رزونانس مغناطیسی هسته ای پرسش‌های متداول: تشدید مغناطیسی هسته‌ای

همه ذرات بنیادی، یعنی هر چیزی که از آن ساخته شده ایم، آهنربای کوچکی هستند - این یک پروتون، یک نوترون و یک الکترون است. بنابراین، هسته های ساخته شده از پروتون و نوترون نیز می توانند یک گشتاور مغناطیسی داشته باشند.

1. مشخصات گشتاور مغناطیسی هسته

ماهیت گشتاور مغناطیسی کوانتومی است. اما اگر بخواهید آن را با یک بیان کلاسیک قابل درک تر نشان دهید، رفتار هسته شبیه رفتار یک آهنربای چرخان کوچک است. بنابراین، اگر میدان مغناطیسی خارجی نداشته باشیم، چنین آهنربایی را می توان در هر جهتی جهت داد. به محض اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی، هسته ای که دارای گشتاور مغناطیسی است، مانند هر آهنربایی، شروع به احساس این میدان مغناطیسی می کند و اگر عدد اسپین آن ½ باشد، دو جهت از جهت گیری غالب آن ظاهر می شود: در جهت. و برخلاف جهت میدان مغناطیسی. این دو حالت از نظر انرژی متفاوت هستند و یک هسته مانند پروتون می تواند از حالتی به حالت دیگر برود. چنین تغییری در جهت گیری آن نسبت به میدان مغناطیسی خارجی با جذب یا آزاد شدن یک کوانتوم انرژی همراه است.

این انرژی بسیار کم است. کوانتوم انرژی در میدان تابش فرکانس رادیویی نهفته است. و دقیقاً همین کوچکی انرژی است که یکی از ویژگی های ناخوشایند روش تشدید مغناطیسی هسته ای است، زیرا نزدیکی جمعیت های سطوح پایین و بالا را تعیین می کند. اما با این وجود، اگر به مجموعه ای از چنین هسته هایی نگاه کنیم، یعنی به ماده ای که در میدان مغناطیسی قرار داده ایم، تعداد کافی گشتاورهای مغناطیسی ظاهر می شوند که به سمت بالا و پایین هدایت می شوند و بین آنها انتقال رخ می دهد. بنابراین، می‌توانیم این انتقال‌ها را ثبت کنیم و ویژگی‌های مرتبط با آنها را اندازه‌گیری کنیم.

2. خواص گشتاور مغناطیسی هسته

از آنجایی که کوانتوم انرژی در حین انتقال از یک سطح به سطح دیگر تنها به خواص مغناطیسی هسته مورد مطالعه و به بزرگی میدان مغناطیسی خارجی بستگی دارد، به اصطلاح فرکانس تقدم مغناطیسی یا فرکانس لارمور عامل این موارد است. دو جزء

با این حال، در واقع، میدان مغناطیسی که یک هسته خاص را احاطه کرده است با میدان مغناطیسی که ما با قرار دادن جسم مورد مطالعه در آهنربای طیف سنج خود به آن اعمال کردیم، برابر نیست. علاوه بر میدان مغناطیسی خارجی، لازم است که میدان های مغناطیسی محلی را نیز در نظر بگیریم، که به عنوان مثال، با حرکت الکترون ها در اطراف هسته، عمل هسته های مجاور، همان آهنرباهایی که قادر به القای میدان های مغناطیسی محلی هستند، القا می شوند. و مانند آن بنابراین، هر هسته ای که در قسمت متفاوتی از مولکول قرار دارد، دارای یک میدان مغناطیسی موثر کاملا متفاوت است که این هسته را احاطه کرده است. در نتیجه، ما می توانیم نه یک رزونانس، بلکه مجموعه ای از آنها، یعنی طیف تشدید مغناطیسی هسته ای را ثبت کنیم.

فرکانس تشدید نسبی، به عنوان یک قاعده، در قسمت در میلیون با توجه به بزرگی میدان مغناطیسی خارجی بیان می شود. این پارامتر یک مقدار پایدار، مستقل از مقدار میدان مغناطیسی خارجی است، اما توسط خواص الکترونیکی مولکول مورد مطالعه تعیین می شود.

بنابراین، اگر ترکیب شیمیایی را در نظر بگیریم: در موقعیت‌های مختلف، به عنوان مثال، پروتون‌ها میدان مغناطیسی کاملاً متفاوتی را احساس می‌کنند، از این طریق می‌توان مثلاً یک سیگنال پروتونی از یک باقیمانده معطر، یک سیگنال پروتونی از یک گروه را شناسایی کرد. -CH3 و غیره. و به خودی خود این اطلاعات از نظر ساختاری بسیار مهم است.

3. برهمکنش هسته ها با گشتاور مغناطیسی

با توجه به اینکه گشتاورهای مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند، لایه دیگری از اطلاعات وجود دارد که می توانیم آن را استخراج کنیم. این اطلاعاتی است که مربوط به تعامل دو هسته مختلف با یکدیگر است. برای مثال، اگر یک هسته از طریق سیستمی از الکترون‌هایی که در تشکیل پیوندهای شیمیایی دخیل هستند، با هسته‌ای دیگر برهم‌کنش داشته باشد، این برهمکنش غیرمستقیم یا اسپین-اسپین نامیده می‌شود. مقادیر اندرکنش اسپین-اسپین هسته ها نسبت به هندسه مولکول، به خواص الکترونیکی آن، به عنوان مثال، به چگالی الکترونی اطراف هسته های خاص، بسیار حساس است. بنابراین، ما می‌توانیم تعدادی از پارامترهای ساختاری بسیار مهم را از روی میزان اندرکنش بدست آوریم.

علاوه بر این، دو هسته ای که دارای گشتاور مغناطیسی هستند می توانند به سادگی از طریق فضا با یکدیگر تعامل داشته باشند. این "برهمکنش مستقیم دوقطبی-دوقطبی" نامیده می شود و باز هم، این نوع تعاملات از نظر ساختاری بسیار آموزنده هستند. به عنوان مثال، بردار برهمکنش دو هسته می تواند اطلاعاتی در مورد مجاورت فضایی هسته ها، در مورد جهت گیری یک جفت هسته متقابل نسبت به یک میدان مغناطیسی خارجی به ما بدهد.

بنابراین، اگر طیف تشدید مغناطیسی هسته ای یک ترکیب را اندازه گیری کنیم، می توانیم اطلاعات بسیار دقیقی در مورد ساختار آن به دست آوریم. به عنوان مثال، اگر بتوانیم فاصله بین هسته ای را اندازه گیری کنیم - و این را می توان با تعیین ویژگی های مرتبط با برهمکنش دوقطبی-دوقطبی هسته ها انجام داد، زیرا مقدار آن توسط این فاصله بین هسته ای تعیین می شود - در واقع NMR به یک روش ساختاری تبدیل می شود. .

4. تاریخچه کشف روش NMR

طیف سنجی NMR به عنوان روشی برای مطالعه خواص مولکول ها در اواسط دهه 40 قرن بیستم ظاهر شد و در مدت زمان بسیار کوتاهی - تا اواسط دهه 1950 - به یکی از روش های کلیدی برای مطالعه ترکیبات آلی تبدیل شد.

اما پیشگامان واقعی NMR در مایعات، Bloch و Purcell، دانشمندان آمریکایی هستند که در دهه 1950 جایزه نوبل را برای کشفی که در 1945-1946 انجام دادند، دریافت کردند. لازم به ذکر است که هموطن ما Evgeny Konstantinovich Zavoisky در سال 1944 اثری در مورد تشخیص تشدید مغناطیسی یک الکترون منتشر کرد. همانطور که در بالا ذکر شد الکترون دارای گشتاور مغناطیسی نیز می باشد و بزرگی این گشتاور مغناطیسی حتی از گشتاور مغناطیسی هسته ها نیز بیشتر است. اصول فیزیکی روش تشدید مغناطیسی هسته ای و روش تشدید پارامغناطیس الکترونی بسیار شبیه به هم هستند.

