Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

Podobne dokumenty
MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

ν 1 = γ B 0 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego h S = I(I+1)

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY - podstawy

impulsowy NMR - podsumowanie

Metody rezonansowe. Magnetyczny rezonans jądrowy Magnetometr protonowy

Wykorzystanie zjawiska rezonansu magnetycznego w medycynie. Mariusz Grocki

IM - 6a MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY. I. Cel ćwiczenia

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

Atomy mają moment pędu

Drgania i fale II rok Fizyk BC

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII NMR W MEDYCYNIE

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

Badania trybologiczne materiałów inżynierskich Wyznaczanie przepuszczalności par wody przez materiały opakowań DWUMIESIĘCZNIK 3/ 2018

Fizyczne podstawy magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) - obrazowania za pomocą rezonansu jądrowego (MRI)

analiza chemiczna jakościowa ilościowa

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Spektroskopia. Spotkanie drugie UV-VIS, NMR

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe

impulsowe gradienty B 0 Pulsed Field Gradients (PFG)

Impulsy selektywne selektywne wzbudzenie

SPEKTROSKOPIA NMR PODEJŚCIE PRAKTYCZNE DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI CZĘŚĆ: I. Animacje na slajdach przygotował mgr inż.

Zastosowanie spektroskopii NMR do badania związków pochodzenia naturalnego

Pole elektromagnetyczne w bioinżynierii

Podstawy informatyki kwantowej

Spektroskopia magnetyczna

Tomografia magnetyczno-rezonansowa 1

ekranowanie lokx loky lokz

Obrazowanie Metodą Magnetycznego Rezonansu Jądrowego Spis treści

Zastosowanie spektroskopii NMR do określania struktury związków organicznych

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY W POLU MAGNETYCZNYM ZIEMI

Leksykon onkologii Cancer lexicon

Własności magnetyczne materii

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Tomografia magnetyczno-rezonansowa

NMR REZONANS MAGNETYCZNY. System nisko-polowy OMR Siemens Magnetom C. Obrazy z tomografu MRI

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Ćwiczenie 10 Badanie protonowego rezonansu magnetycznego

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny

ĆWICZENIE NR 5 ANALIZA NMR PRODUKTÓW FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

J1 - BADANIE MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO W CIAŁACH STAŁYCH METODĄ FALI CIĄGŁEJ

Oddziaływanie atomu z kwantowym polem E-M: C.D.

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

J1 - BADANIE MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO W CIAŁACH STAŁYCH METODĄ FALI CIĄGŁEJ

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

S r Spin wewnętrzny moment pędu (kręt) cząstki kwantowej. m s magnetyczna spinowa liczba kwantowa. Spin to kręt wewnętrzny (kwantowy)

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Promieniowanie dipolowe

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

Wykład Budowa atomu 3

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

VIII. VIII.1. ORBITALNY MOMENT MAGNETYCZNY ELEKTRONU, L= r p (VIII.1.1) p=m v (VIII.1.2) L= L =mvr (VIII.1.1a) r v. r=v (VIII.1.3)

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

MOMENT MAGNETYCZNY W POLU MAGNETYCZNYM

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-6

Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych.

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Nowoczesne techniki obrazowania w medycynie. Jakub Zieliński Zakład Biofizyki i Fizjologii Człowieka WUM

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

Obrazowanie MR przy użyciu spolaryzowanego 3 He jak chcemy badać szczurze płuca w Krakowie


Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Własności magnetyczne materii

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

2. Całkowita liczba modów podłużnych. Dobroć rezonatora. Związek między szerokością linii emisji wymuszonej a dobrocią rezonatora

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY W POLU MAGNETYCZNYM ZIEMII

NMR Nuclear Magnetic Resonance. Co to jest?

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Nadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.

2.6.3 Interferencja fal.

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

IV. Transmisja. /~bezet

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

Transkrypt:

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR) obserwacja zachowania (precesji) jąder atomowych obdarzonych spinem w polu magnetycznym Magnetic Resonance Imaging (MRI) ( obrazowanie rezonansem magnetycznym potocznie rezonans magnetyczny)

ω = -γb 0 ω = 2πν γ = 2πµ/hI γ - współczynnik żyromagnetyczny (giromagnetyczny, magnetogiryczny) - stała zależna od rodzaju jądra

spin jądrowy suma protonów parzysta i suma neutronów parzysta: I = 0 np. 16 O, 12 C suma protonów + suma neutronów nieparzysta: I = 1/2, 3/2, 5/2... np. 1 H, 13 C obie sumy (neutronów i protonów) nieparzyste: I całkowite ( >0) np. 2 H, 14 N jądra obdarzone spinem mają moment magnetyczny - oddziałują z polem magnetycznym

Nuklid Spin jądrowy I n 1/2-1.9130418 p 1/2 +2.7928456 2 H(D) 1 +0.8574376 17 O 5/2-1.89279 57 Fe 1/2 +0.09062293 57 Co 7/2 +4.733 93 Nb 9/2 +6.1705 Moment magnetyczny µ (µ N ) magneton jądrowy γ = 2πµ/hI

1 H przy B 0 = 1,41T n β /n α = 0, 9999382 ω = -γb 0 ν = (-γ/2π)b 0 E = hν

ω, ν częstotliwość Larmora może charakteryzować B 0 (magnes spektrometru NMR) np. 300 MHz dla 1 H ale sam magnes dla 13 C tylko 75 MHz ω = -γb 0 ν = (-γ/2π)b 0 B 0 (T) 1 H ν (MHz) 1,41 60 2,35 100 4,70 200 7,05 300 9,40 400 11,75 500

