आज, अधिक से अधिक रोगियों को रेडियोग्राफी या अल्ट्रासाउंड के लिए नहीं, बल्कि परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए संदर्भित किया जाता है। यह शोध पद्धति कोर चुंबकत्व पर आधारित है। आइए विचार करें कि एनएमआर टोमोग्राफी क्या है, इसके फायदे क्या हैं और इसे किन मामलों में किया जाता है।

यह अध्ययन क्या है?

यह निदान पद्धति परमाणु चुंबकीय अनुनाद पर आधारित है। एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में, हाइड्रोजन परमाणु या प्रोटॉन का नाभिक दो परस्पर विपरीत अवस्थाओं में होता है। आप एक निश्चित आवृत्ति के साथ विद्युत चुम्बकीय किरणों के साथ नाभिक के चुंबकीय क्षण की दिशा बदल सकते हैं।

एक प्रोटॉन को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में रखने से उसके चुंबकीय क्षण में उसकी मूल स्थिति में वापसी के साथ परिवर्तन होता है। इससे एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा निकलती है। चुंबकीय अनुनाद टोमोग्राफी ऐसी ऊर्जा की मात्रा में परिवर्तन को पकड़ती है।

टोमोग्राफ बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। इलेक्ट्रोमैग्नेट आमतौर पर 3 की ताकत के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र विकसित करने में सक्षम होते हैं, कभी-कभी 9 टी तक। यह मनुष्यों के लिए पूरी तरह से हानिरहित है। टोमोग्राफी प्रणाली आपको उच्चतम गुणवत्ता वाली छवियों को प्राप्त करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को स्थानीयकृत करने की अनुमति देती है।

परमाणु चुंबकीय टोमोग्राफ

निदान पद्धति एक परमाणु (प्रोटॉन) के नाभिक की विद्युत चुम्बकीय प्रतिक्रिया को ठीक करने पर आधारित है, जो एक उच्च-वोल्टेज चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा इसके उत्तेजना के कारण होती है। 1973 में पहली बार चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग पर चर्चा की गई थी। तब अमेरिकी वैज्ञानिक पी. लेटरबर ने बदलते चुंबकीय क्षेत्र में वस्तु का अध्ययन करने का प्रस्ताव रखा। इस वैज्ञानिक के कार्यों ने चिकित्सा में एक नए युग की शुरुआत के रूप में कार्य किया।

चुंबकीय अनुनाद टोमोग्राफ की मदद से, हाइड्रोजन के साथ ऊतक संतृप्ति की डिग्री के कारण मानव शरीर के ऊतकों और गुहाओं का अध्ययन करना संभव हो गया। चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग कंट्रास्ट एजेंटों का अक्सर उपयोग किया जाता है। अक्सर, ये गैडोलीनियम की तैयारी होती है, जो प्रोटॉन की प्रतिक्रिया को बदलने में सक्षम होती है।
"परमाणु एमआरआई" शब्द 1986 तक मौजूद था।

चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में आपदा के संबंध में आबादी के बीच रेडियोफोबिया के संबंध में, नई निदान पद्धति के नाम से "परमाणु" शब्द को हटाने का निर्णय लिया गया। हालांकि, इसने चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग को कई बीमारियों के निदान के अभ्यास में जल्दी से प्रवेश करने की अनुमति दी। आज, यह विधि कई और हाल ही में कठिन-से-निदान रोगों की पहचान करने की कुंजी है।

निदान कैसे किया जाता है?

एक एमआरआई एक बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। और यद्यपि यह मनुष्यों के लिए खतरनाक नहीं है, फिर भी, डॉक्टर और रोगी को कुछ नियमों का पालन करने की आवश्यकता होती है।

सबसे पहले, निदान प्रक्रिया से पहले, रोगी एक विशेष प्रश्नावली भरता है। इसमें वह स्वास्थ्य की स्थिति, साथ ही अपने बारे में बयानों को इंगित करता है। कपड़े और व्यक्तिगत सामान बदलने के लिए एक केबिन के साथ विशेष रूप से तैयार कमरे में परीक्षा की जाती है।