اما، متأسفانه، به دلایلی - دلایلی که بیشتر جنبه سیاسی دارند - به کار اوگنی کنستانتینوویچ زاوویسکی جایزه نوبل اعطا نشد، اگرچه، البته، او باید در زمره افرادی قرار می گرفت که برای کشف این پدیده جایزه دریافت می کردند. رزونانس مغناطیسی

اندکی قبل از آن، اسحاق ربی برای کارهایش در دهه 1930 قرن بیستم، برای کشف خواص مغناطیسی هسته ها در پرتوهای گاز، جایزه نوبل را دریافت کرد. و در واقع، این آثار به عنوان انگیزه ای برای ایجاد روش های NMR در مایعات و جامدات عمل کردند.

جوایز نوبل اغلب برای اکتشافات مربوط به روش NMR داده می شد. به عنوان مثال، نمی توان به جایزه ای که به ریچارد ارنست اعطا شد توجه کرد که روش شناسی پایه طیف سنجی NMR را ایجاد کرد، به عنوان مثال، طیف سنجی FT-IR NMR، روش های طیف سنجی NMR دو بعدی. و همچنین دانشمندی مانند Kurt Wüthrich، همکار سوئیسی ریچارد ارنست، که روشی برای مطالعه ساختار مولکول های پروتئین با استفاده از تشدید مغناطیسی هسته ای ایجاد کرد.

5. کاربرد عملی روش NMR

روش NMR، پس از ایجاد آن، شروع به استفاده فعال برای مطالعه ترکیبات آلی کرد. اما گشتاورهای مغناطیسی نه تنها ذاتی هسته هایی هستند که بخشی از پروتون، کربن یا ایزوتوپ C-13 و نیتروژن یا ایزوتوپ N-15 آن هستند. در واقع، کل سیستم تناوبی، تا یک درجه، توسط ایزوتوپ های پایدار خاصی از هسته ها که دارای گشتاورهای مغناطیسی هستند، پوشیده شده است. این روش کاملاً با هیچ خاصیت رادیواکتیو هسته ها - فقط به خواص مغناطیسی آنها - ارتباطی ندارد. تقریباً هر عنصر سیستم تناوبی ایزوتوپ‌های خاصی دارد که خواص مناسبی برای تشدید مغناطیسی هسته‌ای دارند.

و بلافاصله پس از تسلط بر تکنیک های NMR برای ترکیبات آلی ساده، شروع به استفاده فعال برای مطالعه ترکیبات معدنی مختلف کرد. در حال حاضر، روش تشدید مغناطیسی هسته ای، بر اساس اکثر تخمین ها، قوی ترین روش فیزیکی برای مطالعه ترکیبات با ماهیت متنوع است.

تشدید مغناطیسی
جذب تشدید (انتخابی) تابش فرکانس رادیویی توسط ذرات اتمی خاصی که در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار می گیرند. بیشتر ذرات بنیادی، مانند بالا، حول محور خود می چرخند. اگر یک ذره بار الکتریکی داشته باشد، وقتی می چرخد، میدان مغناطیسی ایجاد می شود، یعنی. مانند یک آهنربای کوچک رفتار می کند. هنگامی که این آهنربا با یک میدان مغناطیسی خارجی برهمکنش می‌کند، پدیده‌هایی رخ می‌دهند که به دست آوردن اطلاعاتی درباره هسته‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌ها که شامل این ذره بنیادی می‌شود، ممکن می‌سازد. روش تشدید مغناطیسی یک ابزار تحقیقاتی جهانی است که در زمینه های مختلف علوم مانند زیست شناسی، شیمی، زمین شناسی و فیزیک استفاده می شود. دو نوع اصلی تشدید مغناطیسی وجود دارد: رزونانس پارامغناطیسی الکترونی و رزونانس مغناطیسی هسته ای.
همچنین ببینید
آهنرباها و خواص مغناطیسی مواد؛
ذرات کلی.
رزونانس پارامغناطیس الکترونی (EPR). EPR در سال 1944 توسط فیزیکدان روسی E.K. Zavoisky کشف شد. الکترون های موجود در مواد مانند آهنرباهای میکروسکوپی عمل می کنند. در مواد مختلف، اگر ماده در یک میدان مغناطیسی خارجی ثابت قرار گیرد و در معرض میدان فرکانس رادیویی قرار گیرد، آنها به روش‌های مختلف تغییر جهت می‌دهند. بازگشت الکترون ها به جهت اولیه خود با یک سیگنال فرکانس رادیویی همراه است که اطلاعاتی را در مورد خواص الکترون ها و محیط آنها حمل می کند. این روش که یکی از انواع طیف سنجی است، در بررسی ساختار بلوری عناصر، شیمی سلول های زنده، پیوندهای شیمیایی در مواد و ... کاربرد دارد.
همچنین ببینیدطیف ; طیف سنجی.
تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR). NMR در سال 1946 توسط فیزیکدانان آمریکایی E. Purcell و F. Bloch کشف شد. آنها با کار مستقل از یکدیگر، راهی برای "تنظیم" رزونانسی در میدان های مغناطیسی چرخش های خود هسته های برخی اتم ها، مانند هیدروژن و یکی از ایزوتوپ های کربن پیدا کردند. وقتی نمونه‌ای حاوی چنین هسته‌هایی در یک میدان مغناطیسی قوی قرار می‌گیرد، گشتاورهای هسته‌ای آن‌ها مانند براده‌های آهن در نزدیکی یک آهنربای دائمی «صفحه می‌شوند». این جهت گیری کلی می تواند توسط یک سیگنال RF مختل شود. هنگامی که سیگنال خاموش می شود، گشتاورهای هسته ای به حالت اولیه خود باز می گردند و سرعت چنین بازیابی به حالت انرژی آنها، نوع هسته های اطراف و تعدادی از عوامل دیگر بستگی دارد. این انتقال با انتشار یک سیگنال فرکانس رادیویی همراه است. سیگنال به رایانه ای ارسال می شود که آن را پردازش می کند. از این طریق (روش توموگرافی کامپیوتری NMR) می توان تصاویری به دست آورد. (زمانی که میدان مغناطیسی خارجی در مراحل کوچک تغییر می کند، اثر یک تصویر سه بعدی حاصل می شود.) روش NMR کنتراست بالایی از بافت های نرم مختلف در تصویر ارائه می دهد که برای شناسایی سلول های بیمار در پس زمینه بسیار مهم است. از سالم ها توموگرافی NMR ایمن تر از اشعه ایکس در نظر گرفته می شود، زیرا هیچ گونه تخریب یا تحریک بافتی ایجاد نمی کند.
(همچنین به تابش اشعه ایکس مراجعه کنید). NMR همچنین امکان مطالعه سلول های زنده را بدون ایجاد اختلال در عملکرد حیاتی آنها فراهم می کند. بنابراین، باید انتظار داشت که استفاده از NMR در پزشکی بالینی گسترش یابد. به جراحی مراجعه کنید.

دایره المعارف کولیر. - جامعه باز. 2000 .

ببینید "رزونانس مغناطیسی" در سایر لغت نامه ها چیست:

برگزیدن. جذب توسط یک ماده بزرگ امواج با فرکانس مشخص w به دلیل تغییر جهت مغناطیسی. گشتاورهای ذرات ماده (الکترون ها، در هسته ها). انرژی سطوح یک ذره با یک مغناطیسی لحظه m، در خارج بزرگ فیلد H…… دایره المعارف فیزیکی

برگزیدن. جذب در vom el. بزرگ امواج تعریف شده فرکانس w به دلیل تغییر جهت مغناطیسی. لحظات h c in va (el new, at. nuclei). انرژی سطوح h tsy که دارای آهنربا است. لحظه m، در خارج بزرگ میدان H به مغناطیسی تقسیم می شود. دایره المعارف فیزیکی

تشدید مغناطیسی- - [Ya.N. Luginsky، M.S. Fezi Zhilinskaya، Yu.S. Kabirov. انگلیسی روسی فرهنگ لغت مهندسی برق و برق، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اساسی EN تشدید مغناطیسی ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

جذب انتخابی توسط ماده ای از امواج الکترومغناطیسی با طول موج مشخص، به دلیل تغییر جهت گیری گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها یا هسته های اتمی. سطوح انرژی یک ذره با گشتاور مغناطیسی (نگاه کنید به ... ... دایره المعارف بزرگ شوروی

