Co je nukleární magnetická rezonance?

Všechna magnetická jádra mají vlastnost nazývanou nukleární magnetická rezonance neboli NMR, pokud jsou v magnetickém poli a jsou-li splněny určité další podmínky. Podle těchto principů byla vyvinuta řada různých typů technologií. Patří sem různé typy lékařských zobrazovacích a spektroskopických metod.

Jaderná magnetická rezonance závisí na skutečnosti, že když se na jádra v magnetickém poli aplikuje oscilační elektromagnetický puls, jednotlivá jádra absorbují energii a poté uvolňují tuto energii ve specifických vzorcích. Vzorek absorpce a uvolňování energie závisí na síle magnetického pole a na určitých dalších proměnných. Zkoumáním těchto vzorců jsou fyzici schopni zkoumat kvantové mechanické vlastnosti atomových jader. Chemici mohou použít NMR technologii k prozkoumání chemického a strukturního složení vzorků av medicíně je jaderná magnetická rezonance základem často používaného typu lékařského zobrazovacího zařízení.

Všechny NMR technologie také spoléhají na vlastnost zvanou spin . Při určování, zda dané atomové jádro má spin, se spočítá počet nukleonů v atomu. Nukleon je kolektivní jméno dané protonům a neutronům. Je-li počet protonů a neutronů v jádru liché číslo, množství spinů, které má jádro, je větší než nula. O tomto jádru se tedy říká, že má vlastnost spinu. Jakékoli jádro, které má spin, lze zkoumat pomocí NMR technologie.

V nukleární magnetické rezonanční spektroskopii se používá stroj zvaný nukleární magnetický rezonanční spektrometr k získání informací o typu, počtu a uspořádání jader v daném vzorku. Například analýza NMR spektra chemikem může poskytnout informace o různých typech chemikálií přítomných ve vzorku, stejně jako o struktuře různých přítomných molekul. NMR spektroskopie například pomohla pochopit, jak jsou nukleové kyseliny a proteiny strukturovány, a také poskytuje vodítka, jak tyto molekuly fungují.

Základ zobrazování nukleární magnetickou rezonancí závisí na skutečnosti, že rezonanční frekvence různých molekul je úměrná síle magnetického pole, které je na ně aplikováno. Když je vzorek umístěn do oscilačního magnetického pole, rezonanční frekvence jader ve vzorku se mění v závislosti na tom, kde jsou umístěny v tomto poli. Tyto variace pak mohou být použity k vytvoření obrazu samotného vzorku.

V medicíně je tato technika běžně známá jako zobrazování magnetickou rezonancí nebo MRI. Toto lékařské zobrazovací zařízení používá magnetická pole k zarovnání atomů vodíku, které jsou přítomny ve vodě. Protože lidské tělo obsahuje velkou část vody, uspořádání atomů vodíku tímto způsobem vytváří dostatek informací pro vytvoření obrazu vnitřní struktury těla. Držení rotace je v této technologii důležitým konceptem. Důvodem je to, že atomy vodíku, které se točí, reagují odlišně na magnetická pole v závislosti na tom, na jaké další typy molekul jsou navázány, a dokonce na typech molekul, na které jsou umístěny blízko.

Technologie NMR má mnoho dalších teoretických a praktických aplikací. Ropný a plynárenský průmysl používá technologii NMR k pomoci při průzkumu zemské horniny k nalezení ložisek těchto paliv. Jedním z nejvýznamnějších použití technologie NMR při zkoumání vzorků je to, že se provádí bez zničení vzorku. To znamená, že NMR testy mohou být prováděny na vzorcích, které jsou jemné nebo nebezpečné s výrazně sníženým rizikem.