खुद को नुकसान न पहुंचाने के लिए, और परिणामों की शुद्धता सुनिश्चित करने के लिए, रोगी को व्यक्तिगत सामान के लिए लॉकर में धातु, मोबाइल फोन, क्रेडिट कार्ड, घड़ियां आदि सभी चीजों को छोड़ देना चाहिए। महिलाओं के लिए त्वचा से सजावटी सौंदर्य प्रसाधनों को धोना वांछनीय है।
इसके बाद, रोगी को टोमोग्राफ ट्यूब के अंदर रखा जाता है। डॉक्टर के निर्देश पर, परीक्षा क्षेत्र निर्धारित किया जाता है। प्रत्येक जोन की दस से बीस मिनट तक जांच की जाती है। इस दौरान रोगी को स्थिर रहना चाहिए। तस्वीरों की गुणवत्ता इस पर निर्भर करेगी। यदि आवश्यक हो तो डॉक्टर रोगी की स्थिति को ठीक कर सकता है।

डिवाइस के संचालन के दौरान, समान आवाज़ें सुनाई देती हैं। यह सामान्य है और इंगित करता है कि अध्ययन सही ढंग से आगे बढ़ रहा है। अधिक सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए, रोगी को एक विपरीत एजेंट को अंतःशिर्ण रूप से प्रशासित किया जा सकता है। कुछ मामलों में, ऐसे पदार्थ की शुरूआत के साथ, गर्मी का उछाल महसूस होता है। यह पूरी तरह से सामान्य है।

अध्ययन के लगभग आधे घंटे बाद, डॉक्टर अध्ययन प्रोटोकॉल (निष्कर्ष) प्राप्त कर सकते हैं। परिणामों के साथ एक डिस्क भी जारी की जाती है।

परमाणु एमआरआई के लाभ

इस तरह के सर्वेक्षण के लाभों में निम्नलिखित शामिल हैं।

1. तीन अनुमानों में शरीर के ऊतकों की उच्च गुणवत्ता वाली छवियां प्राप्त करने की क्षमता। यह ऊतकों और अंगों के दृश्य को बहुत बढ़ाता है। इस मामले में, एमआरआई कंप्यूटेड टोमोग्राफी, रेडियोग्राफी और अल्ट्रासाउंड डायग्नोस्टिक्स की तुलना में बहुत बेहतर है।
2. उच्च-गुणवत्ता वाली 3D छवियां एक सटीक निदान प्रदान करती हैं, जो उपचार में सुधार करती है और ठीक होने की संभावना को बढ़ाती है।
3. चूंकि एमआरआई पर एक उच्च-गुणवत्ता वाली छवि प्राप्त करना संभव है, इसलिए इस तरह का अध्ययन ट्यूमर, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के विकारों और मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम की रोग स्थितियों का पता लगाने के लिए सबसे अच्छा है। इस प्रकार, उन रोगों का निदान करना संभव हो जाता है जिनका पता लगाना अभी तक मुश्किल या असंभव था।
4. टोमोग्राफी के लिए आधुनिक उपकरण आपको रोगी की स्थिति को बदले बिना उच्च-गुणवत्ता वाली छवियां प्राप्त करने की अनुमति देते हैं। और जानकारी को कूटबद्ध करने के लिए, कंप्यूटेड टोमोग्राफी के समान विधियों का उपयोग किया जाता है। यह निदान की सुविधा देता है, क्योंकि डॉक्टर पूरे अंगों की त्रि-आयामी छवियां देखता है। इसके अलावा, डॉक्टर परतों में किसी विशेष अंग की छवियां प्राप्त कर सकते हैं।
5. इस तरह की परीक्षा अंगों में जल्द से जल्द रोग संबंधी परिवर्तनों को निर्धारित करती है। इस प्रकार, बीमारी का पता उस चरण में लगाया जा सकता है जब रोगी को अभी तक लक्षण महसूस नहीं होते हैं।
6. इस तरह के एक अध्ययन के दौरान, रोगी आयनकारी विकिरण के संपर्क में नहीं आता है। यह एमआरआई के दायरे का काफी विस्तार करता है।
7. एमआरआई प्रक्रिया पूरी तरह से दर्द रहित है और इससे रोगी को कोई परेशानी नहीं होती है।

