„Mágneses magrezonancia” változatai közötti eltérés
[ellenőrzött változat] | [ellenőrzött változat] |
a kisebb formai javítások |
|||
(42 közbenső módosítás, amit 20 másik szerkesztő végzett, nincs mutatva) | |||
1. sor: | 1. sor: | ||
[[Fájl:Epr splitting.png|bélyegkép|300px|Feles spinhez tartozó energiaszintek felhasadása mágneses mezőben]] |
|||
A '''mágneses magrezonancia''', más néven nukleáris mágneses rezonancia, nemzetközi rövidítéssel '''NMR''' egy fizikai jelenség, ami gyakorlati felhasználásának a tudomány és technika tárgykörében egyre nagyobb jelentősége van. |
|||
A '''mágneses magrezonancia''' – más néven nukleáris mágneses rezonancia, angol rövidítéssel '''NMR''' – a [[mágneses mező]]be helyezett anyagban fellépő azon jelenség, melynek során egy másik, rádiófrekvenciás (elektro)mágneses térrel besugározva azt bizonyos frekvenciákon – azaz „rezonanciaszerűen” – elnyeli. A jelenség az [[atommag]] [[kvantummechanika]]i tulajdonságain alapul. Azon, hogy az atommagok [[spin]]jének, azaz saját [[impulzusmomentum]]ának és az ezzel arányos [[mágneses momentum]]ának a mágneses tér irányára vett vetületének függvényében az energiaállapotuk felhasad, azaz különböző értékűvé válik. Az ezen állapotok közötti energiájú elektromágneses hullámmal gerjesztve őket a hullámot elnyelik és átmennek egy másik állapotba, majd ezután ezt az energiát kibocsátva visszamennek az eredeti állapotba. Az állapotváltozást előidéző elektromágneses hullám frekvenciája a [[Larmor-frekvencia]], amely függ az atommag tömegétől, spinjétől és egyenesen arányos a külső mágneses térrel. {{refhely|Sohár|120. o.}} |
|||
[[Kép:Pacific Northwest National Laboratory 800 MHz NMR Spectrometer.jpg|bélyegkép|jobbra|300px|Az Egyesült Államok Pacific Northwest National Laboratory nagy mágneses térerősségű (800 MHz, 18.8 [[Tesla (unit)|T]]) NMR spektrométere mintával való töltése közben.]] |
|||
⚫ | Az atommagok spinkvantumszáma lehet 0, 1/2, 1, 3/2, 2... ~4. Az atommagok spinkvantumszáma meghatározza, hogy az adott mag mágneses-e (ha igen, akkor „NMR aktív”). Például a szén 12-es izotópjának spinkvantumszáma 0, így a leggyakrabban előforduló szénizotópnak nincsen NMR spektruma. A 13-as izotópnak viszont 1/2-es a spinkvantumszáma, így mágneses momentuma is, NMR jelet ad. A jelenséget kvantummechanikai adatokkal magyarázzuk, de a mágnesesség maga egyszerű fizikai jelenség, így akként is működik. A leggyakrabban mért mag az 1/2-es spinkvantumszámú hidrogén-1 atommag (proton), de a periódusos rendszer legtöbb elemének létezik mágneses magrezonanciával mérhető izotópja. A leggyakrabban mért magok: 1H, 13C, 15N, 17O, 19F, 31P. |
||
Az NMR rövidítés a tudomány azon módszereinek is a kollektív neve, ami a mágneses magrezonanciát molekulák tanulmányozására használja. |
|||
⚫ | |||
⚫ | |||
A leggyakrabban mért mag az 1/2-es spinkvantumszámú hidrogén-1 atommag (proton), de a periódusos rendszer legtöbb elemének létezik mágneses magrezonanciával mérhető izotópja. A leggyakrabban mért magok: 1H, 13C, 15N, 17O, 19F, 31P. |
|||
Egy anyag rezonáns frekvenciája egyenesen arányos a mágneses mező térerejével a [[Larmor-precesszió]] képlete szerint. |
|||
⚫ | |||
== Története == |
== Története == |
||
A mágneses magrezonancia elméleti alapja az első sikeres kísérletek (1945) előtt |
