Transcript Az NMR fizikai alapjai

Diplomavédés
Az NMR fizikai alapjai
Újdonságok az NMR-készülékek világában
Készítette:Gróf Georgina Zsófia
Konzulens:Prof. Csurgay Árpád
PPKE-ITK, 2011. január 24.
Célkitűzések
• Az NMR-spektroszkópia fizikai alapjainak áttekintése
• A spektrális jellemzők bemutatása egy spektrum
demonstrálása által
• Az NMR készülékek rendszerezése
• A nem hagyományos NMR-technikák „state of the art”
bemutatása
• Egy választott NMR program bemutatása
• A mérnöki alkalmazhatóság lehetőségeinek felvázolása
• Jövőbeli kitekintés
A mágneses magrezonancia jelenség
Zeemann- felhasadás
E
DE
Rezonanciafeltétel
ΔE=h·υ=2μ·B0
B0
Relaxációs mechanizmusok
T1 - spin - rács
z
z
Mz
Matematikai leírás: Bloch- egyenletek
y
x
d y t 
T2 - spin - spin
y
dt
z
  t   t  y 
 y t 
2
 t    0
d z t 
  t   t z  z
dt
1
x
y
x
d x t 
 t 
  t   t x  x
dt
2
Az NMR spektrum - FT-CW
Információk:
- kémiai eltolódás:
f s  f0
106
f0
- integrált intenzitás
- spin-spin kölcsönhatás
Simulation in Matlab
FT-NMR:
- Rövid idejű RF-ás „lövetek”
- Gyors, napjainkban
már csak ezt használják!
-Tetszőleges pulzusszekvencia
alkalmazása
CW-NMR:
- Folytonos pásztázás elve
- Lassú, érzéketlen
- Gyenge, konst.
amplitudójú RF-ás tér
FID - Free Induction Decay Intenzitás-Idő  Intenzitás-Frekvencia
FT
- Megfelelő szorzófügvénnyel simítható
- Adatpontok száma zérustöltéssel S/N arány javítható!
Összefoglaló táblázatok
500 MHz
750 MHz
Belső átmérő(mm)
52
54
H Frekvencia(MHz)
500,13
750,13
Mágneses
térerősség(T)
11,747
17,618
Év
Fejlesztés
442
3400
1970es
évek
Üzemi hőmérséklet(K)
4,2
~2
1980
Nb3Sn vezeték
Hélium
térfogata(L)
72
425
1980
PMP Nb3Sn huzalok
Axiális és radiális tervezésű, bélés
lemezes tekercs
A
rendszer
tömege(kg)
teljes
Cryostat
NbTi vezeték
Hélium
fogyasztás(mL/h)
<20
<180
1980–
as
évek
Mágnes áram(A)
70
200
1979
Kriogenikus technológiák
Mezőinhomogenitás
protonra nézve(Hz)
<0,2
<0,2
1995
Szögletes huzalozási technikák
1995
Kriogén mentes mágnes
1990es
évek
Kioldás szimuláló technológiák
2000-
Nb3Al vezeték
2003-
Önárnyékoló
technológiák,
kriofejek(cryoprobe)
1000
800
Térerősség
(MHz)
600
400
Mágnes
200
0
1978
1989
1998
év
2001
2009
A mérnöki alkalmazhatóság lehetőségei
1. Spin-rendszer kiválasztása, jelen esetben 1H15N atomok
2. Beállítom a spin-spin csatolási állandó értékét.
3. Hagyományos „Bruker szekvenciák”
alkalmazása
4. Programparaméterek, kísérleti paraméterek
beállítása
5. Legújabb pulzusszekvenciák megtervezése
6. Szimuláció
A VNMR Spektrométer folyamatábrája
VNMR-Szimuláció - HSQC
Heteronuclear
Single
Quantum
Coherence
Összefoglalás
Bemutattam:
- Az NMR fizikai alapjait
- A régi és új NMR technikákat
- A mérnöki alkalmazás lehetőségeit
- Technológiai fejlesztések rendszerezését
Lehetőségek a további kutatásra, továbbfejlesztésre:
- A mágneses magrezonancia jelenség naprakész ismerete
- Ezen ismeretek továbbadása (már középiskolákban) !
- NMR- szimulációk alkalmazása
- Virtuális kutatások, a Virtuális NMR megvalósítása és alkalmazása
 farmakológia
- Kiemelkedően fontos a következő generációs huzalok, valamint a
szupravezető(SC) mágnesek további fejlesztése.
A bíráló által feltett kérdések megválaszolása
1. Mi a jelentősége a különböző rádiófrekvenciás gerjesztéseknek
és miért kell ezeket alaposan megtervezni?
Válasz:
A pulzusszekvenciák az NMR kísérlet építőelemei.
Egy kísérlet a szekvencia sokszori ismétléséből épül fel.
A besugárzás hossza meghatározza, hogy mennyire változzon meg a magspin irányultsága.
Ez az idő meghatározó a T1 és T2 mérésénél, mely mennyiségek az MRI képalkotásnak alapjai.
Jelalak szempontjából végezhetünk szelektív gerjesztéseket(ha csak specifikusan
valamelyik magot gerjesszük), de lehetséges különböző magok egyszerre való gerjesztése is.
A szekvenciák alapos megtervezésének hiányában előfordulhat,hogy nem a kívánt információt
kapom. Hadamard-elv: új szekvenciák tesztelését segíti. Fontos tényező a gyorsaság.
2. Miben segíti a fejlesztést a virtuális NMR programok használata?
Válasz:
Az NMR szimulációk megmutatják, hogy a spin hogyan viselkedik. Ki lehet kerülni a hardver
sérülékenység-problémáit. A gyógyszeriparban pl. nagy segítség lehet ezen programok használat
új gyógyszerek felfedezésében, a mérések előtt szimulációkat végezhetünk.