एमआरआई के लिए संकेत

चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए कई संकेत हैं।

• मस्तिष्क परिसंचरण विकार।
• मस्तिष्क के रसौली का संदेह, इसकी झिल्लियों को नुकसान।
• सर्जरी के बाद अंगों की स्थिति का आकलन।
• भड़काऊ घटना का निदान।
• आक्षेप, मिर्गी।
• अभिघातजन्य मस्तिष्क की चोंट।
• जहाजों की स्थिति का आकलन।
• हड्डियों और जोड़ों की स्थिति का आकलन।
• शरीर के कोमल ऊतकों का निदान।
• रीढ़ के रोग (ओस्टियोचोन्ड्रोसिस, स्पोंडिलोआर्थ्रोसिस सहित)।
• रीढ़ की हड्डी की चोट।
• घातक प्रक्रियाओं के संदेह सहित रीढ़ की हड्डी की स्थिति का आकलन।
• ऑस्टियोपोरोसिस।
• पेरिटोनियल अंगों की स्थिति का आकलन, साथ ही रेट्रोपरिटोनियल स्पेस। एमआरआई पीलिया, क्रोनिक हेपेटाइटिस, कोलेसिस्टिटिस, कोलेलिथियसिस, ट्यूमर जैसी जिगर की क्षति, अग्नाशयशोथ, पेट के रोगों, आंतों, प्लीहा, गुर्दे के लिए संकेत दिया गया है।
• सिस्ट का निदान।
• अधिवृक्क ग्रंथियों की स्थिति का निदान।
• पैल्विक अंगों के रोग।
• यूरोलॉजिकल पैथोलॉजी।
• स्त्री रोग संबंधी रोग।
• छाती गुहा के अंगों के रोग।

इसके अलावा, पूरे शरीर के चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग का संकेत दिया जाता है यदि एक नियोप्लाज्म का संदेह होता है। यदि प्राथमिक ट्यूमर का निदान किया जाता है तो एमआरआई का उपयोग मेटास्टेस की खोज के लिए किया जा सकता है।

यह चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए संकेतों की पूरी सूची नहीं है। यह कहना सुरक्षित है कि ऐसा कोई जीव और रोग नहीं है जिसका पता इस निदान पद्धति से न लगाया जा सके। चूंकि चिकित्सा की संभावनाएं बढ़ रही हैं, डॉक्टरों के पास कई खतरनाक बीमारियों के निदान और उपचार की लगभग असीमित संभावनाएं हैं।

चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग कब contraindicated है?

एमआरआई के लिए कई पूर्ण और सापेक्ष मतभेद हैं। पूर्ण contraindications में शामिल हैं:

1. एक पेसमेकर की उपस्थिति। यह इस तथ्य के कारण है कि चुंबकीय क्षेत्र में उतार-चढ़ाव हृदय की लय के अनुकूल होने में सक्षम होते हैं और इस प्रकार घातक हो सकते हैं।
2. मध्य कान में स्थापित फेरोमैग्नेटिक या इलेक्ट्रॉनिक प्रत्यारोपण की उपस्थिति।
3. बड़े धातु प्रत्यारोपण।
4. शरीर में लौहचुम्बकीय अंशों की उपस्थिति।
5. Ilizarov तंत्र की उपलब्धता।

सापेक्ष मतभेद (जब कुछ शर्तों के तहत अनुसंधान संभव है) में शामिल हैं:

इसके विपरीत एमआरआई करते समय, contraindications एनीमिया, पुरानी विघटित गुर्दे की विफलता, गर्भावस्था, व्यक्तिगत असहिष्णुता हैं।

निष्कर्ष

निदान के लिए चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के महत्व को कम करके आंका नहीं जा सकता है। यह कई बीमारियों का पता लगाने का एक सही, गैर-आक्रामक, दर्द रहित और हानिरहित तरीका है। चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग की शुरुआत के साथ, रोगियों के उपचार में भी सुधार हुआ है, जैसा कि डॉक्टर जानते हैंरोगी के शरीर में होने वाली सभी प्रक्रियाओं का सटीक निदान और विशेषताएं।

एमआरआई से डरने की जरूरत नहीं है। प्रक्रिया के दौरान रोगी को कोई दर्द महसूस नहीं होता है। इसका परमाणु या एक्स-रे विकिरण से कोई लेना-देना नहीं है। ऐसी प्रक्रिया से इंकार करना भी असंभव है।

