Nükleer manyetik rezonans

Nükleer manyetik rezonans (NMR) Güçlü bir sabit manyetik alandaki çekirdeğin zayıf salınan bir manyetik alan (yakın alanda ve bu nedenle elektromanyetik dalgalar içermeyen) tarafından bozulduğu ve çekirdekteki manyetik alanın frekans karakteristiğine sahip bir elektromanyetik sinyal üreterek yanıt verdiği fiziksel bir gözlemdir.

Bu işlem, salınım frekansı, çekirdeklerin statik frekansının, kimyasal ortamın ve ilgili izotopun manyetik özelliklerinin gücüne bağlı olan çekirdeklerin kendi frekansına uyduğunda rezonansın yakınında meydana gelir; Statik manyetik alanlara sahip pratik uygulamalarda ca. 20 tesla, frekans VHF ve UHF televizyon yayınlarına benzer (60-1000 MHz). NMR, belirli atom çekirdeğinin spesifik manyetik özelliklerinden kaynaklanır. Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, çözeltideki organik moleküllerin yapısını belirlemek ve moleküler fizik, kristaller ve kristal olmayan malzemeleri incelemek için yaygın olarak kullanılır. NMR ayrıca manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi ileri tıbbi görüntüleme tekniklerinde de rutin olarak kullanılır.

Tek sayıda proton ve/veya nötron içeren bütün izotoplar (bkz. İzotop), içsel bir nükleer manyetik moment ve açısal momentuma, başka bir deyişle sıfır olmayan bir nükleer dönüşe sahiptir. En sık kullanılan çekirdekler ¹H ve ¹³C Diğer birçok elementin izotopları yüksek alan NMR spektroskopisi ile de çalışılabilir.

NMR'nin temel bir özelliği, belirli bir basit maddenin rezonans frekansının, genellikle uygulanan manyetik alanın kuvvetiyle doğrudan orantılı olmasıdır. Görüntüleme tekniklerinde kullanılan bu özellik; eğer örnek düzgün olmayan bir manyetik alana yerleştirilirse, numunenin çekirdeğinin rezonans frekansları, alanın neresinde bulunduklarına bağlıdır. Görüntüleme tekniğinin çözünürlüğü, manyetik alan gradyanının büyüklüğüne bağlı olduğundan, artan gradyan alanı kuvvetini geliştirmek için birçok çaba gösterilmiştir.

NMR ilkesi genellikle üç ardışık adımı içerir:

• Manyetik nükleerin hizalanması (polarizasyon), uygulanan sabit bir manyetik alanda B₀ döner.
• Nükleer dönüşün bu hizalanmasının bozulmasına, genellikle radyo frekansı (RF) darbesi olarak adlandırılan zayıf salınımlı bir manyetik alan tarafından döndürülür. Önemli bozulma için gereken salınım frekansı, statik manyetik alana (B₀) ve gözlem çekirdeklerine bağlıdır.
• RF darbesi sırasında veya sonrasında NMR sinyalinin tespiti, bir tespit bobinde indüklenen gerilime bağlı olarak, B₀ etrafında nükleer dönüşlerin önlenmesi ile sağlanır. Bir RF darbesinden sonra, çoğalma çekirdeğin içsel Larmor frekansı ile gerçekleşir ve kendi başına spin halleri veya enerji seviyeleri arasındaki geçişleri içermez.

İki manyetik alan genellikle NMR sinyal gücünü maksimize ettiği için birbirlerine dik olarak seçilir.

Nükleer spinlerdeki toplam mıknatıslanma (M) ile zaman sinyali tepkisinin frekansları NMR spektroskopisi ve manyetik rezonans görüntülemede analiz edilir. Her ikisi de, çoğu zaman süper iletken bobinlerde büyük akımlar tarafından üretilen büyük kuvvetli manyetik alanları (B₀) kullanır, ve ayrıntıları kimyasal kaymalar, Zeeman etkisi ve Knight kaymaları (metallerde) ile tarif edilen spektral çözünürlüğü sağlamak için çok yüksek homojenlik ve kararlılığa sahiptir. NMR tarafından sağlanan bilgiler ayrıca hiperpolarizasyon kullanılarak ve/veya iki boyutlu, üç boyutlu ve daha yüksek boyutlu teknikler kullanılarak da arttırılabilir.

NMR fenomenleri ayrıca, Dünya'nın manyetik alanında (Dünya'nın alanı NMR olarak adlandırılır) ve çeşitli manyetometrelerde düşük alan NMR, NMR spektroskopisi ve MRI'da da kullanılır.

Kaynak

Burdaki yer alan bilgiler en:Nuclear magnetic resonance sayfası'ndan çevirilerek edinilmiştir.