برگزیدن. جذب ایمیل بزرگ تابش یک فرکانس خاص با یک PTO واقع در خارجی. بزرگ رشته. به دلیل انتقال بین مغناطیسی سطوح فرعی از همان سطح انرژی اتم، هسته و سایر سیستم های کوانتومی. نایب. نمونه های مهمی از این گونه رزونانس ها ...... علوم طبیعی. فرهنگ لغت دایره المعارفی

تشدید مغناطیسی- جذب انتخابی توسط ماده ای از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس معین، به دلیل تغییر جهت گیری گشتاورهای مغناطیسی ذرات ماده. همچنین ببینید: تشدید رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

تشدید مغناطیسی- وضعیت مغناطیسی rezonansas T sritis chemija apibrėžtis Tam tikro dažnio elektromagnetinių bangų atrankioji sugertis medžiagoje. atitikmenys: انگلیسی. تشدید مغناطیسی. تشدید مغناطیسی... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

- (NMR)، جذب انتخابی ایمیل. بزرگ انرژی در vom ناشی از پارامغناطیس هسته ای. NMR یکی از روش‌های طیف‌سنجی رادیویی است که زمانی مشاهده می‌شود که میدان‌های مغناطیسی عمود بر یکدیگر روی نمونه مورد مطالعه اثر بگذارند. فیلدها: ثابت قوی H0 ... دایره المعارف فیزیکی

تصویر مغز انسان بر روی توموگرافی NMR پزشکی جذب تشدید رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یا انتشار انرژی الکترومغناطیسی توسط ماده ای حاوی هسته هایی با اسپین غیر صفر در یک میدان مغناطیسی خارجی، با فرکانس ν ... ... ویکی پدیا

- (NAM)، جذب انتخابی انرژی صوتی. ارتعاشات (فونون ها)، به دلیل جهت گیری مجدد مغناطیسی. لحظات در. هسته ها در تلویزیون بدن در یک آهنربای دائمی قرار می گیرد. رشته. برای اکثر هسته ها، جذب رزونانسی در ناحیه اولتراسونیک مشاهده می شود. دایره المعارف فیزیکی

کتاب ها

• رزونانس مغناطیسی در شیمی و پزشکی، R. Freeman. مونوگراف دانشمند سرشناس در زمینه طیف‌سنجی NMR، آر. فریمن، ترکیبی از قابلیت مشاهده در نظر گرفتن اصول اولیه تشدید مغناطیسی در شیمی و پزشکی (زیست‌شناسی) است.

NMR یا به انگلیسی NMR imaging مخفف عبارت "Nuclear Magnetic Resonance" است. این روش تحقیق در دهه 80 قرن گذشته وارد عمل پزشکی شد. با توموگرافی اشعه ایکس متفاوت است. تابش مورد استفاده در NMR شامل محدوده موج رادیویی با طول موج 1 تا 300 متر است. بر اساس قیاس با CT، توموگرافی مغناطیسی هسته ای از کنترل خودکار اسکن کامپیوتری با پردازش تصویر لایه ای از ساختار اندام های داخلی استفاده می کند.

ماهیت ام آر آی چیست؟

هنگام پردازش اطلاعات از نقاط اسکن شده، تصاویری از تمام اندام ها و سیستم ها در سطوح مختلف به دست می آید، در یک برش، یک تصویر سه بعدی با وضوح بالا از بافت ها و اندام ها تشکیل می شود. فن آوری توموگرافی مغناطیسی - هسته ای بسیار پیچیده است، بر اساس اصل جذب تشدید امواج الکترومغناطیسی توسط اتم ها است. فرد در دستگاهی با میدان مغناطیسی قوی قرار می گیرد. مولکول های آنجا در جهت میدان مغناطیسی می چرخند. سپس یک موج الکتریکی اسکن می شود، تغییر مولکول ها ابتدا روی یک ماتریس مخصوص ثبت می شود و سپس به کامپیوتر منتقل می شود و تمام داده ها پردازش می شوند.

کاربردهای NMRI

توموگرافی NMR طیف نسبتاً گسترده ای از کاربردها را دارد، بنابراین اغلب به عنوان جایگزینی برای توموگرافی کامپیوتری استفاده می شود. لیست بیماری هایی که با استفاده از MRI ​​قابل تشخیص هستند بسیار حجیم است.

• مغز.

اغلب، چنین مطالعه ای برای اسکن مغز از نظر صدمات، تومورها، زوال عقل، صرع و مشکلات عروق مغز استفاده می شود.

• سیستم قلبی عروقی.

در تشخیص قلب و عروق، NMR مکمل روش هایی مانند آنژیوگرافی و CT است.
MRI می تواند کاردیومیوپاتی، بیماری مادرزادی قلبی، تغییرات عروقی، ایسکمی میوکارد، دیستروفی و ​​تومورها در ناحیه قلب و عروق خونی را تشخیص دهد.

• سیستم اسکلتی عضلانی.

توموگرافی NMR به طور گسترده در تشخیص مشکلات سیستم اسکلتی عضلانی استفاده می شود. با این روش تشخیصی، رباط ها، تاندون ها و ساختارهای استخوانی به خوبی متمایز می شوند.

• اعضای داخلی.

در مطالعه دستگاه گوارش و کبد با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی هسته ای می توانید اطلاعات کاملی در مورد طحال، کلیه ها، کبد، پانکراس به دست آورید. اگر علاوه بر این یک ماده حاجب را معرفی کنید، می توان توانایی عملکردی این اندام ها و سیستم عروقی آنها را ردیابی کرد. و برنامه های کامپیوتری اضافی به شما امکان می دهد تصاویری از روده، مری، مجاری صفراوی، برونش ها ایجاد کنید.

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی هسته ای و MRI: آیا تفاوتی وجود دارد؟

گاهی اوقات ممکن است در نام MRI و MRI اشتباه گرفته شود. آیا تفاوتی بین این دو روش وجود دارد؟ قطعا می توانید جواب منفی بدهید.
در ابتدا، در زمان کشف تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، نام آن حاوی کلمه دیگری "هسته ای" بود که با گذشت زمان ناپدید شد و تنها علامت اختصاری MRI باقی ماند.

چندین روش تحقیق وجود دارد: آنژیوگرافی، پرفیوژن، انتشار، طیف سنجی. تصویربرداری رزونانس مغناطیسی هسته‌ای یکی از بهترین روش‌های تحقیق است، زیرا به شما امکان می‌دهد تصویری سه بعدی از وضعیت اندام‌ها و بافت‌ها به دست آورید که به این معنی است که تشخیص با دقت بیشتری مشخص می‌شود و درمان صحیح انتخاب می‌شود. معاینه NMR اندام های داخلی یک فرد دقیقاً تصویر است، نه بافت واقعی. هنگامی که اشعه ایکس در هنگام عکسبرداری با اشعه ایکس جذب می شود، الگوها روی فیلم حساس به نور ظاهر می شوند.

مزایای اصلی تصویربرداری NMR

مزایای توموگرافی NMR نسبت به سایر روش های تحقیقاتی چند جانبه و قابل توجه است.

معایب ام آر آی

اما البته این روش خالی از ایراد نیست.

• مصرف انرژی زیاد. عملکرد محفظه برای ابررسانایی معمولی نیاز به برق زیاد و فناوری گران قیمت دارد. اما آهنرباهای با قدرت بالا تاثیر منفی بر سلامت انسان ندارند.
• مدت زمان فرآیند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی هسته ای حساسیت کمتری نسبت به اشعه ایکس دارد. بنابراین زمان بیشتری برای ترانس ایلومیناسیون مورد نیاز است. علاوه بر این، تحریف تصویر می تواند به دلیل حرکات تنفسی رخ دهد، که داده ها را هنگام انجام مطالعات ریه و قلب مخدوش می کند.
• در صورت وجود بیماری مانند کلاستروفوبیا، منع مصرف برای تحقیق با استفاده از MRI ​​است. همچنین، در صورت وجود ایمپلنت های فلزی بزرگ، ضربان سازها، ضربان سازهای مصنوعی، تشخیص با استفاده از توموگرافی MRI غیرممکن است. در دوران بارداری، تشخیص فقط در موارد استثنایی انجام می شود.

