qul bo'lganligi sababli, "qattiq impulslar", ya'ni yuqori quvvatli qisqa impulslardan foydalanish kerak. Impulsning davomiyligi shunday tanlanadiki, chastota diapazoni kengligi spektr kengligidan bir yoki ikki marta kattaroqdir. Quvvat bir necha ming vattga etadi.
Impulsli spektroskopiya natijasida ko'rinadigan rezonans cho'qqilari bo'lgan odatiy spektr emas, balki barcha rezonansli yadrolarning barcha signallari aralashgan so'ngan rezonans tebranishlarining tasviri olinadi - "erkin induksiya parchalanishi" (FID, ozod induksiya parchalanish). Ushbu spektrni o'zgartirish uchun Furye transformatsiyasi deb ataladigan matematik usullar qo'llaniladi, unga ko'ra har qanday funktsiya garmonik tebranishlar yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin.
NMR spektrlari
1 H 4-etoksibenzaldegid spektri. Zaif maydonda (singlet ~ 9,25 ppm) signal aldegid guruhining protonidan, kuchli maydonda (triplet ~ 1,85-2 ppm) - metil etoksi guruhining protonlaridan.
NMR yordamida sifatli tahlil qilish uchun ushbu usulning quyidagi ajoyib xususiyatlariga asoslanib, spektral tahlil qo'llaniladi:
muayyan funktsional guruhlarga mansub atomlarning yadrolaridan signallar spektrning qat'iy belgilangan hududlarida yotadi;
tepalik bilan chegaralangan integral maydon rezonanslashuvchi atomlar soniga qat'iy proportsionaldir;
1-4 bog'lar orqali yotadigan yadrolar, deb atalmish natijasida multilet signallarni ishlab chiqarishga qodir. bir-biriga bo'linish.
Signalning NMR spektrlaridagi holati ularning mos yozuvlar signaliga nisbatan kimyoviy siljishi bilan tavsiflanadi. Tetrametilsilan Si (CH 3) 4 (TMS) 1 H va 13 C NMRda ikkinchisi sifatida ishlatiladi. Kimyoviy siljish birligi asbob chastotasining millionga (ppm) qismidir. Agar TMS signalini 0 deb qabul qilsak va signalning kuchsiz maydonga siljishi ijobiy kimyoviy siljish deb hisoblansa, u holda d shkalasi deb ataladigan shkalani olamiz. Tetrametilsilanning rezonansi 10 ppm ga teng bo'lsa. va belgilarni teskari aylantirsa, natijada hosil bo'lgan shkala hozirda amalda qo'llanilmaydigan t shkalasi bo'ladi. Agar moddaning spektri sharhlash uchun juda murakkab bo'lsa, skrining konstantalarini hisoblash va ularga asoslangan signallarni o'zaro bog'lash uchun kvant kimyoviy usullaridan foydalanishingiz mumkin.
NMR introskopiyasi
Yadro magnit aks sado hodisasi nafaqat fizika va kimyoda, balki tibbiyotda ham qo'llanilishi mumkin: inson tanasi bir xil organik va noorganik molekulalarning to'plamidir.
Ushbu hodisani kuzatish uchun ob'ekt doimiy magnit maydonga joylashtiriladi va radiochastota va gradient magnit maydonlariga ta'sir qiladi. O'rganilayotgan ob'ektni o'rab turgan induktor bobinida o'zgaruvchan elektromotor kuch (EMF) paydo bo'ladi, uning amplituda-chastota spektri va vaqtinchalik xarakteristikalari rezonanslashuvchi atom yadrolarining fazoviy zichligi, shuningdek, faqat o'ziga xos bo'lgan boshqa parametrlar haqida ma'lumot beradi. yadro magnit rezonansi. Ushbu ma'lumotni kompyuterda qayta ishlash kimyoviy ekvivalent yadrolarning zichligini, yadro magnit-rezonansining bo'shashish vaqtlarini, suyuqlik oqimi tezligini taqsimlashni, molekulalarning tarqalishini va tirik to'qimalarda biokimyoviy metabolik jarayonlarni tavsiflovchi uch o'lchovli tasvirni yaratadi.
