Hvad er kernemagnetisk resonans?
Alle magnetiske kerner har en egenskab kaldet nukleær magnetisk resonans eller NMR, når de er inden for et magnetfelt, og når visse andre betingelser er opfyldt. En række forskellige typer teknologi er udviklet i henhold til disse principper. Disse inkluderer forskellige typer medicinsk billeddannelse og spektroskopi.
Kernemagnetisk resonans hænger sammen med det faktum, at når en svingende elektromagnetisk puls påføres kerner inden for et magnetfelt, optager individuelle kerner energi og frigiver derefter energien i specifikke mønstre. Mønsteret for energiabsorption og frigivelse afhænger af styrken af magnetfeltet samt 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 undersøge den kemiske og strukturelle sammensætning af prøver, og inden for medicin er nukleær magnetisk resonanssteknologi grundlaget for en ofte anvendt type medicinsk billeddannelsesudstyr.
Al NMR-teknologi er også afhængig af en egenskab, der kaldes spin . Når man bestemmer, om en given atomkerner har spin, tælles antallet af nukleoner i atomet. Nukleon er det samlede navn, der gives til protoner og neutroner. Hvis antallet af protoner og neutroner i en kerne er et ulige antal, er mængden af spin, som kernerne har, større end nul. Det siges derfor, at kernen har egenskaben af spin. Enhver kerne, der har spin, kan undersøges ved hjælp af NMR-teknologi.
Ved nukleær magnetisk resonansspektroskopi bruges en maskine kaldet et nukleær magnetisk resonansspektrometer til at opnå information om typen, antallet og arrangementet af kerner inden for en given prøve. Analyse af et NMR-spektrum af en kemiker kan for eksempel give information om de forskellige typer kemikalier, der er til stede i en prøve, samt strukturen af de forskellige molekyler, der er 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 det faktum, at resonansfrekvensen for forskellige molekyler er proportional med styrken af det magnetiske felt, der påføres dem. Når en prøve er placeret i et oscillerende magnetfelt, varierer resonansfrekvenserne for kernerne inden i prøven afhængigt af hvor de befinder sig inden for det felt. Disse variationer kan derefter bruges til at opbygge et billede af selve prøven.
I medicin er denne teknik almindeligvis kendt som magnetisk resonansafbildning eller MR. Dette medicinske billedbehandlingsudstyr bruger magnetfelter til at justere de hydrogenatomer, der findes i vand. Da menneskekroppen indeholder en stor andel vand, producerer brint atomer på denne måde tilstrækkelig information til at opbygge et billede af kroppens indre struktur. Besiddelse af spin er et vigtigt koncept i denne teknologi. Dette skyldes, at brintatomer, som har spin, reagerer forskelligt på magnetiske felter afhængigt af hvilke andre typer molekyler de er bundet til, og endda hvilke typer molekyler de er placeret tæt på.
NMR-teknologi har mange andre teoretiske og praktiske anvendelser. Petroleum- og naturgasindustrierne bruger NMR-teknologi til at hjælpe med efterforskning af jordens sten for at lokalisere aflejringer af disse brændstoffer. En af de mest markante 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.