تاریخچه ی:
دستگاههای تشدید مغناطیسی هسته
تفاوت با نگارش: 1
| | + |
|
| | + |
| | + | | |
| | + | | |
| | + |
|
| | + | {img src=img/daneshnameh_up/a/a0/NMR2.jpg} |
| | + | |
| | + | |
| | + | | |
| | + | | |
| | + | |
| | + | |
| | + | نمونه ای از دستگاه NMR |
| | + | |
| | + | |
| | + | |
| | + | |
| | + | | |
| | !دید کلی | | !دید کلی |
| - | رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (~~green:MMR~~) یک روش ((طیف نمایی|طیف سنجی)) است که برای شیمیدانان آلی از اهمیتی والاتر نسبت به ((طیف سنجی مادون قرمز)) برخوردار است. بسیاری از هسته‌ها را می‌توان با فنون ~~green:MMR~~ مطالعه کرد، ولی هیدروژن و کربن بطور معمول مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله با دستگاههای مورد استفاده در این نوع طیف سنجی آشنا می شویم. |
+ | __~~green:رزونانس مغناطیسی هسته‌ای~~__ (~~green:MMR~~) ، یک روش طیف سنجی است که برای ((شیمی آلی|شیمیدانان آلی)) از اهمیتی والاتر نسبت به ((طیف سنجی مادون قرمز)) برخوردار است. بسیاری از هسته‌ها را می‌توان با فنون ~~green:MMR~~ مطالعه کرد، ولی ((هیدروژن)) و ((کربن)) بطور معمول مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله با دستگاههای مورد استفاده در این نوع طیف سنجی آشنا می‌شویم. |
| | !دستگاه موج پیوسته (~~green:CW~~) | | !دستگاه موج پیوسته (~~green:CW~~) |
| | !!ساختمان | | !!ساختمان |
| - | در یک طیف سنج ~~green:60MHz NMR~~ ، نمونه‌ای را در حلالی که فاقد پروتون باشد (معمولا CCl2) حل کرده و مقدار کمی ~~green:TMS~~ به عنوان شاهد داخلی به آن اضافه می‌نماییم. سلول نمونه ، یک لوله شیشه‌ای استوانه‌ای شکل که در فضای مابین دو قطب مغناطیس قرار می‌گیرد. نشانه اطمینان از این که تمام قسمتهای محلول ((میدان مغناطیسی)) نسبتا یکنواختی را احساس می‌کنند، چرخش نمونه حول محور خود است.
در فضای میانی مغناطیس ، یک ((سیم پیچ)) قرار دارد که به مولد فرکانس رادیو (~~green:60MHz RF~~) متصل است. این سیم پیچ انرژی مورد لزوم برای تغییر جهت اسپین پروتونها را فراهم می‌سازد. سیم پیچ آشکار کننده ، عمود بر سیم پیچ ~~green:RF~~ است. اگر جذب انرژی صورت نگیرد، سیم پیچ آشکار کننده هیچگونه انرژی خروجی از سیم پیچ ~~green:RF~~ را دریافت نخواهد کرد. هنگامی که نمونه ، انرژی جذب نمایند، جهت گیری مجدد اسپینها تولید یک سیگنال فرکانس - رادیو در صفحه سیم پیچ آشکار کننده کرده و دستگاه آن را به صورت یک سیگنال رزونانس یا قله نمایش می‌دهد. |
+ | در یک طیف سنج ~~green:60MHz NMR~~ ، نمونه‌ای را در حلالی که فاقد پروتون باشد (معمولا CCl2) حل کرده ، مقدار کمی ~~green:TMS~~ به عنوان شاهد داخلی به آن اضافه می‌نماییم. سلول نمونه ، یک لوله شیشه‌ای استوانه‌ای شکل است که در فضای مابین دو قطب مغناطیس قرار می‌گیرد. نشانه اطمینان از این که تمام قسمتهای محلول ، ((میدان مغناطیسی)) نسبتا یکنواختی را احساس می‌کنند، چرخش نمونه حول محور خود است.
در فضای میانی مغناطیس ، یک سیم پیچ قرار دارد که به مولد فرکانس رادیو (~~green:60MHz RF~~) متصل است. این سیم پیچ انرژی مورد لزوم برای تغییر جهت اسپین پروتونها را فراهم می‌سازد. سیم پیچ آشکار کننده ، عمود بر سیم پیچ ~~green:RF~~ است. اگر جذب انرژی صورت نگیرد، سیم پیچ آشکار کننده هیچگونه انرژی خروجی از سیم پیچ ~~green:RF~~ را دریافت نخواهد کرد. هنگامی که نمونه ، انرژی جذب نمایند، جهت گیری مجدد اسپینها ، تولید یک سیگنال فرکانس - رادیو در صفحه سیم پیچ آشکار کننده کرده ، دستگاه آن را به صورت یک سیگنال رزونانس یا قله نمایش می‌دهد. |
| | !!چگونگی ایجاد رزونانس | | !!چگونگی ایجاد رزونانس |
| - | در قدرت میدان ثایت ، انواع گوناگون ((پروتون|پروتونها)) در یک مولکول با سرعتهای متفاوتی ((حرکت تقدیمی)) می‌کنند. برای به رزونانس در آوردن پروتونهای گوناگون یک مولکول ، طیف سنج ~~green:NMR~~ بجای فرکانس ~~green:RF~~ ، سیگنال آن را ثابت نگهداشته و ((شدت میدان مغناطیسی|قدرت میدان مغاطیسی)) را تغییر می‌دهد. با افزایش قدرت میدان مغناطیسی ، فرکانس حرکت تقدیمی تمامی پروتونها فزونی می‌یابد. هنگامی که فرکانس حرکت تقدیمی یک نوع پروتون به ~~green:60 MHz~~ برسد، آن دارای رزونانس خواهد بود.
مغناطیس دستگاه در واقع یک وسیله دو قسمتی است. یک مغناطیس اصلی با قدرت ~~green:1.41 ~~~~green:تسلا~~ وجود دارد که بوسیله قطبین الکترومغناطیسی پوشانده شده است و با تغییر جریان از طریق قطبین می‌توان قدرت میدان اصلی را تا میزان ~~green:20 ppm~~ افزایش داد. با تغییر میدان بدین طریق می‌توان پروتونهای گوناگون نمونه را به رزونانس در آورد. |
+ | در قدرت میدان ثابت ، انواع گوناگون ((پروتون|پروتونها)) در یک ((مولکول)) ، با سرعتهای متفاوتی حرکت تقدیمی می‌کنند. برای به رزونانس در آوردن پروتونهای گوناگون یک مولکول ، طیف سنج ~~green:NMR~~ بجای فرکانس ~~green:RF~~ ، سیگنال آن را ثابت نگهداشته و ((شدت میدان مغناطیسی|قدرت میدان مغاطیسی)) را تغییر می‌دهد. با افزایش قدرت میدان مغناطیسی ، فرکانس حرکت تقدیمی تمامی پروتونها فزونی می‌یابد. هنگامی که فرکانس حرکت تقدیمی یک نوع پروتون به ~~green:60 MHz~~ برسد، آن دارای رزونانس خواهد بود.
مغناطیس دستگاه در واقع یک وسیله دو قسمتی است. یک مغناطیس اصلی با قدرت ~~green:1.41 ~~~~green:تسلا~~ وجود دارد که بوسیله قطبین الکترومغناطیسی پوشانده شده است و با تغییر جریان از طریق قطبین می‌توان قدرت میدان اصلی را تا میزان ~~green:20 ppm~~ افزایش داد. با تغییر میدان بدین طریق می‌توان پروتونهای گوناگون نمونه را به رزونانس در آورد. |
| | !!چگونگی ترسیم طیف | | !!چگونگی ترسیم طیف |
| - | در حالی که قلم بر روی کاغذ حرکت می کند، قدرت میدان نیز مرتبا افزایش می‌یابد. وقتی قلم از چپ به راست به حرکت در می‌آید، قدرت میدان افزایش می‌یابد. هر گاه پروتونی که محیط شیمیایی آن فرق می‌کند به رزونانس در آید، آن پروتون به صورت یک قله بر روی کاغذ ثبت می‌گردد. قله‌ای که در جابجایی مساوی صفر ظاهر می‌گردد، مربوط به آن ترکیب شاهد داخلی (~~green:TMS~~) است. چون پروتونهایی که شدیدا پوشیده شده‌اند، با سرعت کمتری نسبت به پرتونهای ناپشیده می‌چرخند، بنابراین ضروری است که میدان را افزایش داده تا آنها را در ~~green:60 MHz~~ به چرخش محوری واداشت.
پس پروتونهای شدیدا پوشیده (شدیدا محافظت شده از طرف الکترونها) در طرف راست کاغذ و پروتونهای کم پوشیده یا ناپوشیده در طرف چپ کاغذ ظاهر می‌شوند. ناحیه چپ کاغذ را گاهی میدان پایین (یا میدان ضعیف) و ناحیه راست آن را میدان بالا (یا میدان قوی) می‌نامند. تغییر میدان مغناطیسی در طیف سنج به مثابه تغییر فرکانس~~green:RF ~~ بوده و افزایش میدان مغناطیسی به میزان ~~green:1ppm~~ را در فرکانس ~~green:RF~~ برخواهد داشت.
بنابراین ، فقط مساله طرح دستگاه است که قدرت میدان به جای فرکانس ~~green:RF~~ تغییر کند. دستگاههایی که میدان مغناطیسی را به شیوه‌ای پیوسته تغییر می‌دهند، دستگاههای __موج پیوسته__ (__CW__) خوانده می‌شوند. یعنی از انتهای میدان پایین تا انتهای بالا را پیمایش می‌کنند. چون تغییر مکانهای قلل در این طیف از اختلاف فرکانسی با ~~green:TMS~~ محاسبه می‌گردند، لذا از این نوع طیف ، ((طیف الکترومغناطیسی|طیف قلمرو فرکانس)) گفته می‌شود. |
+ | در حالی‌که قلم بر روی کاغذ حرکت می کند، قدرت میدان نیز مرتبا افزایش می‌یابد. وقتی قلم از چپ به راست به حرکت در می‌آید، قدرت میدان افزایش می‌یابد. هر گاه پروتونی که محیط شیمیایی آن فرق می‌کند به رزونانس در آید، آن پروتون به صورت یک قله بر روی کاغذ ثبت می‌گردد. قله‌ای که در جابجایی مساوی صفر ظاهر می‌گردد، مربوط به آن ترکیب شاهد داخلی (~~green:TMS~~) است. چون پروتونهایی که شدیدا پوشیده شده‌اند، با سرعت کمتری نسبت به پرتونهای ناپوشیده می‌چرخند، بنابراین ضروری است که میدان را افزایش داده ، تا آنها را در ~~green:60 MHz~~ به چرخش محوری واداشت.
پس پروتونهای شدیدا پوشیده (شدیدا محافظت شده از طرف ((الکترون|الکترونها))) در طرف راست کاغذ و پروتونهای کم‌پوشیده یا ناپوشیده در طرف چپ کاغذ ظاهر می‌شوند. ناحیه چپ کاغذ را گاهی میدان پایین (یا میدان ضعیف) و ناحیه راست آن را میدان بالا (یا میدان قوی) می‌نامند. تغییر میدان مغناطیسی در طیف سنج به مثابه تغییر فرکانس~~green:RF ~~ بوده ، افزایش میدان مغناطیسی به میزان ~~green:1ppm~~ را در فرکانس ~~green:RF~~ برخواهد داشت.
بنابراین ، فقط مساله طرح دستگاه است که قدرت میدان به جای فرکانس ~~green:RF~~ تغییر کند. دستگاههایی که میدان مغناطیسی را به شیوه‌ای پیوسته تغییر می‌دهند، دستگاههای __موج پیوسته__ (__CW__) خوانده می‌شوند. یعنی از انتهای میدان پایین تا انتهای بالا را پیمایش می‌کنند. چون تغییر مکانهای قلل در این طیف از اختلاف فرکانسی با ~~green:TMS~~ محاسبه می‌گردند، لذا از این نوع طیف ، __طیف قلمرو فرکانس__ گفته می‌شود. |
| | !دستگاه تبدیل فوریه تپشی | | !دستگاه تبدیل فوریه تپشی |
| | !!مکانیزم عمل دستگاه | | !!مکانیزم عمل دستگاه |
| - | این نوع دستگاهها که دستگاههای جدیدتر و پیشرفته‌تر هستند، استفاده از یک انفجار انرژی قدرتمند ولی کوتاه به نام __تپ__ است که کلیه هسته‌های مغناطیسی و مولکول را بطور همزمان تهییج می‌کند. برای نمونه در یک مولکول آلی تمام هسته‌های 1H در یک زمان به رزونانس در می‌آیند. دستگاهی با میدان مغناطیسی ~~green:2.1 T~~ از انفجار کوتاهی ~~green:(μsec(1-10~~ از انرژی ~~green:90 MHz~~ برای دستیابی به چنین عملی بهره می‌برد. منبع مولد انرژی بسیار سریع روشن و خاموش می‌شود و تپی را تولید می‌کند.
بر طبق ((اصل عدم قطعیت|اصل عدم قطعیت هایزنبرگ)) با اینکه فرکانس نوسان کننده مولد این تپ ~~green:90 MHz~~ است، ولی اگر درازای زمان تپ ، بسیار کوتاه باشد، آنگاه محتوای فرکانسی تپ ، غیر قطعی خواهد بود. چرا که نوسان کننده به اندازه کافی روشن نیست تا یک فرکانس اصلی را بنا نهد. در نتیجه این تپ در بردارنده محدوده‌ای از فرکانسهاست که مرکز آن حدود فرکانس اصلی است. این محدوده از فرکانسها به اندازه کافی بزرگ خواهد بود تا تمامی انواع هیدروژنها در مولکول را با این تک انفجار انرژی یکجا برانگیخته کند. |
+ | مکانیسم این نوع دستگاهها که دستگاههای جدیدتر و پیشرفته‌تر هستند، استفاده از یک انفجار انرژی قدرتمند ولی کوتاه به نام __~~green:تپ~~__ است که کلیه هسته‌های مغناطیسی و مولکول را بطور همزمان تهییج می‌کند. برای نمونه در یک مولکول آل تمام هسته‌های 1H در یک زمان به رزونانس در می‌آیند. دستگاهی با میدان مغناطیسی ~~green:2.1 T~~ از انفجار کوتاهی ~~green:(μsec(1-10~~ از انرژی ~~green:90 MHz~~ برای دستیابی به چنین عملی بهره می‌برد. منبع مولد انرژی بسیار سریع روشن و خاموش می‌شود و تپی را تولید می‌کند.
بر طبق ((اصل عدم قطعیت هایزنبرگ)) ، با اینکه فرکانس نوسان کننده مولد این تپ ~~green:90 MHz~~ است، ولی اگر درازای زمان تپ ، بسیار کوتاه باشد، آنگاه محتوای فرکانسی تپ ، غیر قطعی خواهد بود. چرا که نوسان کننده به اندازه کافی روشن نیست تا یک فرکانس اصلی را بنا نهد. در نتیجه این تپ در بردارنده محدوده‌ای از فرکانسهاست که مرکز آن حدود فرکانس اصلی است. این محدوده از فرکانسها به اندازه کافی بزرگ خواهد بود تا تمامی انواع هیدروژنها در مولکول را با این تک انفجار انرژی یکجا برانگیخته کند.
{img src=img/daneshnameh_up/e/eb/NMR-2002.jpg}
|
نمونه ای از دستگاه NMR
|
|
| | !!FID | | !!FID |
| - | وقتی تپ متوقف گردید، در آن صورت هسته‌های ، تهییج شده ، شروع به از دست دادن انرژی تهییجی خود می‌کنند و به حالت اسپینی اولیه خود باز می‌گردند و به اصطلاح آسایش می‌کنند. آنگاه که هسته برانگیخته شده آسایش می‌کند، شروع به تابش اشعه الکترومغناطیس می‌نماید. چون مولکول ، حاوی هسته‌های مختلف بسیاری است، لذا فرکانسهای گوناگون بسیاری از اشعه الکترومغناطیسی بطور همزمان تابش خواهند نمود.
این تابش را ~~green:__سیگنال زوای القای آزاد__~~ (~~green:__FID__~~) می‌نامند. همانگونه که در نهایت تمامی هسته‌ها انرژی تهییجی خود را از دست می‌دهند، شدت ~~green:FID~~ نیز با گذشت زمان اضمحلال می‌یابد. ~~green:FID~~ ترکیبی انطباق یافته از تمامی فرکانسهای تابش شده است و می‌تواند بسیار پیچیده باشد. ما عموما فرکانسهای منفرد مربوط به هسته‌های گوناگون را با استفاده از یک رایانه و یک روش ریاضی به نام آنالیز ((تبدیل فوریه)) ~~green:FT~~ بدست می‌آوریم. |
+ | وقتی تپ متوقف گردید، در آن صورت هسته‌های ، تهییج شده ، شروع به از دست دادن انرژی تهییجی خود می‌کنند و به حالت اسپینی اولیه خود باز می‌گردند و به اصطلاح __آسایش__ می‌کنند. آنگاه که ((هسته)) برانگیخته شده آسایش می‌کند، شروع به تابش اشعه الکترومغناطیس می‌نماید. چون مولکول ، حاوی هسته‌های مختلف بسیاری است، لذا فرکانسهای گوناگون بسیاری از اشعه الکترومغناطیسی بطور همزمان تابش خواهند نمود.
این تابش را ~~green:__سیگنال زوای القای آزاد__~~ (~~green:__FID__~~) می‌نامند. همانگونه که در نهایت تمامی هسته‌ها انرژی تهییجی خود را از دست می‌دهند، شدت ~~green:FID~~ نیز با گذشت __زمان اضمحلال__ می‌یابد. ~~green:FID~~ ترکیبی انطباق یافته از تمامی فرکانسهای تابش شده است و می‌تواند بسیار پیچیده باشد. ما عموما فرکانسهای منفرد مربوط به هسته‌های گوناگون را با استفاده از یک رایانه و یک روش ریاضی به نام __آنالیز تبدیل فوریه__ ~~green:FT~~ بدست می‌آوریم. |
| | !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| | *((تشدید مغناطیسی هسته)) | | *((تشدید مغناطیسی هسته)) |
| | *((دستگاههای طیف سنج مادون قرومز)) | | *((دستگاههای طیف سنج مادون قرومز)) |
| | *((طیف الکترومغناطیسی)) | | *((طیف الکترومغناطیسی)) |
| | *((طیف نمایی)) | | *((طیف نمایی)) |
| | *((طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته)) | | *((طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته)) |
| | *((عکسبرداری MRI)) | | *((عکسبرداری MRI)) |