NMR introskopiyasining (yoki magnit-rezonans tomografiya) mohiyati, aslida, yadro magnit-rezonans signalining amplitudasini miqdoriy tahlilining maxsus turini amalga oshirishdir. An'anaviy NMR spektroskopiyasida spektral chiziqlarning eng yaxshi ruxsatiga erishishga intiladi. Bunga erishish uchun magnit tizimlar namunadagi eng yaxshi maydon bir xilligini yaratadigan tarzda o'rnatiladi. NMR introskopiya usullarida, aksincha, yaratilgan magnit maydon aniq bir xil emas. Keyin namunaning har bir nuqtasida yadro magnit rezonansining chastotasi boshqa qismlardagi qiymatlardan farqli o'laroq, o'z qiymatiga ega bo'lishini kutish uchun asos bor. NMR signallarining amplitudasi (monitor ekranidagi yorqinlik yoki rang) gradatsiyalari uchun har qanday kodni o'rnatish orqali siz ob'ektning ichki tuzilishi bo'limlarining an'anaviy tasvirini (tomogrammasini) olishingiz mumkin.
NMR introskopiyasi va NMR tomografiyasi dunyoda birinchi marta 1960 yilda V. A. Ivanov tomonidan ixtiro qilingan. Qobiliyatsiz mutaxassis ixtiro (usul va qurilma) uchun arizani "... taklif etilayotgan yechimning yaqqol foydasizligi sababli" rad etdi, shuning uchun mualliflik guvohnomasi faqat 10 yildan ko'proq vaqt o'tgach berildi. Shunday qilib, NMR tomografiyasining muallifi quyida keltirilgan Nobel mukofoti laureatlari jamoasi emas, balki rossiyalik olim ekanligi rasman tan olinadi. Ushbu yuridik faktga qaramay, Nobel mukofoti V. A. Ivanovga emas, NMR tomografiyasi uchun berilgan.
Yadro magnit rezonansi
Yadro magnit rezonansi
Yadro magnit rezonansi (NMR) - elektromagnit to'lqinlarning atom yadrolari tomonidan rezonansli yutilishi, bu o'z burchak momentum (spin) vektorlarining yo'nalishi o'zgarganda sodir bo'ladi. NMR kuchli doimiy magnit maydonga joylashtirilgan namunalarda, bir vaqtning o'zida radiochastota diapazonida zaif o'zgaruvchan elektromagnit maydonga ta'sir qilganda paydo bo'ladi (o'zgaruvchan maydon chiziqlari doimiy maydon chiziqlariga perpendikulyar bo'lishi kerak). 10 4 oersted doimiy magnit maydonida vodorod yadrolari (protonlar) uchun rezonans 42,58 MGts radio to'lqin chastotasida sodir bo'ladi. 10 3 -10 4 oersted NMR magnit maydonlarda boshqa yadrolar uchun 1-10 MGts chastota diapazonida kuzatiladi. NMR fizika, kimyo va biokimyoda qattiq jismlar va murakkab molekulalarning tuzilishini oʻrganishda keng qoʻllaniladi. Tibbiyotda NMR 0,5-1 mm o'lchamdagi inson ichki organlarining fazoviy tasvirini olish uchun ishlatiladi.
Keling, eng oddiy yadro - vodorod misolida NMR hodisasini ko'rib chiqaylik. Vodorod yadrosi proton bo'lib, u o'ziga xos mexanik burchak momentumining (spin) ma'lum bir qiymatiga ega. Kvant mexanikasiga ko'ra, proton spin vektori kosmosda faqat ikkita o'zaro qarama-qarshi yo'nalishga ega bo'lishi mumkin, ular shartli ravishda "yuqoriga" va "pastga" so'zlari bilan belgilanadi. Proton magnit momentga ham ega bo'lib, uning vektorining yo'nalishi spin vektorining yo'nalishiga qat'iy bog'langan. Shuning uchun protonning magnit momentining vektori "yuqoriga" yoki "pastga" yo'naltirilishi mumkin. Shunday qilib, proton kosmosda ikkita mumkin bo'lgan yo'nalishga ega mikroskopik magnit sifatida ifodalanishi mumkin. Agar siz protonni tashqi doimiy magnit maydonga joylashtirsangiz, u holda bu sohadagi protonning energiyasi uning magnit momenti qayerga yo'naltirilganligiga bog'liq bo'ladi. Agar protonning magnit momenti (va spini) maydonga qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilsa, uning energiyasi katta bo'ladi. Bu energiyani E ↓ bilan belgilaymiz. Agar protonning magnit momenti (spin) maydon bilan bir xil yo'nalishda yo'naltirilgan bo'lsa, u holda E bilan belgilangan proton energiyasi kamroq bo'ladi (E).<
E ↓).
Пусть протон оказался именно в этом последнем состоянии. Если теперь протону
добавить энергию Δ Е =
E ↓ − E ,
то он сможет скачком перейти в состояние с большей энергией, в котором его
спин будет направлен против поля. Добавить энергию протону можно, “облучая”
его квантами электромагнитных волн с частотой ω, определяемой соотношением
ΔЕ = ћω.
Keling, bitta protondan ko'p sonli protonlarni o'z ichiga olgan vodorodning makroskopik namunasiga o'taylik. Vaziyat shunday ko'rinadi. Namunada, tasodifiy spin yo'nalishlarining o'rtacha hisobi tufayli, doimiy tashqi magnit maydon qo'llanilganda, protonlarning taxminan teng soni ushbu maydonga nisbatan "yuqoriga" va "pastga" yo'naltirilgan spinlar bilan paydo bo'ladi. Namunani ō = (E ↓ - E )/ћ chastotali elektromagnit to'lqinlar bilan nurlantirish protonlarning spinlarining (magnit momentlarining) "massiv" aylanishiga olib keladi, buning natijasida namunaning barcha protonlari o'zlarini topadi. maydonga qarshi qaratilgan spinlar bilan holatda. Protonlar orientatsiyasining bunday katta o'zgarishi nurlantiruvchi elektromagnit maydon kvantlarining (va energiyasining) keskin (rezonansli) yutilishi bilan birga bo'ladi. Bu NMR. NMRni faqat yadrolari ko'p bo'lgan (10 16) namunalarda, maxsus texnikalar va o'ta sezgir asboblar yordamida kuzatish mumkin.
NMR yoki inglizcha NMR tasvirlash - bu "yadro magnit rezonansi" iborasining qisqartmasi. Ushbu tadqiqot usuli tibbiy amaliyotga o'tgan asrning 80-yillarida kirdi. Bu rentgen tomografiyasidan farq qiladi. NMRda qo'llaniladigan nurlanish to'lqin uzunligi 1 dan 300 m gacha bo'lgan radioto'lqinlarni o'z ichiga oladi.KTga o'xshash yadro magnit tomografiyasi ichki organlar tuzilishining qatlam-qatlam tasvirlarini qayta ishlash bilan kompyuterni skanerlashni avtomatik boshqarishdan foydalanadi.
Yadro magnit-rezonans tomografiyasining mohiyati nimada?
NMR kuchli magnit maydonlari bilan bir qatorda radioto'lqinlardan ham alohida tasvirlardan (skanerlar) inson tanasi tasvirini yaratish uchun foydalanadi. Ushbu usul jarohatlar va miya shikastlanishi bilan kasallangan bemorlarga shoshilinch yordam ko'rsatish, shuningdek, muntazam tekshiruvlar uchun zarurdir. NMR - elektromagnit to'lqinlarning magnit maydondagi modda (inson tanasi) tomonidan tanlab yutilishi. Bu magnit momenti nolga teng bo'lmagan yadrolar mavjudligida mumkin bo'ladi. Birinchidan, radio to'lqinlar so'riladi, keyin radio to'lqinlar yadrolar tomonidan chiqariladi va ular past energiya darajasiga o'tadi. Ikkala jarayonni ham yadrolarni o'rganish va yutish orqali aniqlash mumkin. NMR bir xil bo'lmagan magnit maydon hosil qiladi. Siz shunchaki NMR tomografining uzatuvchi antennasini va qabul qilgichini to'qimalar yoki organlarning qat'iy belgilangan maydoniga moslashingiz va to'lqinlarni qabul qilish chastotasini o'zgartirib, nuqtalardan o'qishni olishingiz kerak.