A mágneses magrezonancia elméleti alapja jóval az első sikeres kísérletek (1945) előtt megszületett, a szülőatyja pedig Pauli volt (1924). A mágneses magrezonanciát [[Isidor Isaac Rabi]] fedezte fel 1938-ban. 1952-ben [[Felix Bloch]] és [[Edward Mills Purcell]] közös [[Nobel-díj]]at kapott a technika folyadékokra és szilárd anyagokra való alkalmazásáért és továbbfejlesztéséért. Purcell már a [[második világháború]] alatt is dolgozott ezen a technikán a [[Massachusetts Institute of Technology]] Radiation Laboratóriumában, a technika RADAR, vagyis [[Rádiólokátor]]ként való alkalmazásán. A katonai vonatkozású kutatás a háború alatt valójában csak ürügy volt a tisztán elméleti jellegű kutatásra, akkoriban Purcell-ék még nem gondoltak arra, hogy valaha gyakorlati alkalmazása is lehet kutatásuknak. |
||
A kutatók észrevették, hogy vegyületek egyes atommagjai bizonyos, az atommagra jellemző térerősséggel rendelkező mágneses térben képesek a sugárzási frekvencia abszorpciójára. A jelenségre azt mondjuk, hogy az atommag rezonanciában van (vagyis rezonál). Az [[analitikai kémia]] szempontjából az az érdekes, hogy egy adott térerősség alkalmazásakor egy vegyület különböző atommagjai más-más frekvenciával rezonálnak, ami mind az analitikai kémia mind a biokémia számára értékes információ. A jelenség hátterében az áll, hogy a „mag-mágnesek” olyan érzékenyek, hogy az eltérő kémiai környezetben (tehát már molekulán belüli elhelyezkedésbeli különbségnél is) megváltozik a rezonanciafrekvenciájuk. Ezt nevezzük kémiai eltolódásnak, és ez az NMR spektrumból nyerhető elsődleges információ. Ezen kívül még a spektrum egyéb adatai is jelentős információval szolgálnak. Az NMR kísérletek sokféleségének és az egyre nagyobb mágneses térerősségnek köszönhetően (manapság a 800 MHz-es mágnesek nem ritkák, sőt már létezik |
A kutatók észrevették, hogy vegyületek egyes atommagjai bizonyos, az atommagra jellemző térerősséggel rendelkező mágneses térben képesek a sugárzási frekvencia abszorpciójára. A jelenségre azt mondjuk, hogy az atommag rezonanciában van (vagyis rezonál). Az [[analitikai kémia]] szempontjából az az érdekes, hogy egy adott térerősség alkalmazásakor egy vegyület különböző atommagjai más-más frekvenciával rezonálnak, ami mind az analitikai kémia mind a biokémia számára értékes információ. A jelenség hátterében az áll, hogy a „mag-mágnesek” olyan érzékenyek, hogy az eltérő kémiai környezetben (tehát már molekulán belüli elhelyezkedésbeli különbségnél is) megváltozik a rezonanciafrekvenciájuk. Ezt nevezzük kémiai eltolódásnak, és ez az NMR spektrumból nyerhető elsődleges információ. Ezen kívül még a spektrum egyéb adatai is jelentős információval szolgálnak. Az NMR kísérletek sokféleségének és az egyre nagyobb mágneses térerősségnek köszönhetően (manapság a 800 MHz-es mágnesek nem ritkák, sőt már létezik 1,2 GHz-es mágnes is<ref>[https://www.businesswire.com/news/home/20150917005142/en/Bruker-Announces-Ultra-High-Field-NMR-Orders-Europe BusinessWire]</ref>) a molekula-szerkezetkutatás elengedhetetlen eszközévé vált az NMR spektroszkópia. Mára nagyobb biomolekulák (pl. közepes méretű fehérjék) szerkezetmeghatározása is lehetséges NMR-spektroszkópiával, így az NMR nem csak a kutatás, de az ipar nélkülözhetetlen eszközévé vált. |
||
== Elmélete == |
|||
⚫ | |||
=== Magpsinek és mikroszkopikus mágnesek === |
|||
