Nükleer Manyetik Rezonans nedir, özellikleri nelerdir? Nükleer Manyetik Rezonans’ın çalışma prensibi, tarihçesi hakkında bilgi.
Nükleer Manyetik Rezonans
Nükleer manyetik rezonans (NMR), manyetik alandaki manyetik çekirdeklerin absorbe ettiği, ardından elektromanyetik radyasyonu tekrar yayan fiziksel bir fenomendir. Bu enerji, manyetik alan kuvvetine ve atomların izotoplarının manyetik özelliklerine bağlı olan belirli bir rezonans frekansına sahiptir. Birçok bilimsel teknik NMR fenomeni kullanarak, moleküler fizik, kristal ve kristal olmayan malzemeleri NMR spektroskopisi ile incelemek için kullanılır. NMR ayrıca ileri tıbbi görüntüleme teknikleri, örneğin manyetik rezonans görüntüleme (MRI) için kullanılır.
Nasıl çalışır?
Tek sayıda proton ve / veya nötron içeren bütün izotoplar, içsel bir manyetik moment ve açısal momentuma, başka bir deyişle sıfır olmayan bir dönüşe sahipken, her ikisinin de sayıları çift olan toplam çekirdekte toplam sıfıra sahiptir. En yaygın olarak incelenen çekirdekler, 1H ve 13C’dir, bununla birlikte, birçok başka elementin izotoplarından (örn. 2H, 6Li, 10B, 11B, 14N, 15N, 17O, 19F, 23Na, 29Si, 31P, 35C1, 113Cd, 129Xe, 195Pt) yüksek alan NMR spektroskopisi ile de çalışılmıştır.
NMR’nin ana fikri, belirli bir maddenin rezonans frekansının, uygulanan manyetik alanın gücü ile doğrudan orantılı olmasıdır. Bu rezonans görüntüleme tekniklerinde kullanılır. Eğer örnek düzgün olmayan bir manyetik alana yerleştirilirse, numunenin çekirdeklerinin rezonans frekansları alanın neresinde bulunduklarına bağlıdır. Bilim adamları, en iyi görüntü kalitesini elde etmek için mümkün olan en yüksek manyetik alanları kullanmaya çalışır.
NMR prensibi genellikle iki sıralı basamağı içerir:
Manyetik nükleer hizalaması (polarizasyon), uygulanan sabit bir manyetik alanda H0 döner.
Bir elektromanyetik, genellikle radyo frekansı (RF), darbelerin bu hizalanmasında küçük bir kaymaya neden olur. Darbe frekansı statik manyetik alana (H0) ve ölçülen çekirdeklere göre seçilir.
Sabit alan ve darbe alanı genellikle birbirine dik olarak ayarlanır. Bu NMR sinyal gücünü arttırır. Nükleer spinlerdeki toplam mıknatıslanma (M) ile ortaya çıkan tepki, NMR spektroskopisi ve manyetik rezonans görüntülemede kullanılan bir olgudur. Her ikisi de, dağılım elde etmek için yoğun uygulanmış manyetik alanlar (H0) kullanır ve spektral çözünürlük sağlamak için çok yüksek stabilite sağlar. Bilim adamları okumalarını kimyasal kaymalar, Zeeman etkisi ve Knight kayması olarak açıklar (metal olarak).
NMR, Dünya’nın manyetik alanında (Dünya’nın alanı NMR olarak adlandırılır) ve çeşitli manyetometrelerde düşük alan NMR, NMR spektroskopisi ve MRI’da kullanılır.
Tarihçesi
Nükleer manyetik rezonans ilk kez 1938’de Isidor Rabi tarafından moleküler ışınlarda tanımlandı ve ölçüldü. 1944 yılında Rabi’ye bu çalışması için Nobel Fizik Ödülü verildi. 1946’da Felix Bloch ve Edward Mills Purcell, sıvılarda ve katılarda kullanım tekniğini genişletti. Bu keşif için 1952’de Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.
Purcell, Massachusetts Institute of Technology’nin Radyasyon Laboratuvarı’nda İkinci Dünya Savaşı sırasında radarın gelişimi üzerinde çalışmıştı. Bu proje sırasında radyo frekans gücünün üretimi ve tespiti ve bu tür RF gücünün madde tarafından absorbe edilmesi konusundaki çalışmaları, Rabi’nin NMR’yi keşfetmesinin arka planını oluşturdu.
Rabi, Bloch ve Purcell, 1H ve 31P gibi manyetik çekirdeklerin, çekirdeklerin kimliğine özgü bir kuvvetli manyetik alana yerleştirildiğinde RF enerjisini emebildiklerini fark ettiler. Bu emilim gerçekleştiğinde, çekirdek rezonansta olarak tanımlanır. Bir molekül içindeki farklı atom çekirdeği, aynı manyetik alan kuvveti için farklı (radyo) frekanslarda rezonansa girer. Bir molekülde bulunan çekirdeklerin bu tür manyetik rezonans frekanslarının gözlemlenmesi, herhangi bir eğitimli kullanıcının molekül hakkında temel, kimyasal ve yapısal bilgileri keşfetmesini sağlar.
II. Dünya Savaşı’ndan sonra, NMR’nin analitik kimya ve biyokimyada bir teknik olarak geliştirilmesi, aynı zamanda elektromanyetik teknolojinin ve ileri elektroniklerin gelişmesi ve bunların sivil kullanımına girmesiyle aynı anda gerçekleşti. 1960’larda, William Lipscomb, kimyasal yapıların incelenmesinde NMR kullanımında öncüydü. Hangi atomların bir molekül içinde birbirine bağlandığını anlatmak için NMR verilerine nasıl bakılacağını araştırdı. Buna kimyasal kayma denir.