E = hν oryginalny pomysł na eksperyment - przemiatanie częstością ν absorpcja RF(częstość fal radiowych) - metoda fali ciągłej - czasochłonna lepszy pomysł - metoda impulsowa z transformacją Fouriera impuls zawiera różne częstości w interesującym zakresie

RF (radio frequency - tzn MHz) (zmienne) pole RF B 1 (w płaszcz. xy) -ω o +ω o -ω o +ω o wektor drgającego pola magnetycznego można rozłożyć na dwie składowe obracające się w przeciwnych kierunkach

oddziaływanie z impulsem RF o częstości Larmora B 0 pole statyczne namagnesowanie -ω o +ω o wektory (nieistotny) stacjonarny układ współrzędnych układ współrzędnych wirujący z częstością +ω o jeden z wektorów składowych RF (+ω o ) teraz nieruchomy (B 1 ) umieszczamy na osi x

skręcający efekt impulsu RF (π/2) x (nadal wirujący układ współrzędnych) impuls ~ µs

co się dzieje z wektorem namagnesowania po ustaniu impulsu RF? wirujący nieruchomy precesja wokół B 0 po czasie t (jeśli nie ma relaksacji) wektor namagnesowania jest nieruchomy (jeśli nie ma relaksacji) wektor namagnesowania wiruje w płaszczyźnie xy z częstością Larmora (ω o )

FID - free induction decay detektor widzi zmiany namagnesowania wzdłuż wybranego kierunku w płaszczyźnie xy, np. wzdłuż kierunku y

dwie linie w wirującym układzie współrz. po impulsie π/2 po (dalszym) czasie t statyczny (w układzie wirującym) precesja zgodna z kierunkiem zegara 2πν Hz ν o = ω o /2π

zachowanie się trypletu w wirującym układzie współrz. (układ współrzędnych wiruje z częstością środkowej linii) po impulsie π/2 po (dalszym) czasie t t = 1/(4J) s -2πJt nieruchomy +2πJt

precesja trzech sygnałów w płaszczyźnie xy względem wzorca - układ współrzędnych obraca się z częstością Larmora wzorca (ν 1 )

wpływ długości impulsu RF (B 1 ) na skręcenie wektora namagnesowania

oddziaływanie namagnesowanej próbki ze zmiennym polem RF (B 1 ) B 1 - drgania w płaszczyźnie xy

relaksacja podłużna (T 1 ) i poprzeczna (T 2 ) T 1 - odtwarzanie namagnesowania w kierunku z T 2 - zanik namagnesowania w płaszczyźnie xy

relaksacja podłużna (spin - sieć) M z M o dm dt z = 1 T 1 ( M o M z ) (1-1/e)M o M z = M o t /T1 ( 1 e ) T 1 t e -1 = 0,37... bardzo mała E poziomów α i β - konieczność emisji wymuszonej przez oddziaływania dipol-dipol np. z innymi jądrami

szybkość zaniku namagnesowania w płaszczyźnie xy jest na ogół większa niż szybkość relaksacji podłużnej czyli T 1 > T 2 (albo raczej T 1 > T 2 * )

wpływ substancji paramagnetycznych - ułatwiają relaksację sprzężenie z niesparowanymi elektronami w obecności subst. paramagnetycznej T 1 maleje - sygnały poszerzają się

szybkość zaniku namagnesowania w płaszczyźnie xy jest na ogół większa niż szybkość relaksacji podłużnej relaksacja poprzeczna (spin-spin) - wymiana wzbudzeń między spinami - wymiana chemiczna te procesy odpowiadają czasowi relaksacji T 2 inna ważna przyczyna relaksacji poprzecznej - niehomogeniczność pola

relaksacja poprzeczna (w płaszczyźnie xy) przez utratę spójności fazowej w niehomogenicznym polu (wirujący układ współrzędnych)

lock - metoda stabilizacji pola aparaty są lokowane na sygnał deuteru rozpuszczalnika B 0 sygnał deuteru korekta B 0 zmiany?

I = I o /e FT T 2 * ν 1/2 = (πt 2 *) -1 szybkość relaksacji = 1/T 2 * szerokość połówkowa sygnału miarą T 2 * sygnał poszerza się a nawet znika, gdy T 2 * maleje T 2 * < T 2 < T 1

T 2 (zamiast T 2 *) można zmierzyć wykorzystując echo spinowe π/2 τ π τ pik echa

impulsowy NMR - podsumowanie impulsy RF obracają wektor namagnesowania o żądany kąt wokół wybranej osi np. x, -x, y, -y (oś obrotu wybiera się przez regulowanie fazy sygnału względem fazy odnośnika, kąt obrotu przez czas trwania impulsu). sygnały NMR są mierzone względem wzorca, którego częstość określa częstość obrotów układu współrzędnych. Otrzymuje się FID (w domenie czasu), następnie dokonuje transformacji Fouriera (n). faza odnośnika jest arbitralna, faza detektora jest dostrajana numerycznie po FT. obrócony wektor (z osi z np. do płaszczyzny xy) ulega relaksacji: wzdłuż osi z odnawia się z czasem T 1, znika z płaszczyzny xy z czasem T 2 * (można wyeliminować wpływ niehomogenicznego pola, otrzymując T 2 )

3,5,10 mm 3 mm

spektrometr NMR pracujący w systemie fali ciągłej

spektrometr FT-NMR