A [[Proton|protonok]] és [[Neutron|neutronok]] - az [[Atommag|atommagot]] alkotó részecskék - jellemző tulajdonsága azok [[Spin|spinje]], azaz belső [[Perdület|impulzusmomentuma]]. Az atommagok jellemző tulajdonsága azok spinkvantumszáma (''S''). Páros számú protont és neutront tartalmazó atommag spinkvantumszáma ''S ='' 0, a nukleonok az elektronokhoz hasonlóan párba rendeződnek, a párok keletkezése által létrejövő eredő spinjük 0, így a két protonból - melyeknek egyenként feles spinjük van - és a két neutronból - melyeknek egyenként szintén feles spinjük van - felépülő <sup>4</sup>He atommag eredő spinje (spinkvantumszáma) 0. |
|||
==Nobel-díjak a témakörben== |
|||
== A mágneses magrezonancia elmélete == |
|||
* 1952-ben [[Felix Bloch]] (1/2 részben) és [[Edward Mills Purcell]] (1/2 részben) [[Fizikai Nobel-díj]]at kapott Mágneses Magrezonancia módszerek fejlesztéséért.<ref>[http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1952/|The Nobel Prize in Physics 1952]</ref> |
|||
=== Atommag spin és mágneses tér === |
|||
⚫ | * 1991-ben Richard Ernst kapott Nobel-díjat a nagy felbontású mágneses magrezonancia módszertan területén és a mágneses magrezonancia spektroszkópia területén végzett munkájáért.<ref>[http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1991/|The Nobel Prize in Chemistry 1991]</ref> ([[Kémiai Nobel-díj]]). |
||
==== A spin impulzusmomentum értékei ==== |
|||
* 2002-ben megosztva kapott [[Kémiai Nobel-díj]]at John B. Fenn (1/4 részben), Koichi Tanaka (1/4 részben), Kurt Wüthrich (1/2 részben) Biológiai makromolekulák szerkezetfelderítési módszereinek a kifejlesztéésért. Kurt Wütrich része: Mágneses Magrezonancia spektroszkópia segítségével végzett három dimenziós szerkezetmeghatározás biológiai makromolekulák esetében.<ref>[http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/|The Nobel Prize in Chemistry 2002]</ref> |
|||
==== A mágneses mező hatása a spinre ==== |
|||
* 2003-ban [[mágnesesrezonancia-képalkotás]]ért kaptak [[Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj]]at. [[Paul Lauterbur|Paul C. Lauterbur]] (1/2 részben) és [[Peter Mansfield|Sir Peter Mansfield]] (1/2 részben)<ref>[http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2003/|The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2003]</ref> |
|||
==== Rezonancia ==== |
|||
==== Atommag árnyékolás ==== |
|||
=== Relaxáció === |
|||
== NMR spektroszkópia == |
|||
[[Kép:NMR-Spectrometer.JPG|bélyegkép|350px|NMR Spektrométer.]] |
|||
=== Folyamatos sugárzási (cw) spektroszkópia === |
|||
=== Fourier spektroszkópia === |
|||
=== Többdimenziós === |
|||
=== Szilárd anyagok === |
|||
=== Érzékenység === |
|||
=== Izotópok === |
|||
== Felhasználás == |
|||
=== Orvosi tudomány === |
|||
== Jegyzetek == |
|||
[[Kép:MRI head side.jpg|bélyegkép|jobbra|250px|'''Orvosi tudomány''': Egy fej képe medián metszetben mágneses rezonancia képalkotással (MRI)]] |
|||
{{jegyzetek}} |
|||
== Források == |
|||
* {{hely|Sohár}} {{cite journal|author=Sohár Pál|title=Az NMR sztori|journal=Magyar Kémiai Folyóirat|url=http://www.mke.org.hu/061mkf/3-2004/ea-3-2004.pdf|accessdate=2012-05-14|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120511014748/http://www.mke.org.hu/061mkf/3-2004/ea-3-2004.pdf#|archivedate=2012-05-11}} |
|||
[[Kép:NMR spectrometer.JPG|bélyegkép|480px|jobbra|'''Kémia''': Egy 200 MHz-es, automatikus mintaváltóval rendelkező NMR spektrométer a szerves kémiában vegyületek szerkezeti összetételének meghatározására.]] |
|||
⚫ | |||
== Kapcsolódó szócikkek == |
|||