هر جسم ریز در بدن انسان را می توان با تصویربرداری NMR بررسی کرد. فقط در برخی موارد باید توزیع غلظت عناصر شیمیایی در بدن را لحاظ کرد. برای حساس‌تر کردن اندازه‌گیری‌ها، تعداد نسبتاً زیادی سیگنال باید جمع‌آوری و جمع شوند. در این صورت تصویر واضحی با کیفیت بالا به دست می آید که واقعیت را به اندازه کافی منتقل می کند. این همچنین به مدت زمان اقامت فرد در اتاقک برای تصویربرداری NMR مربوط می شود. شما باید برای مدت طولانی بی حرکت دراز بکشید.

در نتیجه می توان گفت که تصویربرداری رزونانس مغناطیسی هسته ای یک روش تشخیصی نسبتاً ایمن و کاملاً بدون درد است که به شما امکان می دهد از قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس کاملاً اجتناب کنید. برنامه های کامپیوتری به شما امکان می دهند اسکن های حاصل را با تشکیل تصاویر مجازی پردازش کنید. محدودیت های NMR واقعا بی حد و حصر هستند.

در حال حاضر نیز این روش تشخیصی محرکی برای توسعه سریع و کاربرد گسترده آن در پزشکی است. این روش با آسیب کم آن به سلامت انسان متمایز می شود، اما در عین حال به شما امکان می دهد ساختار اندام ها را هم در یک فرد سالم و هم در بیماری های موجود به دقت بررسی کنید.

اصطلاح "رزونانس مغناطیسی" به جذب انتخابی (رزونانسی) انرژی یک میدان الکترومغناطیسی متناوب توسط یک زیرسیستم الکترونیکی یا هسته ای یک ماده که تحت یک میدان مغناطیسی ثابت قرار دارد، اشاره دارد. مکانیسم جذب با انتقال کوانتومی در این زیرسیستم‌ها بین سطوح انرژی گسسته که در حضور میدان مغناطیسی رخ می‌دهد، مرتبط است.

رزونانس های مغناطیسی معمولاً به پنج نوع تقسیم می شوند: 1) تشدید سیکلوترون (CR). 2) تشدید پارامغناطیس الکترون (EPR). 3) تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR). 4) تشدید فرومغناطیسی الکترونیکی؛ 5) تشدید ضد فرومغناطیسی الکترونیکی.

تشدید سیکلوترون. با CR، جذب انتخابی انرژی میدان الکترومغناطیسی در نیمه هادی ها و فلزات در یک میدان مغناطیسی ثابت، به دلیل انتقال کوانتومی الکترون ها بین سطوح انرژی لاندو مشاهده می شود. طیف انرژی شبه پیوسته الکترون های رسانا در یک میدان مغناطیسی خارجی به چنین سطوح مساوی تقسیم می شود.

ماهیت مکانیسم فیزیکی CR نیز در چارچوب نظریه کلاسیک قابل درک است. یک الکترون آزاد در یک میدان مغناطیسی ثابت (در امتداد محور) در امتداد یک مسیر مارپیچی حول خطوط القای مغناطیسی با فرکانس سیکلوترون حرکت می کند.

که و به ترتیب، مقدار بار و جرم موثر الکترون هستند. اکنون میدان فرکانس رادیویی را با فرکانس و با بردار عمود بر (مثلاً در امتداد محور) روشن می کنیم. اگر الکترون در فاز مناسب حرکت مارپیچ خود باشد، از آنجایی که فرکانس دورانی آن با فرکانس میدان خارجی مطابقت دارد، شتاب می گیرد و مارپیچ منبسط می شود. شتاب یک الکترون به معنای افزایش انرژی آن است که به دلیل انتقال آن از میدان فرکانس رادیویی اتفاق می افتد. بنابراین، جذب تشدید تحت شرایط زیر امکان پذیر است:

فرکانس میدان الکترومغناطیسی خارجی که انرژی آن جذب می شود باید با فرکانس سیکلوترون الکترون ها مطابقت داشته باشد.

بردار شدت میدان الکتریکی موج الکترومغناطیسی باید دارای مولفه ای نرمال در جهت میدان مغناطیسی ثابت باشد.

میانگین مسیر آزاد الکترون ها در یک کریستال باید از دوره نوسانات سیکلوترون تجاوز کند.

روش CR برای تعیین جرم موثر حامل ها در نیمه هادی ها استفاده می شود. از نصف عرض خط CR، می توان زمان های پراکندگی مشخصه را تعیین کرد و در نتیجه، تحرک حامل را تعیین کرد. از مساحت خط می توان برای تعیین غلظت حامل های بار در نمونه استفاده کرد.

رزونانس پارامغناطیسی الکترون. پدیده EPR شامل جذب رزونانسی انرژی میدان الکترومغناطیسی در نمونه های پارامغناطیس قرار گرفته در یک میدان مغناطیسی ثابت است که نسبت به بردار مغناطیسی میدان الکترومغناطیسی نرمال است. ماهیت فیزیکی پدیده به شرح زیر است.

گشتاور مغناطیسی یک اتم با الکترون های جفت نشده با بیان (5.35) تعیین می شود. در یک میدان مغناطیسی، سطوح انرژی یک اتم، به دلیل برهمکنش گشتاور مغناطیسی با میدان مغناطیسی، با انرژی به سطوح فرعی تقسیم می شود.

عدد کوانتومی مغناطیسی اتم کجاست و مقدار آن را می گیرد

از (5.52) می توان دریافت که تعداد سطوح فرعی برابر است و فاصله بین سطوح فرعی برابر است.

انتقال اتم ها از سطوح پایین به سطوح بالاتر می تواند تحت عمل یک میدان الکترومغناطیسی خارجی رخ دهد. طبق قوانین انتخاب مکانیک کوانتومی، انتقال های مجاز آنهایی هستند که در آن عدد کوانتومی مغناطیسی یک تغییر می کند، یعنی . بنابراین، کوانتوم انرژی چنین میدانی باید برابر با فاصله بین سطوح فرعی باشد

رابطه (5.55) شرط EPR است. یک میدان مغناطیسی متناوب با فرکانس تشدید با احتمال یکسان باعث انتقال از سطوح فرعی مغناطیسی پایین به سطوح بالایی (جذب) و بالعکس (تابش) می شود. در حالت تعادل ترمودینامیکی، رابطه بین جمعیت ها و دو سطح همسایه توسط قانون بولتزمن تعیین می شود.

از (5.56) می توان دریافت که ایالات با انرژی کمتر جمعیت بیشتری دارند (). بنابراین، تعداد اتم‌هایی که کوانتوم‌های میدان الکترومغناطیسی را جذب می‌کنند در این شرایط بر تعداد اتم‌های گسیل‌کننده غالب خواهد بود. در نتیجه، سیستم انرژی میدان الکترومغناطیسی را جذب می کند که منجر به افزایش . با این حال، به دلیل برهمکنش با شبکه، انرژی جذب شده به شکل گرما به شبکه منتقل می شود و معمولاً آنقدر سریع به شبکه منتقل می شود که در فرکانس های مورد استفاده، نسبت بسیار کمی با مقدار تعادل آن متفاوت است (5.56).

فرکانس های EPR را می توان از (5.55) تعیین کرد. با جایگزینی مقدار و شمارش (لحظه اسپین خالص)، فرکانس تشدید را بدست می آوریم

از (5.57) می توان دید که در میدان های از 1 T، فرکانس های تشدید در محدوده هرتز قرار دارند، یعنی در مناطق فرکانس رادیویی و مایکروویو.

شرط تشدید (5.55) برای اتم های جدا شده ای که دارای گشتاورهای مغناطیسی هستند اعمال می شود. با این حال، اگر برهمکنش بین گشتاورهای مغناطیسی ناچیز باشد، برای سیستمی از اتم ها معتبر باقی می ماند. چنین سیستمی یک کریستال پارامغناطیس است که در آن اتم های مغناطیسی در فواصل زیادی از یکدیگر قرار دارند.

