Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни 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 Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния Управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати 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 VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Явлението магнитен резонанс се използва за откриване и измерване на електрически и магнитни взаимодействия на електрони и ядра в макроскопични количества материя. Това явление се дължи на парамагнитната ориентация на електронните и ядрените токове навън.

<== предишна статия | следваща статия ==>

Като пример за практическото прилагане на ЯМР за целите на измерването, ние считаме дизайна на високо чувствителен сензор за измерване на магнитната индукция на слабо магнитно поле.

Устройството съдържа индуктор, който като сърцевина съдържа ампула с газообразно вещество. Магнитните моменти на ядрата на вещество, въведено в магнитно поле, са ориентирани в посока на магнитната му индукция чрез предварително обработване с честота:

, (5.7)

След известно време, със съвпадението на векторите за намагнетизация и външното поле, веществото придобива стационарно намагнитване.

При този метод пробата е изложена на радиочестотно облъчване с постоянна честота, докато силата на магнитното поле се променя, следователно се нарича още метод на постоянно поле.

Фиг. 5.8 Схематично представяне на настройка за експеримент с магнитен резонанс. Резонансът се постига в радиочестотния обхват. Намотка (a) и резонатор (b) са свързани към променливи източници на полета и измерватели на загуба на мощност.

Тестовата проба се поставя вътре в радиочестотна намотка или микровълнов резонатор, разположен между полюсите на магнита. Изключително високата точност на настройката и нейната чувствителност при определяне на погълнатата мощност е основното предимство на метода на магнитен резонанс. В стандартна експериментална техника честотата на трептенията ω на напречното поле се поддържа постоянна и резонансът се постига чрез промяна на силата на полето B 0 , което води до бавна промяна на честотата на прецесия γ B 0 . В този случай на екрана на осцилоскопа може да се наблюдава компонентът M, осцилиращ или в антифаза с контролиращо напречно поле B 1 cos ω t (т.е. погълната мощност), или във фаза с него (фиг. 5.9).

Фиг. 5.9 Сигнали за магнитния резонанс на протона в течен водород, отразяващ зависимостта от величината на индукцията на магнитното поле за радиационната мощност, погълната от средата (а), и магнитния момент М на частицата (б).

Приложението на ЯМР се основава на принципа на работа на устройства за стабилизиране и точни измервания на параметрите на магнитното поле, както и за анализ на смеси по техния изотопен състав. Например, силен NMR сигнал се наблюдава при наличието на въглерод-13 изотопни ядра, което предопредели използването на ЯМР и неговия вариант - ядрен квадрупол резонанс (NQR) при изследване на въглеводороди, особено природни (нефт).

В ЯМР методите има много възможности за определяне на химическата структура на веществата, конформациите на молекулите, ефектите на взаимното влияние и вътремолекулните трансформации. Ядрата с нецелообен спин могат да взаимодействат с външно магнитно поле, което води до други енергийни нива. Енергията на тези нива е строго квантована и зависи от естеството на ядрото, неговата електронна среда и различни вътре- и междумолекулни взаимодействия. Ефектът на електронната обвивка върху ЯМР се проявява, по-специално, както следва. Външното магнитно поле, в което е поставена тестовата проба, действа върху електроните на атомите или молекулите на пробата. В случай на диамагнитна проба, в електронните обвивки на своите атоми чрез външно поле се индуцират такива токове, които създават вторично магнитно поле, насочено в посока, обратна на външното поле. Това вторично поле също действа върху ядрото на атом. Добавяйки към външно поле, той намалява ефекта на последното върху ядрото.

Когато магнитната индукция на поле (В) е 1 T, резонансното поглъщане се случва с честота Hz. Колкото по-широк е абсорбционният спектър, толкова по-голям е вискозитетът и по-малко молекулна подвижност. NMR линиите са много по-тесни, отколкото при EPR. Спектърът се измества поради взаимодействието на ядрено-магнитен момент с електронен. Следователно, ЯМР характеризира структурата и структурата на веществото. Практическото изпълнение на ефекта се основава на рязко увеличаване на абсорбцията на електромагнитната вълнова енергия в атомните ядрени системи с външно магнитно поле. Работната честота е в рамките на 200 MHz. Колкото по-широк е абсорбционният спектър, толкова по-голям е вискозитетът и по-малко молекулна подвижност. Спектралните линии са много по-тесни, отколкото в електромагнитния резонанс, така че се използва за изследване на структурите на молекулите и анализ на изотопи.

Явлението ядрено-магнитен резонанс се използва във физиката, химията и медицината (човешкото тяло е комбинация от всички същите 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 електромоторна сила (ЕМП) възниква в индуктивността намотка, обграждаща изследвания обект, чийто амплитудно-честотен спектър и времепреходни характеристики носят информация за пространствената плътност на резонансните атомни ядра, както и за други параметри, специфични само за ядрено-магнитен резонанс. След обработка на компютър тази информация преминава в ЯМР - изображение, характеризиращо плътността на химически еквивалентни ядра, времена на релаксация на ядрено-магнитен резонанс, разпределение на скоростта на потока на течността, дифузия на молекулите и биохимични метаболитни процеси в живите тъкани.

Същността на магнитния резонанс (или ЯМР - интроскопия) се състои по същество в осъществяването на специален вид количествен анализ на амплитудата на ядрено-магнитен резонанс.

Принципът на работа на магнитен резонанс е следният. Силно постоянно магнитно поле, създадено от цилиндричен магнит, подравнява произволно ориентирани завъртания на ядрата на водородните атоми в тялото на пациента по една посока, подобно на това как железните стружки се подреждат по невидимите полеви линии близо до магнит. Когато през тръбата на камерата на томографа преминава специално възбуден - сондиран - радиочестотен импулс, магнитното поле на импулса, макар и слабо, все още леко отклонява изравнените задни части за известно време от дадената посока. Те започват да се колебаят, прецеждат, около посоката на силното поле на постоянния магнит. В този случай атомните ядра резонират, тоест те също излъчват слаб радиосигнал, който може да бъде открит от чувствителни детектори. Когато сондажният RF импулс е изключен, завъртанията се връщат в подредено състояние и сигналът, генериран от ядрата, се разпада. По времето на това затихване и други характеристики на сигнала, обработен от компютъра, човек може да прецени химичния състав и биологичните свойства на тъканите. За всяка точка на изображението на екрана се събират и осредняват данни от резониращи водородни ядра (протони) в изследвания вътрешен орган и на всеки цвят се присвоява собствен цвят. В резултат на това региони с различна плътност на протона и съответно хетерогенни в състава на тъканите са маркирани с различни цветове.

За разлика от рентгеновото изследване, NMR методът е абсолютно безвреден и гарантира много по-добър контраст между различни видове тъкани, което улеснява разграничаването на здрави и болни области. ЯМР образната картина се използва особено успешно при диагностицирането на патологии на централната нервна система и опорно-двигателния апарат, както и за разпознаване на тумори на фона на здрави тъкани.

В обикновената ЯМР спектроскопия се стремят да реализират, доколкото е възможно, най-доброто разрешаване на спектралните линии. За да направите това, магнитните системи се настройват така, че да се създаде възможно най-добрата равномерност на полето в пробата. При ЯМР - методите на интроскопията, напротив, магнитното поле се създава очевидно хетерогенно. Тогава има основание да се очаква, че честотата на ядрено-магнитен резонанс във всяка точка на пробата има своя собствена стойност, различна от стойностите в други части. Чрез задаване на някакъв код за градации на амплитудата на NMR сигналите (яркост или цвят на екрана на монитора), можете да получите условно изображение (томограма) на резени от вътрешната структура на обекта.

Традиционният метод на ЯМР спектроскопията има много недостатъци . Първо, отнема много време, за да се изгради всеки спектър. Второ, тя е много взискателна към липсата на външен шум и като правило получените спектри имат значителен шум. Трето, той е неподходящ за създаване на високочестотни спектрометри (300, 400, 500 и повече MHz). Следователно съвременните ЯМР инструменти използват така наречения метод на импулсна спектроскопия, базиран на преобразувания 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 провеждане на NMR изследвания се използва спектрален анализ, базиран на следните свойства на този метод:

· Сигналите на ядрата на атомите, принадлежащи към определени функционални групи, лежат в строго определени части на спектъра;

· Ограничената от пика интегрална площ е строго пропорционална на броя на резонансните атоми;

· Ядрата, лежащи през 1-4 връзки, са способни да предават мултиплетни сигнали в резултат на така нареченото разделяне една на друга.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Пространствени характеристики

Временната характеристика на възприемането на настоящите стимули

Квантово-механична теория за свръхпроводимост

Неутронна дифракция

литература

SQUID AC

Странично инхибиране

Ефект на Мосбауер

Проприоцептивна чувствителност, усещане, възприятие

Gunn ефект

Сканиращ електронен микроскоп

Използването на изкуствени невронни мрежи за получаване, предаване и обработка на информация за измерванията

Трансформация на стимулиращата енергия в рецепторите. Рецептор потенциал. Абсолютният праг. Продължителността на усещането. Адаптация на рецепторите.

Връщане към съдържанието: Физически явления

Преглеждания: 4853

11.45.9.161 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .