Hvad er nuklear magnetisk resonans?

Alle magnetiske kerner har en egenskab kaldet nuklear magnetisk resonans eller NMR, når de er inden for et magnetisk felt, og når visse andre betingelser er opfyldt. Der er udviklet en række forskellige typer teknologi i henhold til disse principper. Disse inkluderer forskellige typer medicinsk billeddannelse og spektroskopi.

Nuklear magnetisk resonans hænger sammen med det faktum, at når en oscillerende elektromagnetisk puls påføres på kerner inden for et magnetisk felt, absorberer individuelle kerner energi og derefter frigiver den energi i specifikke mønstre. Mønsteret med energiabsorption og frigivelse afhænger af styrken af ​​magnetfeltet såvel som visse andre variabler. Ved at undersøge disse mønstre er fysikere i stand til at undersøge kvantemekaniske egenskaber ved atomkerner. Kemikere kan bruge NMR-teknologi til at udforske den kemiske og strukturelle sammensætning af prøver, og inden for medicin er nuklear magnetisk resonansteknologi grundlaget for en ofte anvendt type medicinsk billeddannelsesudstyrment.

All NMR -teknologi er også afhængig af en egenskab kaldet spin . Når man bestemmer, om en given atomkerner har spin, tælles antallet af nukleoner i atomet. Nukleonen er det kollektive navn, der gives til protoner og neutroner. Hvis antallet af protoner og neutroner i en kerne er et underligt tal, er mængden af ​​spin, som kernerne har, større end nul. Denne kerne siges derfor at besidde spinens ejendom. Enhver kerne, der besidder spin, kan undersøges ved hjælp af NMR -teknologi.

I nukleær magnetisk resonansspektroskopi bruges en maskine kaldet et nukleær magnetisk resonansspektrometer til at få information om typen, antallet og arrangementet af kerner inden for en given prøve. Analyse af et NMR -spektrum af en kemiker, for eksempel, kan give information om de forskellige typer kemikalier, der er til stede i en prøve, samt strukturen af ​​den forskellige MolecuLes til stede. NMR -spektroskopi har for eksempel været medvirkende til at forstå, hvordan nukleinsyrer og proteiner er struktureret og giver også ledetråde til, hvordan disse molekyler fungerer.

Grundlaget for nukleær magnetisk resonansafbildning er afhængig af, at resonansfrekvensen for forskellige molekyler er proportional med styrken af ​​det magnetiske felt, der påføres dem. Når en prøve placeres i et oscillerende magnetfelt, varierer resonansfrekvenserne af kernerne inden for prøven afhængigt af hvor de er placeret inden for dette felt. Disse variationer kan derefter bruges til at opbygge et billede af selve prøven.

I medicin er denne teknik almindeligt kendt som magnetisk resonansafbildning eller MR. Dette medicinske billeddannelsesudstyr bruger magnetiske felter til at justere hydrogenatomer, der er til stede i vand. Da den menneskelige krop indeholder en stor del af vand, producerer justering af brintatomer på denne måde nok information til at opbygge et billede afkroppens indre struktur. Besiddelse af spin er et vigtigt koncept i denne teknologi. Dette skyldes, at hydrogenatomer, der har spin, reagerer forskelligt på magnetiske felter afhængigt af hvilke andre typer molekyler de er bundet til, og endda de typer molekyler, de er placeret tæt på.

NMR -teknologi har mange andre teoretiske og praktiske anvendelser. Petroleum og naturgasindustrier bruger NMR -teknologi til at hjælpe med at udforske jordens klippe til at lokalisere aflejringer af disse brændstoffer. En af de mest betydningsfulde anvendelser af NMR -teknologi til undersøgelse af prøver er, at det gøres uden at ødelægge prøven. Dette betyder, at NMR -test kan udføres på prøver, der er delikate eller farlige med meget reduceret risiko.