پدیده EPR در سال 1923 پیش بینی شد. Ya.G. Dorfman و به طور تجربی در سال 1944 کشف شد. E.K.Zavoisky. در حال حاضر EPR به عنوان یکی از قوی ترین روش ها برای مطالعه جامدات استفاده می شود. بر اساس تفسیر طیف EPR، اطلاعاتی در مورد عیوب، ناخالصی ها در جامدات و ساختار الکترونیکی، مکانیسم های واکنش های شیمیایی و غیره به دست می آید. تقویت کننده ها و ژنراتورهای پارامغناطیسی بر اساس پدیده EPR ساخته شده اند.

رزونانس مغناطیسی هسته ای. ذرات بنیادی سنگین پروتون ها و نوترون ها (نوکلئون ها) هستند و در نتیجه، هسته های اتمی ساخته شده از آنها دارای گشتاورهای مغناطیسی خاص خود هستند که به عنوان منبع مغناطیس هسته ای عمل می کنند. نقش گشتاور مغناطیسی ابتدایی، بر اساس قیاس با الکترون، در اینجا توسط مگنتون هسته ای بور ایفا می شود.

هسته اتم دارای گشتاور مغناطیسی است

جایی که ضریب هسته است، عدد اسپین هسته است که مقادیر نصف و عدد صحیح را می گیرد:

0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... . (5.60)

طرح ریزی گشتاور مغناطیسی هسته ای روی محور zیک سیستم مختصات دلخواه انتخاب شده توسط رابطه تعیین می شود

در اینجا، عدد کوانتومی مغناطیسی، زمانی که شناخته شود، مقادیر زیر را می گیرد:

در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، همه حالات با حالات مختلف انرژی یکسانی دارند و بنابراین منحط هستند. یک هسته اتمی با یک گشتاور مغناطیسی غیر صفر که در یک میدان مغناطیسی ثابت خارجی قرار می‌گیرد، کوانتیزاسیون فضایی را تجربه می‌کند و سطح منحط برابر آن به یک مضرب زیمن تقسیم می‌شود که سطوح آن دارای انرژی هستند.

اگر بعد از آن هسته تحت تأثیر میدان متناوب قرار گیرد که کوانتوم انرژی آن برابر با فاصله بین سطوح است (5.63)

سپس یک جذب رزونانسی انرژی توسط هسته های اتمی وجود دارد که به آن رزونانس پارامغناطیس هسته ای یا به سادگی می گویند. رزونانس مغناطیسی هسته ای.

با توجه به این واقعیت که بسیار کوچکتر است، فرکانس تشدید NMR به طور قابل توجهی کمتر از فرکانس EPR است. بنابراین NMR در میدان های مرتبه 1 T در ناحیه فرکانس رادیویی مشاهده می شود.

NMR به عنوان روشی برای مطالعه هسته‌ها، اتم‌ها و مولکول‌ها کاربردهای مختلفی در فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، پزشکی، فناوری به‌ویژه برای اندازه‌گیری قدرت میدان‌های مغناطیسی دریافت کرده است.

روش سنتی طیف سنجی NMR دارای معایب بسیاری است. اول اینکه ساخت هر طیف زمان زیادی می برد. ثانیا، در مورد عدم وجود تداخل خارجی بسیار حساس است و، به عنوان یک قاعده، طیف های حاصل نویز قابل توجهی دارند. ثالثاً برای ایجاد طیف سنج های فرکانس بالا نامناسب است. بنابراین، در دستگاه‌های NMR مدرن، از روش طیف‌سنجی پالسی بر اساس تبدیل فوریه سیگنال دریافتی استفاده می‌شود.

در حال حاضر، تمام طیف سنج های NMR بر اساس آهنرباهای ابررسانای قدرتمند با میدان مغناطیسی ثابت ساخته می شوند.

ماهیت اینتروسکوپی NMR (یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی) اجرای نوع خاصی از تجزیه و تحلیل کمی از دامنه سیگنال تشدید مغناطیسی هسته ای است. در روش های درون سنجی NMR، میدان مغناطیسی به طور عمدی ناهمگن ایجاد می شود. پس دلیلی وجود دارد که انتظار داشته باشیم فرکانس رزونانس مغناطیسی هسته ای در هر نقطه از نمونه مقدار خاص خود را داشته باشد که با مقادیر سایر قسمت ها متفاوت است. با تعیین مقداری کد برای درجه‌بندی دامنه سیگنال NMR (روشنایی یا رنگ در صفحه نمایش)، می‌توان یک تصویر مشروط (توموگرام) از بخش‌های ساختار داخلی جسم به دست آورد.

رزونانس فرو و ضد فرومغناطیسی. ماهیت فیزیکی تشدید فرومغناطیسی در این واقعیت نهفته است که تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی که یک فرومغناطیس را تا حد اشباع مغناطیسی می کند، گشتاور مغناطیسی کل نمونه با فرکانس لارمور بسته به میدان شروع به حرکت در اطراف این میدان می کند. اگر یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا عمود بر روی چنین نمونه ای اعمال شود و فرکانس آن تغییر کند، در آنگاه، جذب تشدید انرژی میدان رخ می دهد. جذب در این حالت چندین مرتبه بزرگتر از رزونانس پارامغناطیس است، زیرا حساسیت مغناطیسی و در نتیجه گشتاور مغناطیسی اشباع در آنها بسیار بیشتر از پارامغناطیس است.

ویژگی های پدیده رزونانس در فرو - و ضد فرومغناطیس ها اساساً با این واقعیت تعیین می شوند که در چنین موادی با اتم های جدا شده یا یون های نسبتا ضعیف اجسام پارامغناطیس معمولی که برهم کنش ضعیف دارند، بلکه با یک سیستم پیچیده از الکترون های با تعامل قوی سروکار داریم. برهم کنش تبادلی (الکترواستاتیک) یک مغناطش بزرگ در نتیجه ایجاد می کند و همراه با آن یک میدان مغناطیسی داخلی بزرگ ایجاد می کند که به طور قابل توجهی شرایط رزونانس را تغییر می دهد (5.55).

رزونانس فرومغناطیسی با EPR متفاوت است زیرا جذب انرژی در این مورد چندین مرتبه قوی تر است و شرایط تشدید (رابطه بین فرکانس رزونانس میدان متناوب و بزرگی میدان مغناطیسی ثابت) به شکل قابل توجهی به شکل نمونه ها بستگی دارد. .

بسیاری از دستگاه های مایکروویو بر اساس پدیده رزونانس فرومغناطیسی ساخته شده اند: دریچه ها و فیلترهای تشدید کننده، تقویت کننده های پارامغناطیس، محدود کننده های قدرت و خطوط تاخیر.

تشدید ضد فرومغناطیسی (الکترونیکی تشدید مغناطیسیکه در ضد فرومغناطیس) - پدیده پاسخ انتخابی نسبتاً بزرگ سیستم مغناطیسی یک ضد فرومغناطیس به عمل یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس (10-1000 گیگاهرتز) نزدیک به فرکانس های طبیعی تقدم بردارهای مغناطیسی زیرشبکه های مغناطیسی سیستم. این پدیده با جذب قوی انرژی میدان الکترومغناطیسی همراه است.

از دیدگاه کوانتومی، الف تشدید ضد فرومغناطیسیرا می توان تبدیل رزونانسی فوتون های میدان الکترومغناطیسی به مگنون با بردار موج در نظر گرفت.

برای مشاهده الف تشدید ضد فرومغناطیسیطیف‌سنج‌های رادیویی مشابه آنهایی که برای مطالعه EPR استفاده می‌شوند، استفاده می‌شوند، اما امکان اندازه‌گیری در فرکانس‌های بالا (تا 1000 گیگاهرتز) و میدان‌های مغناطیسی قوی (تا 1 MG) را فراهم می‌کنند. امیدوارکننده ترین آنها طیف سنج هایی هستند که در آنها فرکانس، به جای میدان مغناطیسی، اسکن می شود. روش های نوری برای تشخیص الف تشدید ضد فرومغناطیسی.