* [[Elektronspin-rezonancia]] |
|||
=== Adatgyűjtés az olajiparban === |
|||
=== Folyamatszabályozás === |
|||
=== A Föld mágneses mezejének alkalmazása === |
|||
=== Magnetométerek === |
|||
== Forrás == |
|||
A cikk vázlata az angol nyelvű Wikipédia cikkjének fordítása. |
|||
További |
== További információk == |
||
⚫ | |||
⚫ | |||
{{Nemzetközi katalógusok}} |
|||
Sohár Pál: „Az NMR sztori” c. előadása |
|||
{{Portál|Fizika}} |
|||
{{csonk-kémia}} |
|||
[[Kategória:Spektroszkópia]] |
[[Kategória:Spektroszkópia]] |
||
[[Kategória:Magfizika]] |
|||
⚫ | |||
[[ar:رنين نووي مغناطيسي]] |
|||
[[ca:Ressonància Magnètica Nuclear]] |
|||
[[de:Kernspinresonanzspektroskopie]] |
|||
[[es:Resonancia magnética]] |
|||
[[fa:رزنانس مغناطیسی هسته]] |
|||
[[fi:NMR]] |
|||
[[fr:Résonance magnétique nucléaire]] |
|||
[[he:תהודה מגנטית גרעינית]] |
|||
[[hr:Nuklearna magnetska rezonancija]] |
|||
[[it:Risonanza magnetica nucleare]] |
|||
[[ja:核磁気共鳴]] |
|||
[[ko:자기공명]] |
|||
[[nl:Kernspinresonantie]] |
|||
[[nn:NMR]] |
|||
[[no:Kjernemagnetisk resonans]] |
|||
[[pl:Jądrowy rezonans magnetyczny]] |
|||
[[pt:RMN]] |
|||
[[ru:Ядерный магнитный резонанс]] |
|||
[[sh:Nuklearna magnetna rezonancija]] |
|||
[[sl:Jedrska magnetna resonanca]] |
|||
[[sr:Нуклеарна магнетна резонанција]] |
|||
[[sv:Kärnmagnetisk resonans]] |
|||
[[tr:Nükleer manyetik rezonans]] |
|||
[[uk:Ядерний магнітний резонанс]] |
|||
[[vi:Cộng hưởng từ hạt nhân]] |
|||
[[zh:核磁共振]] |
A lap jelenlegi, 2022. január 16., 21:48-kori változata
A mágneses magrezonancia – más néven nukleáris mágneses rezonancia, angol rövidítéssel NMR – a mágneses mezőbe helyezett anyagban fellépő azon jelenség, melynek során egy másik, rádiófrekvenciás (elektro)mágneses térrel besugározva azt bizonyos frekvenciákon – azaz „rezonanciaszerűen” – elnyeli. A jelenség az atommag kvantummechanikai tulajdonságain alapul. Azon, hogy az atommagok spinjének, azaz saját impulzusmomentumának és az ezzel arányos mágneses momentumának a mágneses tér irányára vett vetületének függvényében az energiaállapotuk felhasad, azaz különböző értékűvé válik. Az ezen állapotok közötti energiájú elektromágneses hullámmal gerjesztve őket a hullámot elnyelik és átmennek egy másik állapotba, majd ezután ezt az energiát kibocsátva visszamennek az eredeti állapotba. Az állapotváltozást előidéző elektromágneses hullám frekvenciája a Larmor-frekvencia, amely függ az atommag tömegétől, spinjétől és egyenesen arányos a külső mágneses térrel. [1]
Az atommagok spinkvantumszáma lehet 0, 1/2, 1, 3/2, 2... ~4. Az atommagok spinkvantumszáma meghatározza, hogy az adott mag mágneses-e (ha igen, akkor „NMR aktív”). Például a szén 12-es izotópjának spinkvantumszáma 0, így a leggyakrabban előforduló szénizotópnak nincsen NMR spektruma. A 13-as izotópnak viszont 1/2-es a spinkvantumszáma, így mágneses momentuma is, NMR jelet ad. A jelenséget kvantummechanikai adatokkal magyarázzuk, de a mágnesesség maga egyszerű fizikai jelenség, így akként is működik. A leggyakrabban mért mag az 1/2-es spinkvantumszámú hidrogén-1 atommag (proton), de a periódusos rendszer legtöbb elemének létezik mágneses magrezonanciával mérhető izotópja. A leggyakrabban mért magok: 1H, 13C, 15N, 17O, 19F, 31P.
Az NMR alkalmazási területe az NMR-spektroszkópia (főként a kémiai és biológiai szerkezetkutatásban), és a mágnesesrezonancia-képalkotás vagy MRI, amely az orvosi diagnosztikában használatos.