नाभिकीय चुबकीय अनुनाद

कुलपति. कौवे

इरकुत्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय

परिचय

कुछ समय पहले तक, परमाणुओं और अणुओं की संरचना के बारे में हमारे विचार ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों का उपयोग करके अध्ययन पर आधारित थे। वर्णक्रमीय विधियों में सुधार के संबंध में, जिसने स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप के क्षेत्र को अल्ट्राहाई (लगभग 10 ^ 3 - 10 ^ 6 मेगाहर्ट्ज; माइक्रोरेडियो तरंगें) और उच्च आवृत्तियों (लगभग 10 ^ (-2) - 10 ^ की सीमा में उन्नत किया है। 2 मेगाहर्ट्ज; रेडियो तरंगें), पदार्थ की संरचना के बारे में जानकारी के नए स्रोत। इस आवृत्ति रेंज में विकिरण के अवशोषण और उत्सर्जन के दौरान, वही मूल प्रक्रिया विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम की अन्य श्रेणियों में होती है, अर्थात्, एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर पर जाने पर, सिस्टम ऊर्जा की मात्रा को अवशोषित या उत्सर्जित करता है।

इन प्रक्रियाओं में भाग लेने वाले क्वांटा के स्तरों और ऊर्जा के बीच ऊर्जा अंतर रेडियो आवृत्ति क्षेत्र के लिए लगभग 10^(-7) eV और माइक्रोवेव आवृत्तियों के लिए लगभग 10^(-4) eV है। दो प्रकार के रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी में, अर्थात्, परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) और परमाणु चौगुनी प्रतिध्वनि (NQR) स्पेक्ट्रोस्कोपी, ऊर्जा स्तरों में अंतर एक अनुप्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र में नाभिक के चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षणों के क्रमशः विभिन्न झुकावों से जुड़ा होता है। और आणविक विद्युत क्षेत्रों में नाभिक के विद्युत चौगुनी क्षण, यदि उत्तरार्द्ध गोलाकार रूप से सममित नहीं हैं।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करते हुए कुछ परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा की हाइपरफाइन संरचना का अध्ययन करते समय पहली बार परमाणु क्षणों के अस्तित्व की खोज की गई थी।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, नाभिक के चुंबकीय क्षण एक निश्चित तरीके से उन्मुख होते हैं, और इन विभिन्न अभिविन्यासों से जुड़े परमाणु ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण का निरीक्षण करना संभव हो जाता है: संक्रमण जो एक निश्चित विकिरण की क्रिया के तहत होते हैं। आवृत्ति। नाभिक के ऊर्जा स्तरों का परिमाणीकरण 2 प्राप्त करने वाले नाभिक के कोणीय संवेग की क्वांटम प्रकृति का प्रत्यक्ष परिणाम है। मैं+ 1 मान। स्पिन क्वांटम संख्या (स्पिन) मैं कोई भी मान ले सकता हूं जो 1/2 का गुणक है; उच्चतम ज्ञात मूल्य मैं(> 7) लू के पास है। कोणीय गति का सबसे बड़ा मापने योग्य मूल्य (चयनित दिशा पर पल के प्रक्षेपण का सबसे बड़ा मूल्य) के बराबर है मैं ћ , कहाँ पे ћ = एच / 2 π , ए एचप्लैंक स्थिरांक है।

मूल्यों मैंविशिष्ट नाभिक के लिए भविष्यवाणी करना असंभव है, लेकिन यह देखा गया है कि समस्थानिक जिनमें द्रव्यमान संख्या और परमाणु संख्या दोनों समान होते हैं मैं= 0, और विषम द्रव्यमान संख्या वाले समस्थानिकों में अर्ध-पूर्णांक स्पिन होते हैं। ऐसी स्थिति, जब नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या सम और समान होती है ( मैं= 0) को एक प्रतिचुंबकीय अणु में इलेक्ट्रॉनों की पूर्ण जोड़ी के समान "पूर्ण युग्मन" वाली अवस्था के रूप में माना जा सकता है।

1945 के अंत में, एफ. बलोच (स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी) और ई.एम. के नेतृत्व में अमेरिकी भौतिकविदों के दो समूह। परसेल (हार्वर्ड विश्वविद्यालय) ने सबसे पहले परमाणु चुंबकीय अनुनाद संकेत प्राप्त किए। बलोच ने पानी में प्रोटॉन द्वारा गुंजयमान अवशोषण को देखा, और पर्सेल पैराफिन में प्रोटॉन द्वारा परमाणु अनुनाद की खोज करने में सफल रहा। इस खोज के लिए उन्हें 1952 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

