Kodolu magnētiskā rezonanse

Vikipēdijas raksts
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt
Kodolu magnētiskās rezonanses spektrometrs

Kodolu magnētiskā rezonanse (KMR jeb angliski NMR) ir augstfrekvences radioviļņu selektīva absorbcija vielā, kura atrodas ļoti spēcīgā magnētiskajā laukā. Tādi atomu kodoli, kuru kopējie spini ir pusveseli (to vērtība ir 1/2, 3/2, 5/2 utt.), šādā magnētiskā laukā orientējas divējādi - vai nu magnētiskā lauka virzienā, vai arī pretēji tam. Līdz ar to izveidojas divi dažādi kodolu enerģijas apakšlīmeņi, turklāt vairāk kodolu parasti ir zemākajā enerģijas līmenī. Šie enerģijas līmeņi savstarpēji ir ļoti tuvi un to enerģijas starpībai atbilst tādu fotonu enerģija, kuru atbilstošais viļņa garums ir radioviļņu diapazonā (daži centimetri vai centimetra daļas). Tādējādi pie noteiktas magnētiskā lauka intensitātes noteikti atomu kodoli absorbē noteikta viļņu garuma radioviļņus, kas nodrošina atomu kodolu pāreju augstākajā enerģijas līmenī. Šādu selektīvu absorbciju sauc par rezonanses signālu. Kodoliem pārejot atpakaļ zemākajā līmenī, tāda paša viļņa garuma signāls tiek izstarots.

Ja atomu kodoliem nav summārā spina (magnētiskā momenta), tie nedod KMR signālus (piemēram, tādi plaši izplatīti kodoli kā ogleklis-12 vai skābeklis-16). Savukārt spilgti izteiktus signālus dod ūdeņraža atomu kodoli jeb protoni, ogleklis-13, fluors-19 un fosfors-31. Plaši izmantoto ūdeņraža kodolu rezonansi sauc par protonu magnētisko rezonansi (PMR).

Atoma kodola ar pusveselu spinu enerģētiskā līmeņa sašķelšanās magnētiskajā laukā. Jo intensīvāks magnētiskais lauks, jo lielāka ir enerģijas starpība ΔE starp apakšlīmeņiem.

KMR spektroskopija[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Etilspirta 1H KMR spektrs (oglekļa un skābekļa atomi signālus nedod). Redzams, ka ūdeņraža atomi, kas atrodas CH3 grupā, CH2 grupā, vai OH grupā, dod dažādus signālus. Signālu sīkstruktūra izskaidrojama ar protonu mijiedarbību savā starpā.

Kodolu magnētisko rezonansi izmanto vielas uzbūves un molekulārās struktūras pētīšanā (it sevišķi organiskajā ķīmijā) kā ļoti informatīvu spektroskopijas metodi.

Uzņemot KMR spektrus, var mainīt vai nu spēcīga (parasti supravadoša) elektromagnēta viendabīga magnētiskā lauka intensitāti pie pastāvīga radioviļņu garuma, vai arī izmantot pastāvīgo magnētu un mainīt radioviļņu garumu.

KMR signāls ir atkarīgs arī no katra konkrētā kodolu veida atrašanās vietas molekulā, jo pārējie molekulas atomi un ķīmiskās saites var samazināt magnētiskā lauka iedarbību uz atomu (to sauc par signāla ķīmisko nobīdi).

Lai ķīmiskās nobīdes varētu savstarpēji salīdzināt, kādu no vielām pieņem par "standartsavienojumu". Bieži kā šādu savienojumu lieto tetrametilsilānu (CH3)4Si, jo tā visi 12 ūdeņraža atomi ir savā starpā pilnīgi simetriski un dod vienu vienīgu signālu.

KMR medicīnā[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tā kā cilvēka organisms satur ļoti daudz ūdeņraža, ūdeņraža kodolu — protonu — magnētiskās rezonanses parādību var izmantot arī organisma izpētei, jo dažādi audi un orgāni satur dažādu ūdeņraža daudzumu. Atšķirībā no KMR spektroskopijas, kurā izmanto pilnīgi homogēnu magnētisko lauku, magnētiskās rezonanses tomogrāfijā (MRT) lieto magnētiskā lauka gradientu, jo šeit svarīga nevis spektrālo līniju tīrība, bet rezonējošo kodolu telpiskais sadalījums.

Parasti medicīnā šo metodi sauc nevis par kodolu magnētisko rezonansi, bet vienkārši par magnētisko rezonansi, jo termins "kodolu" var rosināt pacientos radiofobiju. Īstenībā šai metodei nav nekāda sakara ar radioaktivitāti vai jonizējošo radiāciju.

Literatūra[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

  • O. Neilands. Organiskā ķīmija. R:, Zvaigzne, 1977, 54.-55. lpp.

Skatīt arī[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Commons:Category
Vikikrātuvē ir pieejami multimediju faili par šo tēmu. Skatīt: Kodolu magnētiskā rezonanse