وزارت بهداشت فدراسیون روسیه

مجوز عمومی داروسازی

طیف سنجی هسته ای GPM.1.2.1.1.0007.15
رزونانس مغناطیسی به جای GFXII، قسمت 1،
OFS 42-0046-07

طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) روشی مبتنی بر جذب تابش الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی توسط هسته‌های یک نمونه با گشتاور مغناطیسی غیر صفر است که در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار می‌گیرد. ب 0). گشتاورهای مغناطیسی غیرصفر دارای ایزوتوپ‌های هسته‌های عناصر با جرم اتمی فرد هستند (1 H، 13 C، 15 N، 19 F، 31 P، و غیره).

اصول کلی

هسته ای که حول محور خود می چرخد ​​دارای گشتاور خاص خود است (تکانه زاویه ای یا اسپین) پ. گشتاور مغناطیسی هسته μ مستقیماً با اسپین متناسب است: μ = γ ∙پ(γ ضریب تناسب یا نسبت ژیرو مغناطیسی است). گشتاورهای زاویه ای و مغناطیسی کوانتیزه می شوند، به عنوان مثال. می تواند در یکی از 2 باشد من+ 1 حالت چرخش ( من – عدد کوانتومی اسپین). حالت‌های مختلف گشتاورهای مغناطیسی هسته‌ها اگر تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی قرار نگیرند، انرژی یکسانی دارند. وقتی هسته ها در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند ب 0، انحطاط انرژی هسته ها حذف می شود و امکان انتقال انرژی از یک سطح به سطح دیگر ایجاد می شود. فرآیند توزیع هسته ها بین سطوح مختلف انرژی مطابق با قانون توزیع بولتزمن پیش می رود و منجر به ظهور یک مغناطیس طولی تعادل ماکروسکوپی می شود. م z . زمان لازم برای ایجاد م z پس از روشن کردن میدان مغناطیسی خارجی AT 0، زمان نامیده می شود طولییا چرخش—شبکه آرامش (تییک). نقض توزیع تعادل هسته ها تحت تأثیر میدان مغناطیسی فرکانس رادیویی رخ می دهد. ب 1) عمود بر ب 0، که باعث انتقال اضافی بین سطوح انرژی، همراه با جذب انرژی می شود (پدیده رزونانس مغناطیسی هسته ای). فرکانس ν 0 که در آن جذب انرژی توسط هسته ها اتفاق می افتد ( لارمورووایا فرکانس جذب تشدید)، بسته به مقدار فیلد ثابت متفاوت است ب 0: ν 0 = γ ب 0/2π. در لحظه تشدید، یک برهمکنش بین گشتاورهای مغناطیسی هسته ای و میدان وجود دارد AT 1 که یک بردار را خروجی می دهد م z از موقعیت تعادل خود در امتداد محور z. در نتیجه ظاهر می شود مغناطش عرضی م xy تغییر آن مربوط به مبادله در سیستم اسپین با زمان مشخص می شود عرضییا چرخش - چرخش آرامش (تی 2).

وابستگی شدت جذب انرژی توسط هسته های هم نوع به فرکانس میدان مغناطیسی فرکانس رادیویی در یک مقدار ثابت AT 0 نامیده می شود طیف یک بعدیرزونانس مغناطیسی هسته ایهسته های این نوع طیف NMR را می توان به دو روش بدست آورد: با تابش مداوم نمونه با میدان RF با فرکانس متغیر، که در نتیجه آن طیف NMR مستقیماً ثبت می شود (طیف سنجی نوردهی پیوسته)، یا با قرار دادن نمونه در معرض یک پالس RF کوتاه. ( طیف سنجی پالسی). در طیف‌سنجی NMR پالسی، تشعشعات منسجم متلاشی شده توسط هسته‌ها پس از بازگشت به حالت اسپین اولیه ساطع می‌شوند. سیگنال واپاشی القایی رایگان) به دنبال تبدیل مقیاس زمانی به فرکانس ( تبدیل فوریه).

در مولکول‌ها، الکترون‌های اتم‌ها، بزرگی میدان مغناطیسی خارجی فعال را کاهش می‌دهند ب 0 در محل هسته، یعنی. ظاهر می شود محافظ دیامغناطیسی:

ب loc = ب 0 ∙ (1 – σ)،

ب lok شدت میدان حاصل است.

σ ثابت غربالگری است.

تفاوت در فرکانس های تشدید سیگنال های هسته، برابر با اختلاف ثابت های غربالگری آنها، نامیده می شود. تغییر شیمیاییسیگنال هایی که با نماد نشان داده می شوند δ ، بر حسب قسمت در میلیون (ppm) اندازه گیری می شود. برهمکنش گشتاورهای مغناطیسی هسته ها از طریق الکترون های پیوند شیمیایی ( تعامل اسپین-اسپین) باعث تقسیم سیگنال NMR می شود ( کثرت، م). تعداد مولفه ها در مولتی ها توسط اسپین هسته ای و تعداد هسته های متقابل تعیین می شود. اندازه گیری اندرکنش اسپین - اسپین است ثابت کوپلینگ اسپین-اسپین (جی، با هرتز، هرتز اندازه گیری می شود). مقادیر δ، مترو جیبه بزرگی میدان مغناطیسی ثابت بستگی ندارد.

شدت سیگنال NMR هسته ای در طیف با جمعیت سطوح انرژی آن تعیین می شود. از میان هسته هایی با فراوانی طبیعی ایزوتوپ ها، شدیدترین سیگنال ها توسط هسته های هیدروژن تولید می شود. شدت سیگنال های NMR نیز تحت تأثیر زمان آرامش طولی- عرضی (بزرگ تی 1 منجر به کاهش شدت سیگنال می شود).

عرض سیگنال های NMR (تفاوت بین فرکانس ها در نصف حداکثر سیگنال) بستگی به تی 1 و تی 2 . زمان های کوچک تی 1 و تی 2 باعث سیگنال های طیف گسترده و بد تفسیر می شود.

حساسیت روش NMR (حداکثر غلظت قابل تشخیص یک ماده) به شدت سیگنال هسته ای بستگی دارد. برای هسته 1 H، حساسیت 10 -9 ÷ 10 -11 مول است.

همبستگی پارامترهای طیفی مختلف (به عنوان مثال، جابجایی‌های شیمیایی هسته‌های مختلف در یک سیستم مولکولی) را می‌توان با روش‌های همو و ناهم هسته‌ای در قالب دو بعدی یا سه بعدی به دست آورد.

دستگاه

طیف سنج پالس NMR با وضوح بالا (طیف سنج NMR) شامل موارد زیر است:

• آهنربا برای ایجاد یک میدان مغناطیسی ثابت ب 0 ;
• سنسور کنترل دما با نگهدارنده نمونه برای اعمال پالس RF و تشخیص تشعشع ساطع شده از نمونه.
• یک دستگاه الکترونیکی برای ایجاد یک پالس فرکانس رادیویی، ضبط، تقویت و تبدیل سیگنال واپاشی القایی آزاد به شکل دیجیتال.
• دستگاه های تنظیم و تنظیم مدارهای الکترونیکی؛
• دستگاه های جمع آوری و پردازش داده ها (کامپیوتر)؛

و همچنین ممکن است شامل موارد زیر باشد:

یک سلول جریان برای کروماتوگرافی مایع NMR یا آنالیز تزریق جریان.

• سیستمی برای ایجاد گرادیان میدان مغناطیسی پالسی

یک میدان مغناطیسی قوی توسط یک سیم پیچ ابررسانایی در ظرف Dewar پر از هلیوم مایع ایجاد می شود.

عملکرد صحیح طیف سنج NMR باید بررسی شود. برای تأیید، آزمایش‌های مناسب انجام می‌شود، از جمله، به عنوان یک قاعده، اندازه‌گیری پهنای خط طیفی در نیم‌ارتفاع قله‌های خاص تحت شرایط خاص ( اجازهتکرارپذیری موقعیت سیگنال و نسبت سیگنال به نویز (نسبت بین شدت یک سیگنال خاص در طیف NMR و نوسانات تصادفی در ناحیه ای از طیف که حاوی سیگنال هایی از آنالیت نیست، اس/ن) برای مخلوط های استاندارد. نرم افزار طیف سنج شامل الگوریتم هایی برای تعیین است S/N. تمامی سازندگان ابزار، مشخصات و پروتکل های اندازه گیری را برای این پارامترها ارائه می کنند.