Skanerlangan nuqtalardan ma'lumotlarni qayta ishlashda barcha organlar va tizimlarning tasvirlari turli tekisliklarda olinadi, bo'limda yuqori aniqlikdagi to'qimalar va organlarning uch o'lchovli tasviri hosil bo'ladi. Magnit yadro tomografiyasi texnologiyasi juda murakkab bo'lib, u elektromagnit to'lqinlarni atomlar tomonidan rezonansli yutilish printsipiga asoslanadi. Inson kuchli magnit maydonga ega bo'lgan qurilmaga joylashtiriladi. U erdagi molekulalar magnit maydon yo'nalishi bo'yicha aylanadi. Keyin elektr to'lqinini skanerlash amalga oshiriladi, molekulalarning o'zgarishi birinchi navbatda maxsus matritsada qayd etiladi, so'ngra kompyuterga o'tkaziladi va barcha ma'lumotlar qayta ishlanadi.
NMRI qo'llanilishi
NMR tomografiyasi juda keng qo'llanilishiga ega, shuning uchun u kompyuter tomografiyasiga muqobil sifatida ko'proq qo'llaniladi. NMR yordamida aniqlanishi mumkin bo'lgan kasalliklar ro'yxati juda keng.
- Bosh miya.
Ko'pincha bunday tadqiqot miyani shikastlanishlar, o'smalar, demans, epilepsiya va miya tomirlari bilan bog'liq muammolar uchun skanerlash uchun ishlatiladi.
- Yurak-qon tomir tizimi.
Yurak va qon tomirlarini tashxislashda NMR angiografiya va KT kabi usullarni to'ldiradi.
Yadro MRI kardiomiopatiya, tug'ma yurak kasalligi, qon tomir o'zgarishlar, miyokard ishemiyasi, distrofiya va yurak va qon tomirlarida o'smalar aniqlash mumkin.
- Muskul-skelet tizimi.
NMR tomografiyasi tayanch-harakat tizimi bilan bog'liq muammolarni aniqlashda ham keng qo'llaniladi. Ushbu diagnostika usuli bilan ligamentlar, tendonlar va suyak tuzilmalari juda yaxshi farqlanadi.
- Ichki organlar.
Yadro magnit-rezonans tomografiyasi yordamida oshqozon-ichak trakti va jigarni tekshirishda siz taloq, buyraklar, jigar va oshqozon osti bezi haqida to'liq ma'lumot olishingiz mumkin. Agar siz qo'shimcha ravishda kontrast moddani kiritsangiz, ushbu organlarning va ularning qon tomir tizimining funktsional qobiliyatini kuzatish mumkin bo'ladi. Va qo'shimcha kompyuter dasturlari ichaklar, qizilo'ngach, o't yo'llari va bronxlar tasvirlarini yaratishga imkon beradi.
Yadro magnit-rezonans tomografiya va MRI: farq bormi?
Ba'zan siz MRI va NMR nomlari bilan adashishingiz mumkin. Ushbu ikki protsedura o'rtasida farq bormi? Javob aniq bo'lishi mumkin: yo'q.
Dastlab, kashf etilgan paytda, magnit-rezonans tomografiya o'z nomida boshqa "yadro" so'ziga ega bo'lib, vaqt o'tishi bilan yo'qolib, faqat MRI qisqartmasi qoldi.
Yadro magnit-rezonans tomografiya rentgen apparatiga o'xshaydi, ammo uning ishlash printsipi va imkoniyatlari biroz boshqacha. MRI miya, orqa miya va yumshoq to'qimalarga ega bo'lgan boshqa organlarning vizual rasmini olishga yordam beradi. Tomografiya yordamida qon oqimining tezligini, miya omurilik suyuqligi va miya omurilik suyuqligining oqimini o'lchash mumkin. Shuningdek, inson faoliyatiga qarab miya yarim korteksining ma'lum bir sohasi qanday faollashishini ham ko'rib chiqish mumkin. Tadqiqot o'tkazayotganda shifokor uch o'lchamli tasvirni ko'radi, bu unga odamning ahvolini baholashda harakat qilish imkonini beradi.
