Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Феноменът на магнитния резонанс се използва за откриване и измерване на електрическите и магнитните взаимодействия на електрони и ядра в макроскопични количества на материята. Това явление се дължи на парамагнитната ориентация на електроните и ядрените течения външно

<== предишна статия | следващата статия ==>

Като пример за практическо прилагане на ЯМР за целите на измерването, помислете за проектирането на високочувствителен сензор за измерване на магнитната индукция на слабо магнитно поле.

Устройството съдържа индуктивна бобина, която като ядро ​​съдържа ампула с газообразно вещество. Магнитните моменти на ядрата на веществото, въведено в магнитно поле, са ориентирани в посока на нейната прецизна магнитна индукция с честота:

, (5.7)

След известно време, ако векторите на намагнитване и външното поле съвпадат, веществото придобива стационарна намагнитване.

При този метод пробата се подлага на радиочестотно излъчване с постоянна честота, докато силата на магнитното поле се променя, така че се нарича метод на постоянното поле.

Фиг. 5.8 Схематично представяне на инсталацията за експеримент с магнитен резонанс. Резонанс се постига в радиочестотния диапазон. Намотката (а) и резонаторът (б) са свързани към променливите източници на поле и измервателните уреди за загуба на мощност.

Пробата се поставя вътре в RF намотка или микровълнов резонатор, разположен между полюсите на магнита. Изключително висока точност на настройката и нейната чувствителност при определяне на абсорбираната мощност е основното предимство на метода на магнитния резонанс. В стандартния експериментален метод, честотата на осцилация ω на напречното поле се поддържа постоянна и резонансът се постига чрез промяна на силата на полето B 0 , което води до бавна промяна в честотата на прецесията γ B 0 . В този случай на екрана на осцилоскопа може да се наблюдава компонента М , осцилираща или в противофаза с контролиращото напречно поле B 1 cos ω t (т.е. абсорбираната мощност) или във фаза с нея (фиг. 5.9).

Фиг. 5.9 Сигналите на протонния магнитен резонанс в течен водород отразяват зависимостта от величината на индукцията на магнитното поле за мощността на излъчване, абсорбирана от средата (а) и магнитния момент М на частицата (б).

Прилагането на ЯМР се основава на принципа на работа на устройства за стабилизиране и най-точни измервания на параметрите на магнитното поле, както и за анализ на смеси според техния изотопен състав. Например, силен ЯМР сигнал се наблюдава в присъствието на изотопни ядра от въглерод-13, което предопределя използването на ЯМР и неговите разновидности - ядрен квадруполен резонанс (НКР) в изследването на въглеводороди, особено естествени (масло).

В NMR техники има много възможности за определяне на химичната структура на веществата, конформацията на молекулите, ефектите на взаимното влияние, вътрешномолекулните трансформации. Ядрата с нецелочислен спин могат да взаимодействат с външно магнитно поле, което води до преход към други енергийни нива. Енергията на тези нива е строго квантована и зависи от природата на ядрото, неговата електронна среда и различни вътрешномолекулни и вътрешно-молекулярни взаимодействия. Ефектът на електронната обвивка върху ЯМР се проявява по-специално, както следва. Външното магнитно поле, в което е поставена пробата, действа върху електроните на атомите или молекулите на пробата. В случай на диамагнитна проба в електронните обвивки на неговите атоми, външното поле индуцира такива токове, които създават вторично магнитно поле, насочено в посока, противоположна на външното поле. Това вторично поле също действа върху ядрото на атома. Добавяйки към външното поле, той намалява ефекта на последното върху ядрото.

Когато магнитната индукционна област (В) е равна на 1 Т1, резонансната абсорбция се случва с честота Hz. Абсорбционният спектър е по-широк, толкова по-голям е вискозитетът и по-ниската молекулна мобилност. NMR линиите са значително по-тесни, отколкото с EPR. Спектърът се измества поради взаимодействието на ядрения магнитен момент с електрона. Следователно, NMR характеризира структурата и структурата на материята. Практическото прилагане на ефекта се основава на рязко увеличаване на абсорбцията на енергията на електромагнитна вълна в системи от атомни ядра под външно магнитно поле. Работната честота е в рамките на 200 MHz. Абсорбционният спектър е по-широк, толкова по-голям е вискозитетът и по-ниската молекулна мобилност. Линиите на спектъра са много по-тесни, отколкото в електромагнитния резонанс, затова се използва за изследване на молекулярни структури и изотопен анализ.

Явлението ядрено-магнитен резонанс се използва във физиката, химията, медицината (човешкото тяло е комбинация от едни и същи органични и неорганични молекули). За да се наблюдава това явление, обектът се поставя в постоянно магнитно поле и се излага на радиочестотни и градиентни магнитни полета. Променлива електродвижеща сила (ЕМП) възниква в индуктивната бобина около обекта на изследване, чийто амплитудно-честотен спектър и неговите преходни характеристики носят информация за пространствената плътност на резониращите атомни ядра, както и други параметри, характерни само за ядрено-магнитен резонанс. След обработка на компютър, тази информация се прехвърля в ЯМР - изображение, което характеризира плътността на химически еквивалентни ядра, време на релаксация на ядрено-магнитен резонанс, разпределение на дебитите на флуида, дифузия на молекули и биохимични метаболитни процеси в живите тъкани.

