Co to jest jądrowy rezonans magnetyczny?
Wszystkie jądra magnetyczne mają właściwość zwaną jądrowym rezonansem magnetycznym (NMR), gdy znajdują się w polu magnetycznym i gdy spełnione są pewne inne warunki. Zgodnie z tymi zasadami opracowano szereg różnych rodzajów technologii. Obejmują one różne rodzaje obrazowania medycznego i spektroskopii.
Jądrowy rezonans magnetyczny opiera się na fakcie, że kiedy oscylujący impuls elektromagnetyczny jest przykładany do jąder w polu magnetycznym, pojedyncze jądra absorbują energię, a następnie uwalniają ją w określonych wzorach. Wzór pochłaniania i uwalniania energii zależy od siły pola magnetycznego, a także od niektórych innych zmiennych. Badając te wzory, fizycy są w stanie zbadać kwantowo-mechaniczne właściwości jąder atomowych. Chemicy mogą wykorzystywać technologię NMR do badania składu chemicznego i strukturalnego próbek, aw medycynie technologia jądrowego rezonansu magnetycznego stanowi podstawę często stosowanego rodzaju sprzętu do obrazowania medycznego.
Cała technologia NMR opiera się również na właściwości zwanej spinem . Przy określaniu, czy dane jądro atomowe ma spin, zlicza się liczbę nukleonów w atomie. Nukleon to zbiorowa nazwa nadana protonom i neutronom. Jeśli liczba protonów i neutronów w jądrze jest liczbą nieparzystą, ilość spinu jądra jest większa niż zero. Mówi się zatem, że jądro to ma właściwość spinu. Każde jądro posiadające spin można badać za pomocą technologii NMR.
W spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego stosuje się maszynę zwaną spektrometrem jądrowego rezonansu magnetycznego w celu uzyskania informacji o rodzaju, liczbie i rozmieszczeniu jąder w obrębie danej próbki. Na przykład analiza widma NMR przez chemika może dostarczyć informacji o różnych rodzajach substancji chemicznych obecnych w próbce, a także o strukturze różnych obecnych cząsteczek. Spektroskopia NMR odegrała kluczową rolę w zrozumieniu struktury kwasów nukleinowych i białek, a także dostarcza wskazówek na temat działania tych cząsteczek.
Podstawa obrazowania jądrowego rezonansu magnetycznego polega na tym, że częstotliwość rezonansowa różnych cząsteczek jest proporcjonalna do siły pola magnetycznego, które jest do nich przyłożone. Gdy próbka jest umieszczana w oscylującym polu magnetycznym, częstotliwości rezonansowe jąder w próbce różnią się w zależności od tego, gdzie się znajdują w tym polu. Te odmiany mogą być następnie wykorzystane do stworzenia obrazu samej próbki.
W medycynie ta technika jest powszechnie znana jako rezonans magnetyczny lub MRI. Ten sprzęt do obrazowania medycznego wykorzystuje pola magnetyczne do wyrównania atomów wodoru obecnych w wodzie. Ponieważ ludzkie ciało zawiera dużą część wody, wyrównanie atomów wodoru w ten sposób daje wystarczającą ilość informacji, aby stworzyć obraz wewnętrznej struktury ciała. Posiadanie spinu jest ważną koncepcją w tej technologii. Jest tak, ponieważ atomy wodoru, które się obracają, reagują różnie na pola magnetyczne w zależności od innych rodzajów cząsteczek, z którymi są związane, a nawet rodzajów cząsteczek, do których są blisko.
Technologia NMR ma wiele innych teoretycznych i praktycznych zastosowań. Przemysł naftowy i gazowy wykorzystuje technologię NMR, aby pomóc w badaniu skał ziemskich w celu zlokalizowania złóż tych paliw. Jednym z najbardziej znaczących zastosowań technologii NMR w badaniu próbek jest to, że odbywa się to bez niszczenia próbki. Oznacza to, że testy NMR można przeprowadzać na próbkach delikatnych lub niebezpiecznych o znacznie zmniejszonym ryzyku.