Ugrás a tartalomhoz

„Mágneses magrezonancia” változatai közötti eltérés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
DeniBot (vitalap | szerkesztései)
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.


Az NMR alkalmazási területe az NMR-spektroszkópia (főként a kémiai és biológiai szerkezetkutatásban), és a [[mágnesesrezonancia-képalkotás]] vagy MRI, amely az orvosi diagnosztikában használatos.
A jelenség az [[atommag]] [[kvantummechanika]]i tulajdonságain alapul. A magok mágneses volta a spinimpulzus-momentumra vezethető vissza. 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.

Egy anyag rezonáns frekvenciája egyenesen arányos a mágneses mező térerejével a [[Larmor-precesszió]] képlete szerint.

Az NMR alkalmazási területe az NMR-spektroszkópia (főként a kémiai és biológiai szerkezetkutatásban), és a Mágneses rezonancia képalkotás ([[Magnetic resonance imaging]]), vagy MRI, tulajdonképpen ''in vivo'' NMR, amely az orvosi gyakorlatban használatos.


== Története ==
== Története ==
A mágneses magrezonancia elméleti alapja az első sikeres kísérletek (1945) előtt jóval megszületett, a szülőatya 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 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 950 MHz-es mágnes is) 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.
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&nbsp;MHz-es mágnesek nem ritkák, sőt már létezik 1,2&nbsp;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 ==
1991-ben Richard Ernst kapott Nobel-díjat a nagy felbontású mágneses magrezonancia módszertan területén és a mágneses magrezonancia spektroszkópia területén végzett munkájáért. ([[Kémiai Nobel-díj]]).
=== 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}}


=== Kémia ===
== 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.]]
* {{hely|Hore}} {{cite book|author=P. J. Hore|title=Mágneses Magrezonancia|publisher=Nemzeti Tankönyvkiadó|others=Szilágyi László ford.|id=ISBN}}


=== Nem-destruktív vizsgálat ===
== 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 források:
== További információk ==
{{Commonscat|Nuclear magnetic resonance}}
P. J. Hore: Mágneses Magrezonancia (Nemzeti Tankönyvkiadó) -Szilágyi László ford.
{{Nemzetközi katalógusok}}
Sohár Pál: „Az NMR sztori” c. előadása
{{Portál|Fizika}}

{{csonk-kémia}}


[[Kategória:Spektroszkópia]]
[[Kategória:Spektroszkópia]]
[[Kategória:Magfizika]]

[[en:Nuclear magnetic resonance]]
[[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

Feles spinhez tartozó energiaszintek felhasadása mágneses mezőben

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]

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 

Kapcsolódó szócikkek

[szerkesztés]

További információk

[szerkesztés]
Commons:Category:Nuclear magnetic resonance
A Wikimédia Commons tartalmaz Mágneses magrezonancia témájú médiaállományokat.