Bir nechta tadqiqot usullari mavjud: angiografiya, perfuziya, diffuziya, spektroskopiya. Yadro magnit-rezonans tomografiya eng yaxshi tadqiqot usullaridan biridir, chunki u organlar va to'qimalarning holatining uch o'lchovli tasvirini olish imkonini beradi, ya'ni tashxis aniqroq aniqlanadi va to'g'ri davolash usuli tanlanadi. Inson ichki organlarining NMR tekshiruvi haqiqiy to'qimalarni emas, balki tasvirlarni ifodalaydi. Rasmlar rentgen nurlari olinganda rentgen nurlari so'rilganida fotosensitiv plyonkada paydo bo'ladi.
NMR tomografiyasining asosiy afzalliklari
Boshqa tadqiqot usullariga nisbatan NMR tomografiyasining afzalliklari ko'p qirrali va ahamiyatlidir.
NMR tomografiyasining kamchiliklari
Lekin, albatta, bu usul o'zining kamchiliklaridan xoli emas.
- Yuqori energiya iste'moli. Kameraning ishlashi oddiy supero'tkazuvchanlik uchun katta miqdorda elektr energiyasi va qimmat texnologiyani talab qiladi. Ammo yuqori quvvatli magnitlar inson salomatligiga salbiy ta'sir ko'rsatmaydi.
- Jarayonning davomiyligi. Yadro magnit-rezonans tomografiyasi rentgen nurlari bilan solishtirganda kamroq sezgir usuldir. Shuning uchun transilluminatsiya uchun ko'proq vaqt talab etiladi. Bundan tashqari, o'pka va yurakni o'rganishda ma'lumotlarni buzadigan nafas olish harakatlari tufayli tasvirning buzilishi mumkin.
- Agar sizda klostrofobiya kabi kasallik bo'lsa, bu MRI tekshiruvi uchun kontrendikatsiyadir. Katta metall implantlar, yurak stimulyatori yoki sun'iy yurak stimulyatori mavjud bo'lsa, NMR tasvirlash yordamida diagnostika qilish ham mumkin emas. Homiladorlik davrida tashxis faqat istisno hollarda amalga oshiriladi.
Inson tanasidagi har bir kichik ob'ektni yadro magnit-rezonans tomografiyasi yordamida tekshirish mumkin. Faqat ba'zi hollarda tanadagi kimyoviy elementlarning kontsentratsiyasining taqsimlanishini kiritish kerak. O'lchovlar yanada sezgir bo'lishi uchun juda ko'p miqdordagi signallarni to'plash va yig'ish kerak. Bunday holda, haqiqatni etarli darajada etkazadigan aniq, yuqori sifatli tasvir olinadi. Bu, shuningdek, odamning NMR tomografiyasi uchun kamerada qancha vaqt o'tkazishi bilan bog'liq. Siz uzoq vaqt harakatsiz yotishingiz kerak bo'ladi.
Xulosa qilib aytishimiz mumkinki, yadroviy magnit-rezonans tomografiya - bu rentgen nurlari ta'siridan butunlay saqlanadigan juda xavfsiz va mutlaqo og'riqsiz diagnostika usuli. Kompyuter dasturlari virtual tasvirlarni yaratish uchun olingan skanerlarni qayta ishlashga imkon beradi. NMR chegaralari haqiqatan ham cheksizdir.
Hozirda ushbu diagnostika usuli uning jadal rivojlanishi va tibbiyotda keng qo'llanilishi uchun rag'batdir. Usul inson salomatligiga kam zararli ekanligi bilan ajralib turadi, biroq ayni paytda u sog'lom odamda ham, mavjud kasalliklarda ham organlarning tuzilishini diqqat bilan tekshirishga imkon beradi.
