Az NMR fizikai alapjai
Újdonságok az NMR-készülékek világában
Készítette:Gróf Georgina ZsófiaKonzulens:Prof. Csurgay Árpád
PPKE-ITK, 2011. január 24.
Diplomavédés
• Az NMR-spektroszkópia fizikai alapjainak áttekintése
• A spektrális jellemzők bemutatása egy spektrum demonstrálása által
• Az NMR készülékek rendszerezése
• A nem hagyományos NMR-technikák „state of the art” bemutatása
• Egy választott NMR program bemutatása
• A mérnöki alkalmazhatóság lehetőségeinek felvázolása
• Jövőbeli kitekintés
Célkitűzések
A mágneses magrezonancia jelenség
E
B0
E
ΔE=h·υ=2μ·B0
Zeemann- felhasadás
Rezonanciafeltétel
z
x
y
z
x
y
z
x
y z
x
y
T1 - spin - rács
T2 - spin - spin
z
x
y
Mz
Relaxációs mechanizmusok
z
x
y
Matematikai leírás: Bloch- egyenletek
1
0
t
ttdt
td zz
z
2
ttt
dt
td xx
x
2
ttt
dt
td yy
y
Információk:
- kémiai eltolódás:
- integrált intenzitás
- spin-spin kölcsönhatás
60
0
10sf f
f
Az NMR spektrum - FT-CW
Simulation in Matlab
FID - Free Induction Decay Intenzitás-Idő Intenzitás-Frekvencia FT- Megfelelő szorzófügvénnyel simítható- Adatpontok száma zérustöltéssel S/N arány javítható!
FT-NMR:
- Rövid idejű RF-ás „lövetek”- Gyors, napjainkban már csak ezt használják!-Tetszőleges pulzusszekvencia alkalmazása
CW-NMR:- Folytonos pásztázás elve- Lassú, érzéketlen- Gyenge, konst. amplitudójú RF-ás tér
Összefoglaló táblázatok
500 MHz 750 MHz
Belső átmérő(mm) 52 54
H Frekvencia(MHz) 500,13 750,13
Mágneses térerősség(T)
11,747 17,618
A rendszer teljes tömege(kg)
442 3400
Üzemi hőmérséklet(K) 4,2 ~2
Hélium Cryostat térfogata(L)
72 425
Hélium fogyasztás(mL/h)
<20 <180
Mágnes áram(A) 70 200
Mezőinhomogenitás protonra nézve(Hz)
<0,2 <0,2
0
200
400
600
800
1000
Térerősség (MHz)
1978 1989 1998 2001 2009
év
Mágnes
Év Fejlesztés
1970-es
évek
NbTi vezeték
1980 Nb3Sn vezeték
1980 PMP Nb3Sn huzalok
1980–as
évek
Axiális és radiális tervezésű, bélés lemezes tekercs
1979 Kriogenikus technológiák
1995 Szögletes huzalozási technikák
1995 Kriogén mentes mágnes
1990-es
évek
Kioldás szimuláló technológiák
2000- Nb3Al vezeték
2003- Önárnyékoló technológiák, kriofejek(cryoprobe)
A mérnöki alkalmazhatóság lehetőségei
1. Spin-rendszer kiválasztása, jelen esetben 1H-15N atomok
2. Beállítom a spin-spin csatolási állandó értékét.3. Hagyományos „Bruker szekvenciák”
alkalmazása4. Programparaméterek, kísérleti paraméterek
beállítása5. Legújabb pulzusszekvenciák megtervezése6. Szimuláció
A VNMR Spektrométer folyamatábrája
VNMR-Szimuláció - HSQC
HeteronuclearSingleQuantumCoherence
Összefoglalás
Bemutattam:
- Az NMR fizikai alapjait - A régi és új NMR technikákat - A mérnöki alkalmazás lehetőségeit - Technológiai fejlesztések rendszerezését Lehetőségek a további kutatásra, továbbfejlesztésre:- A mágneses magrezonancia jelenség naprakész ismerete- Ezen ismeretek továbbadása (már középiskolákban) !- NMR- szimulációk alkalmazása- Virtuális kutatások, a Virtuális NMR megvalósítása és alkalmazása farmakológia- Kiemelkedően fontos a következő generációs huzalok, valamint a szupravezető(SC) mágnesek további fejlesztése.
A bíráló által feltett kérdések megválaszolása
1. Mi a jelentősége a különböző rádiófrekvenciás gerjesztéseknek és miért kell ezeket alaposan megtervezni?Válasz:
A pulzusszekvenciák az NMR kísérlet építőelemei. Egy kísérlet a szekvencia sokszori ismétléséből épül fel.A besugárzás hossza meghatározza, hogy mennyire változzon meg a magspin irányultsága. Ez az idő meghatározó a T1 és T2 mérésénél, mely mennyiségek az MRI képalkotásnak alapjai. Jelalak szempontjából végezhetünk szelektív gerjesztéseket(ha csak specifikusanvalamelyik magot gerjesszük), de lehetséges különböző magok egyszerre való gerjesztése is. A szekvenciák alapos megtervezésének hiányában előfordulhat,hogy nem a kívánt információt kapom. Hadamard-elv: új szekvenciák tesztelését segíti. Fontos tényező a gyorsaság.
2. Miben segíti a fejlesztést a virtuális NMR programok használata?Válasz:
Az NMR szimulációk megmutatják, hogy a spin hogyan viselkedik. Ki lehet kerülni a hardversérülékenység-problémáit. A gyógyszeriparban pl. nagy segítség lehet ezen programok használataúj gyógyszerek felfedezésében, a mérések előtt szimulációkat végezhetünk.