Hva er kjernemagnetisk resonans?

Alle magnetiske kjerner har en egenskap som kalles kjernemagnetisk resonans, eller NMR, når de er innenfor et magnetfelt, og når visse andre betingelser er oppfylt. En rekke forskjellige typer teknologi er utviklet i henhold til disse prinsippene. Disse inkluderer forskjellige typer medisinsk avbildning og spektroskopi.

Kjernemagnetisk resonans henger sammen med det faktum at når en svingende elektromagnetisk puls blir påført kjerner i et magnetfelt, absorberer individuelle kjerner energi og frigjør så energien i spesifikke mønstre. Mønsteret for energiabsorpsjon og frigjøring avhenger av styrken til magnetfeltet så vel som visse andre variabler. Ved å undersøke disse mønstrene er fysikere i stand til å undersøke kvantemekaniske egenskaper til atomkjerner. Kjemikere kan bruke NMR-teknologi for å utforske den kjemiske og strukturelle sammensetningen av prøver, og innen medisin er kjernemagnetisk resonanssteknologi grunnlaget for en ofte brukt type medisinsk avbildningsutstyr.

All NMR-teknologi er også avhengig av en eiendom som heter spin . Når du bestemmer om en gitt atomkjerne har spinn, telles antall nukleoner i atomet. Nukleon er det samlebetegnelsen som gis til protoner og nøytroner. Hvis antallet protoner og nøytroner i en kjerne er et oddetall, er mengden spinn kjernene har større enn null. Den kjernen sies derfor å ha eiendommen til spinn. Enhver kjerne som har spinn kan undersøkes ved bruk av NMR-teknologi.

Ved kjernemagnetisk resonansspektroskopi brukes en maskin som kalles et kjernemagnetisk resonansspektrometer for å få informasjon om type, antall og arrangement av kjerner i en gitt prøve. Analyse av et NMR-spektrum av en kjemiker, for eksempel, kan gi informasjon om de forskjellige typer kjemikalier som er til stede i en prøve, samt strukturen til de forskjellige molekylene som er til stede. NMR-spektroskopi har for eksempel vært med på å forstå hvordan nukleinsyrer og proteiner er strukturert og gir også ledetråder for hvordan disse molekylene fungerer.

Grunnlaget for kjernemagnetisk resonansavbildning er avhengig av at resonansfrekvensen til forskjellige molekyler er proporsjonal med styrken til magnetfeltet som blir påført dem. Når en prøve plasseres i et oscillerende magnetfelt, varierer resonansfrekvensene til kjernene i prøven avhengig av hvor de befinner seg innenfor det feltet. Disse variasjonene kan deretter brukes til å bygge opp et bilde av selve prøven.

I medisin er denne teknikken ofte kjent som magnetisk resonansavbildning, eller MR. Dette medisinske avbildningsutstyret bruker magnetiske felt for å samkjøre hydrogenatomene som er til stede i vann. Siden menneskekroppen inneholder en stor andel vann, produserer det hydrogeninformasjon på denne måten nok informasjon til å bygge opp et bilde av kroppens indre struktur. Besittelse av spinn er et viktig konsept i denne teknologien. Dette er fordi hydrogenatomer, som har spinn, reagerer ulikt på magnetiske felt avhengig av hvilke andre typer molekyler de er bundet til, og til og med hvilke molekyltyper de er plassert nær.

NMR-teknologi har mange andre teoretiske og praktiske anvendelser. Petroleums- og naturgassindustriene bruker NMR-teknologi for å hjelpe til med leting etter jordens berg for å lokalisere forekomster av disse drivstoffene. En av de mest betydningsfulle bruksområdene av NMR-teknologi for å undersøke prøver er at det gjøres uten å ødelegge prøven. Dette betyr at NMR-tester kan utføres på prøver som er delikate eller farlige med mye redusert risiko.