Története
[szerkesztés]A mágneses magrezonancia elméleti alapja jóval az első sikeres kísérletek (1945) előtt megszületett, a szülőatyja pedig Pauli volt (1924). A mágneses magrezonanciát Isidor Isaac Rabi fedezte fel 1938-ban. 1952-ben Felix Bloch és Edward Mills Purcell közös Nobel-díjat kapott a technika folyadékokra és szilárd anyagokra való alkalmazásáért és továbbfejlesztéséért. Purcell már a második világháború alatt is dolgozott ezen a technikán a Massachusetts Institute of Technology Radiation Laboratóriumában, a technika RADAR, vagyis Rádiólokátorként való alkalmazásán. A katonai vonatkozású kutatás a háború alatt valójában csak ürügy volt a tisztán elméleti jellegű kutatásra, akkoriban Purcell-ék még nem gondoltak arra, hogy valaha gyakorlati alkalmazása is lehet kutatásuknak.
A kutatók észrevették, hogy vegyületek egyes atommagjai bizonyos, az atommagra jellemző térerősséggel rendelkező mágneses térben képesek a sugárzási frekvencia abszorpciójára. A jelenségre azt mondjuk, hogy az atommag rezonanciában van (vagyis rezonál). Az analitikai kémia szempontjából az az érdekes, hogy egy adott térerősség alkalmazásakor egy vegyület különböző atommagjai más-más frekvenciával rezonálnak, ami mind az analitikai kémia mind a biokémia számára értékes információ. A jelenség hátterében az áll, hogy a „mag-mágnesek” olyan érzékenyek, hogy az eltérő kémiai környezetben (tehát már molekulán belüli elhelyezkedésbeli különbségnél is) megváltozik a rezonanciafrekvenciájuk. Ezt nevezzük kémiai eltolódásnak, és ez az NMR spektrumból nyerhető elsődleges információ. Ezen kívül még a spektrum egyéb adatai is jelentős információval szolgálnak. Az NMR kísérletek sokféleségének és az egyre nagyobb mágneses térerősségnek köszönhetően (manapság a 800 MHz-es mágnesek nem ritkák, sőt már létezik 1,2 GHz-es mágnes is[2]) a molekula-szerkezetkutatás elengedhetetlen eszközévé vált az NMR spektroszkópia. Mára nagyobb biomolekulák (pl. közepes méretű fehérjék) szerkezetmeghatározása is lehetséges NMR-spektroszkópiával, így az NMR nem csak a kutatás, de az ipar nélkülözhetetlen eszközévé vált.
Elmélete
[szerkesztés]Magpsinek és mikroszkopikus mágnesek
[szerkesztés]A protonok és neutronok - az atommagot alkotó részecskék - jellemző tulajdonsága azok spinje, azaz belső impulzusmomentuma. Az atommagok jellemző tulajdonsága azok spinkvantumszáma (S). Páros számú protont és neutront tartalmazó atommag spinkvantumszáma S = 0, a nukleonok az elektronokhoz hasonlóan párba rendeződnek, a párok keletkezése által létrejövő eredő spinjük 0, így a két protonból - melyeknek egyenként feles spinjük van - és a két neutronból - melyeknek egyenként szintén feles spinjük van - felépülő 4He atommag eredő spinje (spinkvantumszáma) 0.
Nobel-díjak a témakörben
[szerkesztés]- 1952-ben Felix Bloch (1/2 részben) és Edward Mills Purcell (1/2 részben) Fizikai Nobel-díjat kapott Mágneses Magrezonancia módszerek fejlesztéséért.[3]
- 1991-ben Richard Ernst kapott Nobel-díjat a nagy felbontású mágneses magrezonancia módszertan területén és a mágneses magrezonancia spektroszkópia területén végzett munkájáért.[4] (Kémiai Nobel-díj).
- 2002-ben megosztva kapott Kémiai Nobel-díjat John B. Fenn (1/4 részben), Koichi Tanaka (1/4 részben), Kurt Wüthrich (1/2 részben) Biológiai makromolekulák szerkezetfelderítési módszereinek a kifejlesztéésért. Kurt Wütrich része: Mágneses Magrezonancia spektroszkópia segítségével végzett három dimenziós szerkezetmeghatározás biológiai makromolekulák esetében.[5]
- 2003-ban mágnesesrezonancia-képalkotásért kaptak Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat. Paul C. Lauterbur (1/2 részben) és Sir Peter Mansfield (1/2 részben)[6]
Jegyzetek
[szerkesztés]Források
[szerkesztés]- ↑ Sohár: Sohár Pál. „Az NMR sztori”. Magyar Kémiai Folyóirat. [2012. május 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. május 14.)
- ↑ Hore: P. J. Hore. Mágneses Magrezonancia, Szilágyi László ford., Nemzeti Tankönyvkiadó. ISBN