एनएमआर परिघटना का सार और इसकी विशिष्ट विशेषताएं नीचे दी गई हैं।

उच्च संकल्प एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

एनएमआर घटना का सार

एनएमआर घटना का सार इस प्रकार सचित्र किया जा सकता है। यदि एक चुंबकीय क्षण वाले नाभिक को एक समान क्षेत्र में रखा जाए एच 0 , z अक्ष के साथ निर्देशित, तो इसकी ऊर्जा (क्षेत्र की अनुपस्थिति में ऊर्जा के संबंध में) बराबर है μ जेड एच 0, कहाँ पे μ जेड, क्षेत्र की दिशा पर परमाणु चुंबकीय क्षण का प्रक्षेपण है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, नाभिक 2 . में स्थित हो सकता है मैं+ 1 राज्य। बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में H 0 इन सभी राज्यों में समान ऊर्जा है। यदि हम चुंबकीय क्षण घटक के सबसे बड़े मापन योग्य मान को के माध्यम से निरूपित करते हैं μ , फिर चुंबकीय क्षण घटक के सभी मापन योग्य मान (इस मामले में μ जेड,) के रूप में व्यक्त कर रहे हैं एम, कहाँ पे एमक्वांटम संख्या है, जैसा कि सर्वविदित है, मान ले सकता है

एम = मैं, मैं- 1,मैं- 2...-(मैं- 1),-मैं।

चूंकि 2 . में से प्रत्येक के अनुरूप ऊर्जा स्तरों के बीच की दूरी मैं+ 1 राज्य, बराबर एम एच 0 /मैं, फिर स्पिन के साथ नाभिक मैंअसतत ऊर्जा स्तर है

- μ एच0,-(I-1)μ जेड एच 0 /मैं,..., (आई-1)μ जेड एच 0 /मैं, μ एच0.

चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा स्तरों के विभाजन को परमाणु Zeeman विभाजन कहा जा सकता है, क्योंकि यह चुंबकीय क्षेत्र (Zeeman प्रभाव) में इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के विभाजन के समान है। Zeeman बंटवारे को अंजीर में दिखाया गया है। 1 के साथ सिस्टम के लिए मैं= 1 (तीन ऊर्जा स्तरों के साथ)।

चावल। 1. चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु ऊर्जा स्तरों का Zeeman विभाजन।

एनएमआर घटना में नाभिक के चुंबकत्व के कारण विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के गुंजयमान अवशोषण होते हैं। इसका तात्पर्य घटना के स्पष्ट नाम से है: परमाणु - हम नाभिक की एक प्रणाली के बारे में बात कर रहे हैं, चुंबकीय - हमारा मतलब केवल उनके चुंबकीय गुणों, प्रतिध्वनि से है - घटना स्वयं प्रकृति में गुंजयमान है। वास्तव में, यह बोहर के आवृत्ति नियमों से निम्नानुसार है कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की आवृत्ति आसन्न स्तरों के बीच संक्रमण का कारण सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

, (1)

चूँकि संवेग के सदिश (कोणीय संवेग) और चुंबकीय संवेग समानांतर होते हैं, नाभिक के चुंबकीय गुणों को संबंध द्वारा परिभाषित मान द्वारा निरूपित करना अक्सर सुविधाजनक होता है।

, (2)

कहाँ पे γ जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है जिसका आयाम रेडियन है * ओर्स्टेड^(- 1) * सेकंड^(- 1) (रेड * ई^(- 1) * एस*(- 1)) / (ई * एस))। इसे ध्यान में रखते हुए, हम पाते हैं

, (3)

इस प्रकार, आवृत्ति लागू क्षेत्र के समानुपाती होती है।

यदि, एक विशिष्ट उदाहरण के रूप में, हम एक प्रोटॉन के लिए γ का मान लेते हैं, जो 2.6753 * 10: 4 रेड / (ई * एस), और एच के बराबर है। 0 \u003d 10,000 Oe, फिर गुंजयमान आवृत्ति

ऐसी आवृत्ति पारंपरिक रेडियो तकनीकों द्वारा उत्पन्न की जा सकती है।

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में कई विशेषताएं हैं जो इसे अन्य विश्लेषणात्मक तरीकों से अलग करती हैं। ज्ञात समस्थानिकों के लगभग आधे (~150) नाभिकों में चुंबकीय आघूर्ण होते हैं, लेकिन उनमें से केवल एक अल्पांश का ही व्यवस्थित रूप से उपयोग किया जाता है।

स्पंदित मोड में चलने वाले स्पेक्ट्रोमीटर के आगमन से पहले, हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) पर एनएमआर घटना का उपयोग करके अधिकांश अध्ययन किए गए थे। 1 एच (प्रोटॉन चुंबकीय अनुनाद - पीएमआर) और फ्लोरीन 19 एफ। इन नाभिकों में एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए आदर्श गुण होते हैं:

"चुंबकीय" समस्थानिक की उच्च प्राकृतिक बहुतायत ( 1H 99.98%, 19 एफ 100%); तुलना के लिए, यह उल्लेख किया जा सकता है कि कार्बन के "चुंबकीय" समस्थानिक की प्राकृतिक प्रचुरता 13 सी 1.1% है;

बड़ा चुंबकीय क्षण;

घुमाना मैं = 1/2.