Същността на магнитно-резонансната томография (или ЯМР-интроскопия) се състои по същество в осъществяването на специален вид количествен анализ на амплитудата на ядрено-магнитен резонансен сигнал.

Принципът на работа на магнитно-резонансен томограф е следният. Едно силно постоянно магнитно поле, създадено от цилиндричен магнит, изгражда произволно ориентирани завъртания на ядрата на водородните атоми в тялото на пациента по една и съща посока, точно както железните стружки се подреждат по невидими полеви линии близо до магнита. Когато специално възбуден - сондиращ - радиочестотен импулс, магнитното поле на импулс, макар и слабо, все още леко отклонява облицованите гърбове от дадена посока, преминава през камерата на томографа. Те започват да колебаят, прецес, около посоката на силното поле на постоянния магнит. В същото време атомните ядра резонират, т.е. излъчват слаб радиосигнал, който може да бъде открит от чувствителни детектори. Когато импулсът на сондата RF е изключен, завъртанията се връщат в подредено състояние и сигналът, генериран от ядрата, избледнява. Към момента на това затихване и други характеристики на сигнала, обработен от компютър, може да се прецени химичният състав и биологичните свойства на тъканите. За всяка точка от изображението на екрана се събират и усредняват данни от резониращи водородни ядра (протони) в изследваните вътрешни органи и всяка стойност на цвета се присвоява със собствен цвят. В резултат се оказват, че областите с различни протонни плътности и съответно хетерогенни по състав тъкани са маркирани с различни цветове.

За разлика от рентгеновото изследване, NMR методът е напълно безвреден и гарантира много по-добър контраст между различните видове тъкани, което го прави лесен за разграничаване на здрави и болни области. NMR томографията се използва успешно при диагностиката на патологиите на централната нервна система и мускулно-скелетната система, както и за разпознаване на тумори на фона на здрави тъкани.

В конвенционалната NMR спектроскопия се опитва да реализира, ако е възможно, най-добрата резолюция на спектралните линии. За тази цел магнитните системи се регулират по такъв начин, че в пробата да се създаде възможно най-добра равномерност на полето. В методите на ЯМР интроскопия, напротив, магнитното поле се създава от съзнателно нехомогенно. Тогава има основание да се очаква, че честотата на ядрения магнитен резонанс във всяка точка на извадката има своя собствена стойност, която се различава от стойностите в други части. Чрез задаване на код за градациите на амплитудата на NMR сигналите (яркост или цвят на мониторния екран) е възможно да се получи конвенционално изображение (томограма) на срезовете на вътрешната структура на обекта.

Традиционният метод на ЯМР - спектроскопия има много недостатъци . Първо, отнема много време за изграждане на всеки спектър. Второ, той е много труден за отсъствието на външни смущения и, като правило, получените спектри имат значителен шум. Трето, той не е подходящ за създаване на високочестотни спектрометри (300, 400, 500 и повече MHz). Следователно, в съвременните ЯМР устройства се използва методът на т. Нар. Пулсова спектроскопия на базата на преобразуването на Фурие на получения сигнал. В момента всички ЯМР спектрометри са изградени на базата на мощни свръхпроводящи магнити с постоянно магнитно поле.

Фиг. 5.10 ЯМР спектри.

За изследване с NMR се използва спектрален анализ, базиран на следните свойства на този метод:

Сигналите на атомните ядра, принадлежащи към определени функционални групи, се намират в строго определени части на спектъра;

· Интегралната област, ограничена от пика, е строго пропорционална на броя на резониращите атоми;

• Ядрата, лежащи през 1-4 връзки, могат да произвеждат мултиплетни сигнали в резултат на така нареченото разделяне един на друг.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Особености на физиката на нелинейните процеси в сложни динамични системи

Физически основи на приложението на явлението свръхпроводимост в измервателните уреди

Оже-спектроскопия

SQUID върху променлив ток

Пространствени характеристики

Прилагане на използването на MEMS в телекомуникациите

Квантовия ефект на Хол и неговата употреба при изграждането на стандарта на съпротива

Кондуктометрични сензори

Физична електроника и нанофизика, нанотехнологии и наноматериали, общи коментари

Квантов компютър

Примери за приложения на CCM-77

Конструктивни характеристики и основни характеристики на микроелектромеханичните устройства 3 3.1 MEMS технология

Механорецептори

Обработка на информация в превключвателни ядра и проводящи пътеки на сензорната система. Странично спиране.

Връщане към съдържанието: Физически явления

Видян: 4253

11.45.9.55 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .