Készítette:Gróf Georgina Zsófia 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 B0 Rezonanciafeltétel ΔE=h·υ=2μ·B0

Relaxációs mechanizmusok T1 - spin - rács z z x y z x y z x y z Mz Matematikai leírás: Bloch- egyenletek y x T2 - spin - spin y z x y x

Az NMR spektrum - FT-CW Információk: - kémiai eltolódás: - 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 A rendszer teljes tömege(kg) 442 3400 Üzemi hőmérséklet(K) 4,2 ~2 Hélium Cryostat térfogata(L) 72 425 Hélium fogyasztás(mL/h) <20 <180 Mágnes áram(A) 70 200 Mezőinhomogenitás protonra nézve(Hz) <0,2 Év Fejlesztés 1970-es évek NbTi vezeték 1980 Nb3Sn vezeték PMP Nb3Sn huzalok 1980–as évek Axiális és radiális tervezésű, bélés lemezes tekercs 1979 Kriogenikus technológiák 1995 Szögletes huzalozási technikák Kriogén mentes mágnes 1990-es évek Kioldás szimuláló technológiák 2000- Nb3Al vezeték 2003- Önárnyékoló technológiák, kriofejek(cryoprobe)

A mérnöki alkalmazhatóság lehetőségei Spin-rendszer kiválasztása, jelen esetben 1H-15N atomok Beállítom a spin-spin csatolási állandó értékét. Hagyományos „Bruker szekvenciák” alkalmazása Programparaméterek, kísérleti paraméterek beállítása Legújabb pulzusszekvenciák megtervezése 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 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. Miben segíti a fejlesztést a virtuális NMR programok használata? Az NMR szimulációk megmutatják, hogy a spin hogyan viselkedik. Ki lehet kerülni a hardver sérülékenység-problémáit. A gyógyszeriparban pl. nagy segítség lehet ezen programok használata új gyógyszerek felfedezésében, a mérések előtt szimulációkat végezhetünk.