طیف سنجی NMR از نمونه ها در محلول ها

روش شناسی

نمونه آزمایشی در حلالی حل می‌شود که ممکن است استاندارد کالیبراسیون شیفت شیمیایی مناسبی که در اسناد تنظیمی مشخص شده است به آن اضافه شود. مقدار تغییر شیمیایی نسبی هسته یک ماده (δ in-in) با عبارت زیر تعیین می شود:

δ in-in \u003d (ν in-in - ν استاندارد) / ν دستگاه،

ν in-in - فرکانس رزونانس هسته ماده، هرتز؛

ν etalon فرکانس رزونانس هسته اتالون، هرتز است.

ν دستگاه فرکانس کاری طیف‌سنج NMR است (فرکانسی که در آن شرایط تشدید برای هسته‌های هیدروژن برای یک زمان مشخص برآورده می‌شود. ب 0، مگاهرتز).

برای محلول‌های موجود در حلال‌های آلی، تغییر شیمیایی در طیف‌های 1H و 13C نسبت به سیگنال تترمتیل سیلان اندازه‌گیری می‌شود که موقعیت آن 0 ppm است. جابجایی های شیمیایی در جهت یک میدان ضعیف (به سمت چپ) از سیگنال تترمتیل سیلان شمارش می شوند (دلتا مقیاس جابجایی های شیمیایی است). برای محلول های آبی، سدیم 2،2-دی متیل-2-سیلان پنتان-5- سولفونات به عنوان مرجع در طیف 1H NMR استفاده می شود که شیفت شیمیایی پروتون های گروه متیل آن 0.015 ppm است. برای طیف محلول های آبی 13 درجه سانتی گراد، دی اکسان به عنوان مرجع استفاده می شود که شیفت شیمیایی آن 67.4 ppm است.

هنگام کالیبره کردن طیف 19 F، تری فلورواستیک اسید یا تری کلروفلورومتان به عنوان استاندارد اولیه با تغییر شیمیایی صفر استفاده می شود. طیف 31 P - محلول 85٪ اسید فسفریک یا تری متیل فسفات. طیف 15 N - نیترومتان یا محلول آمونیاک اشباع. در 1H و 13 C NMR، به عنوان یک قاعده، از یک استاندارد داخلی استفاده می شود که مستقیماً به نمونه آزمایش اضافه می شود. 15 N، 19 F و 31 P NMR اغلب از یک استاندارد خارجی استفاده می کنند که به طور جداگانه در یک لوله استوانه ای کواکسیال یا مویرگی نگهداری می شود.

هنگام توصیف طیف NMR، لازم است حلالی که ماده در آن حل شده و غلظت آن مشخص شود. مایعات به راحتی متحرک به عنوان حلال استفاده می شوند که در آن اتم های هیدروژن با اتم های دوتریوم جایگزین می شوند تا شدت سیگنال های حلال کاهش یابد. حلال دوتره شده بر اساس معیارهای زیر انتخاب می شود:

• 1) حلالیت ترکیب آزمایش در آن؛
• 2) عدم همپوشانی بین سیگنال های پروتون های باقیمانده حلال دوتره شده و سیگنال های ترکیب آزمایشی.
• 3) هیچ برهمکنشی بین حلال و ترکیب آزمایشی وجود ندارد، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

اتم‌های حلال سیگنال‌هایی می‌دهند که به راحتی با تغییر شیمیایی آنها شناسایی می‌شوند و می‌توان از آنها برای کالیبره کردن محور شیفت شیمیایی (استاندارد ثانویه) استفاده کرد. تغییرات شیمیایی سیگنال های پروتون باقیمانده حلال های دوتره شده دارای مقادیر زیر است (ppm): کلروفرم، 7.26؛ بنزن، 7.16; آب - 4.7؛ متانول -3.35 و 4.78; دی متیل سولفوکسید - 2.50؛ استون - 2.05؛ موقعیت سیگنال آب و پروتون های گروه های هیدروکسیل الکل ها به pH محیط و دما بستگی دارد.

برای تجزیه و تحلیل کمی، محلول ها باید عاری از ذرات حل نشده باشند. برای برخی از سنجش ها، ممکن است لازم باشد یک استاندارد داخلی برای مقایسه شدت تست و مرجع اضافه شود. نمونه های استاندارد مناسب و غلظت آنها باید در اسناد هنجاری مشخص شود. پس از قرار دادن نمونه در یک لوله آزمایش و درپوش، نمونه به آهنربای طیف سنج NMR وارد می شود، پارامترهای آزمایش تنظیم می شوند (تنظیمات، ثبت، دیجیتالی کردن سیگنال واپاشی القایی آزاد). پارامترهای آزمون اصلی ارائه شده در اسناد نظارتی در رایانه ثبت یا ذخیره می شوند.

برای جلوگیری از جابجایی طیف در طول زمان، یک روش تثبیت (قفل دوتریوم) با استفاده از سیگنال دوتریوم القا شده توسط حلال‌های دوتره شده انجام می‌شود، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. این ابزار برای بدست آوردن بهینه ترین شرایط تشدید و حداکثر نسبت تنظیم شده است S/N(سوسو زدن).

در طول آزمایش، می‌توان توالی‌های متعددی از چرخه‌های "ضربه - اکتساب داده - مکث" را با جمع‌بندی بعدی سیگنال‌های فردی از فروپاشی القای آزاد و میانگین‌گیری سطح نویز انجام داد. زمان تأخیر بین دنباله‌های پالس که طی آن سیستم اسپین‌های هسته‌ای مغناطش خود را بازیابی می‌کند. D 1) برای اندازه گیری های کمی باید از زمان آرامش طولی تجاوز کند تی 1: D 1 ≥ 5 تییکی . نرم افزار طیف سنج شامل الگوریتم هایی برای تعیین است تییکی . اگر ارزش تی 1 ناشناخته است، توصیه می شود از مقدار استفاده کنید D 1 = 25 ثانیه

پس از انجام تبدیل فوریه، سیگنال های موجود در نمایش فرکانس به استاندارد انتخاب شده کالیبره می شوند و شدت نسبی آنها با ادغام اندازه گیری می شود - اندازه گیری نسبت مناطق سیگنال های تشدید. در طیف 13 C، فقط سیگنال‌هایی از همان نوع یکپارچه می‌شوند. دقت ادغام سیگنال به نسبت بستگی دارد علامت – سر و صدا (S/N):

جایی که تو(من) عدم قطعیت استاندارد ادغام است.

تعداد تجمعات واپاشی القایی آزاد مورد نیاز برای دستیابی به یک نسبت رضایت بخش اس/ ن، باید در اسناد نظارتی آورده شود.

همراه با یک بعدی برای اهداف تحلیلی، طیف های همبستگی دو بعدی همو و ناهم هسته ای بر اساس دنباله خاصی از پالس ها (COSY، NOESY، ROESY، HSQC، HMBC، HETCOR، CIGAR، INADEQUATE و غیره) استفاده می شود. در طیف های دو بعدی، برهمکنش بین هسته ها به شکل سیگنال هایی به نام پیک متقاطع خود را نشان می دهد. موقعیت پیک های متقاطع توسط مقادیر جابجایی های شیمیایی دو هسته متقابل تعیین می شود. برای تعیین ترکیب مخلوط ها و عصاره های پیچیده ترجیحاً از طیف های دو بعدی استفاده می شود، زیرا احتمال برهم نهی سیگنال (قله های متقاطع) در طیف های دو بعدی به طور قابل توجهی کمتر از احتمال برهم نهی سیگنال در طیف های یک بعدی است.

برای به دست آوردن سریع طیف هترونوکلئی ها (13 C، 15 N و غیره)، از روش هایی (HSQC، HMBC) استفاده می شود که با استفاده از مکانیسم های برهمکنش ناهم هسته ای، طیف هسته های دیگر را بر روی هسته های 1H ممکن می سازد.

