Презентация на тему Квантовые методы в медицине. Ядерный магнитный резонанс. Электронный парамагнитный резонанс. (Лекция 14)

состоянии не поглощая и не испуская излучения.
Когда атом переходит

из одного стационарного состояния в другое, то освобождается (или поглощается) квант электромагнитного поля с энергией в точности равной разности энергий между этими двумя состояниями.
В связи с этим спектры излучения всех атомов представлены линиями с дискретными частотами. То есть излучение атомов не непрерывное, а квантованное.

E = hν

E = hν

E = Em

E = En

hν = Δ E = En – Em

скорость, а значит обладает волновыми свойствами:
Условие равновесия электрона на

орбите:

Условие квантования радиусов орбиты:

где n – номер орбиты (главное квантовое число), rn – радиус n-й орбиты электрона

постоянная Ридберга
Кулоновская сила:
Центробежная сила:
- радиус n-й Боровской орбиты
- энергия

электрона на n-й орбите

Частота излучаемого (поглощаемого) излучения для перехода

происходит, когда частота приложенного поля соответствует разности энергий между

двумя квантовыми состояниями атома:



Магнитный резонанс требует приложения к атомам вещества двух магнитных полей: постоянного магнитного и переменного электромагнитного (в радио- или микроволновом диапазоне).
Данным методом позволяет изучить энергетические уровни, ассоциированные со спиновым вращательным моментом ядер и электронов: ЯМР – ядерный магнитный резонанс и ЭСР/ЭПР – электронный спиновый (парамагнитный) резонанс.

динамических свойств молекул (таутомерия, изомерия).
Исследование процессов (кинетика, термодинамика, титрование).
Определение

структуры биомакромолекул
Изучение белок-лигандных взаимодействий (ЯМР-скрининг биологически активных соединений)
Мониторинг состава биологических жидкостей (метабономика)
Визуализация объектов живой и неживой природы (ЯМР-томография)
Мониторинг процессов, происходящих в живом организме (in-vivo спектроскопия)
Исследование функциональной активности мозга (f-MRI)

Сферы применения спектроскопии ЯМР

«СПИН».
Каждое имеющее спин атомное ядро может находиться

в (2I+1) спиновых состояниях, где I – спиновое квантовое число.

Это ядро ведет себя как если бы оно вращалось

(I)
Число возможных состояний спина
Ядерным спином обладают только элементы с

нечетным количеством нуклонов, т.е. с нечетным атомным числом.

μ, параллельный вращательному моменту J:
(γ - гиромагнитное соотношение)

магнитном поле

Содержание B0

(Тесла) Частота (МГц)

разных частотах
Частота

водорода

дополнительное магнитное поле, противоположное внешнему полю.

ДИАМАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ

Валентные электроны

«экранируют» ядра от приложенного поля

линии магнитного поля

B0 приложенное B индуцированное (противоположно B0)

Магнитное поле электронов вычитается из поля, создаваемого ядрами

Bo = const, которое
1) поляризует образец:


2)

определяет резонансные частоты:

γ является постоянной для каждого вида ядер:

плотность 1H

ω = γB

для H+ при 1.5 Tл






B0

создает поле создает слабое поле B1 с резонансной частотой ω,

перпендикулярное полю B0 . Это второе поле «возбуждает» ядра.
Возбуждение (поглощение энергии) происходит на частоте ω(x,y,z) = γBo (x,y,z)