تکنیک DOSY، بر اساس ثبت از دست دادن انسجام فاز اسپین های هسته ای به دلیل جابجایی های انتقالی مولکول ها تحت اثر گرادیان میدان مغناطیسی، به دست آوردن طیف ترکیبات منفرد (جدایی طیفی) در یک مخلوط را بدون جداسازی فیزیکی آنها ممکن می سازد. و برای تعیین اندازه، درجات تجمع، و وزن مولکولی اجسام مولکولی (مولکول ها، ماکرومولکول ها، مجتمع های مولکولی، سیستم های فوق مولکولی).

مناطق استفاده

تنوع اطلاعات ساختاری و تحلیلی موجود در طیف‌های تشدید مغناطیسی هسته‌ای، استفاده از روش تشدید مغناطیسی هسته‌ای را برای تحلیل‌های کمی و کیفی ممکن می‌سازد. استفاده از طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای در تجزیه و تحلیل کمی بر اساس تناسب مستقیم غلظت مولی هسته‌های فعال مغناطیسی با شدت یکپارچه سیگنال جذب مربوطه در طیف است.

1. شناسایی ماده فعال. شناسایی ماده فعال با مقایسه طیف نمونه آزمایشی با طیف نمونه استاندارد یا با طیف مرجع منتشر شده انجام می شود. طیف نمونه های استاندارد و آزمایشی باید با استفاده از روش ها و شرایط یکسان به دست آید. قله ها در طیف های مقایسه شده باید در موقعیت منطبق باشند (انحراف مقادیر δ نمونه های تست و استاندارد در ± 0.1 ppm. برای رزونانس مغناطیسی هسته ای 1 N و ± 0.5 ppm. برای رزونانس مغناطیسی هسته ای 13 C)، شدت و تعدد یکپارچه، که مقادیر آن هنگام توصیف طیف ها باید داده شود. در صورت عدم وجود نمونه استاندارد، می توان از نمونه استاندارد داروسازی استفاده کرد که هویت آن با تفسیر ساختاری مستقل داده های طیفی و روش های جایگزین تأیید می شود.

هنگام تأیید صحت نمونه‌های ترکیب غیر استوکیومتری (به عنوان مثال، پلیمرهای طبیعی با ترکیب متغیر)، پیک نمونه‌های آزمایشی و استاندارد مجاز به تفاوت در موقعیت و شدت یکپارچه سیگنال‌ها هستند. طیف هایی که باید مقایسه شوند باید مشابه باشند، یعنی. شامل همان مناطق مشخصه سیگنال ها است که همزمانی ترکیب قطعه آزمایش و نمونه های استاندارد را تأیید می کند.

برای تعیین صحت مخلوطی از مواد (عصاره ها)، طیف های NMR یک بعدی را می توان به عنوان یک کل، به عنوان "اثرانگشت" یک شی، بدون جزئیات مقادیر δ و تعدد سیگنال های فردی استفاده کرد. در مورد استفاده از طیف‌سنجی NMR دو بعدی در توصیف طیف‌ها (قطعات طیف) ادعا شده برای صحت، باید مقادیر پیک متقاطع داده شود.

1. شناسایی مواد خارجی/حلالهای آلی باقیمانده. شناسایی ناخالصی‌ها/حلال‌های آلی باقی‌مانده مشابه با شناسایی ماده فعال انجام می‌شود و الزامات حساسیت و وضوح دیجیتال را تشدید می‌کند.
2. تعیین محتوای ناخالصی های خارجی / حلال های آلی باقی مانده در رابطه با ماده فعال.روش NMR یک روش مطلق مستقیم برای تعیین نسبت مولی ماده فعال و ترکیب ناخالصی است. n/nناخالصی):

جایی که اس‘ و اس‘ ناخالصی - مقادیر نرمال شده شدت یکپارچه سیگنال های ماده فعال و ناخالصی.

عادی سازی با توجه به تعداد هسته ها در قطعه ساختاری انجام می شود که سیگنال اندازه گیری شده را تعیین می کند.

کسر جرمی ناخالصی / حلال آلی باقیمانده نسبت به ماده فعال ( ایکس pr) با فرمول تعیین می شود:

م pr وزن مولکولی ناخالصی است.

موزن مولکولی ماده فعال است.

اس‘ pr مقدار نرمال شده شدت یکپارچه سیگنال ناخالصی است.

S'- مقدار نرمال شده شدت یکپارچه سیگنال ماده فعال.

1. تعیین کمی محتوای ماده (ماده فعال، ناخالصی / حلال باقیمانده) در ماده دارویی. محتوای مطلق ماده در یک ماده دارویی، با روش استاندارد داخلی تعیین می شود، که به عنوان ماده ای انتخاب می شود که سیگنال های آن نزدیک به سیگنال های آنالیت باشد، بدون اینکه با آنها همپوشانی داشته باشند. شدت سیگنال آنالیت و استاندارد نباید تفاوت قابل توجهی داشته باشد.

درصد آنالیت در نمونه آزمایش بر حسب ماده خشک ( ایکس،٪ جرم) با فرمول محاسبه می شود:

ایکس،% جرم = 100 ∙ ( اس‘ /اس‘ 0) ∙ (م ∙ آ 0 /م 0 ∙ آ) ∙ ,

S'مقدار نرمال شده شدت یکپارچه سیگنال آنالیت است.

اس 0 مقدار نرمال شده شدت سیگنال یکپارچه استاندارد است.

موزن مولکولی آنالیت است.

م 0 – وزن مولکولی؛

آ- توزین نمونه آزمایشی؛

یک 0- وزن ماده استاندارد؛

دبلیو- محتوای رطوبت، ٪.

ترکیبات زیر را می توان به عنوان استاندارد استفاده کرد: اسید مالئیک (2H؛ 6.60 ppm، م= 116.07)، بنزیل بنزوات (2H؛ 5.30 ppm، م= 212.25)، اسید مالونیک (2H؛ 3.30 ppm، م= 104.03)، سوکسینیمید (4H؛ 2.77 ppm، م= 99.09)، استانیلید (3H؛ 2.12 ppm، م = 135,16), ترت-بوتانول (9H؛ 1.30ppm، م = 74,12).

محتوای نسبی مادهبه عنوان نسبت یک جزء در مخلوطی از اجزای یک ماده دارویی با روش عادی سازی داخلی تعیین می شود. مولر ( ایکسمول) و جرم ( ایکسجرم) کسر جزء مندر یک مخلوط nمواد با فرمول تعیین می شود:

1. تعیین وزن مولکولی پروتئین ها و پلیمرها. وزن مولکولی پروتئین ها و پلیمرها با مقایسه تحرک آنها با ترکیبات مرجع با وزن مولکولی شناخته شده با استفاده از تکنیک های DOSY تعیین می شود. ضرایب خود انتشار اندازه گیری می شود ( D) از نمونه های آزمایشی و استاندارد، نموداری از وابستگی لگاریتم های وزن مولکولی ترکیبات استاندارد به لگاریتم بسازید. D. از نمودار به دست آمده، وزن مولکولی مجهول نمونه های آزمایشی با رگرسیون خطی تعیین می شود. شرح کامل آزمایش DOSY باید در اسناد نظارتی ارائه شود.

طیف سنجی NMR جامدات

نمونه ها در حالت جامد با استفاده از طیف سنج های NMR مجهز به ویژه تجزیه و تحلیل می شوند. برخی عملیات فنی (چرخش یک نمونه پودری در یک روتور با زاویه ماژیک (54.7 درجه) نسبت به محور میدان مغناطیسی AT 0، کاهش نیرو، انتقال پلاریزاسیون از هسته های بسیار تحریک پذیر به هسته های با قابلیت قطبش کمتر - قطبش متقاطع) به دست آوردن طیف های با وضوح بالا از ترکیبات آلی و معدنی را ممکن می سازد. شرح کامل روش باید در اسناد نظارتی ارائه شود. حوزه اصلی کاربرد این نوع طیف سنجی NMR، مطالعه چندشکلی داروهای جامد است.