यह मुख्य रूप से ऊपर वर्णित नाभिक से संकेतों का पता लगाने में विधि की उच्च संवेदनशीलता के लिए जिम्मेदार है। इसके अलावा, एक कड़ाई से सैद्धांतिक रूप से उचित नियम है जिसके अनुसार केवल एकता के बराबर या उससे अधिक स्पिन वाले नाभिक में विद्युत चौगुना क्षण होता है। इसलिए, एनएमआर प्रयोग 1H और 19 F नाभिक के नाभिकीय चतुर्भुज आघूर्ण की विद्युत वातावरण के साथ अन्योन्यक्रिया से जटिल नहीं है। बड़ी संख्या में कार्य अन्य पर प्रतिध्वनि के लिए समर्पित किए गए हैं (इसके अलावा .) 1H और 19 एफ) गुठली जैसे 13 सी, 31 पी, 11 बी, 17 ओ तरल चरण में (नाभिक 1 . के समान) 1 एच और 19 एफ)।

स्पंदित एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर को रोजमर्रा के अभ्यास में शामिल करने से इस प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपी की प्रयोगात्मक संभावनाओं का काफी विस्तार हुआ है। विशेष रूप से, एनएमआर स्पेक्ट्रा की रिकॉर्डिंग 13 सी समाधान - रसायन विज्ञान के लिए सबसे महत्वपूर्ण समस्थानिक - अब वास्तव में एक परिचित प्रक्रिया है। नाभिक से संकेतों का पता लगाना, एनएमआर संकेतों की तीव्रता, जिनमें से संकेतों की तीव्रता से कई गुना कम है 1 एच, ठोस चरण सहित।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर स्पेक्ट्रा में आमतौर पर विभिन्न रासायनिक वातावरणों में चुंबकीय नाभिक के अनुरूप संकीर्ण, अच्छी तरह से हल की गई रेखाएं (सिग्नल) होती हैं। स्पेक्ट्रा की रिकॉर्डिंग के दौरान संकेतों की तीव्रता (क्षेत्र) प्रत्येक समूह में चुंबकीय नाभिक की संख्या के समानुपाती होती है, जिससे प्रारंभिक अंशांकन के बिना एनएमआर स्पेक्ट्रा का उपयोग करके मात्रात्मक विश्लेषण करना संभव हो जाता है।

एनएमआर की एक अन्य विशेषता विनिमय प्रक्रियाओं का प्रभाव है, जिसमें गुंजयमान नाभिक भाग लेते हैं, गुंजयमान संकेतों की स्थिति और चौड़ाई पर। इस प्रकार, ऐसी प्रक्रियाओं की प्रकृति का अध्ययन करने के लिए एनएमआर स्पेक्ट्रा का उपयोग किया जा सकता है। लिक्विड स्पेक्ट्रा में एनएमआर लाइनों में आमतौर पर 0.1 - 1 हर्ट्ज (उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर) की चौड़ाई होती है, जबकि ठोस चरण में जांच की गई समान नाभिक 1 * 10 ^ 4 हर्ट्ज के क्रम की चौड़ाई के साथ लाइनों की उपस्थिति का कारण बनेंगे। इसलिए एनएमआर ब्रॉड लाइन की अवधारणा)।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में, अणुओं की संरचना और गतिशीलता के बारे में जानकारी के दो मुख्य स्रोत हैं:

रासायनिक पारी;

स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन स्थिरांक।

रासायनिक पारी

वास्तविक परिस्थितियों में, गूंजने वाले नाभिक जिनके एनएमआर संकेतों का पता लगाया जाता है, परमाणुओं या अणुओं का एक घटक होता है। जब परीक्षण पदार्थों को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है ( एच 0 ) इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति के कारण परमाणुओं (अणुओं) का एक प्रतिचुंबकीय क्षण होता है। इलेक्ट्रॉनों की यह गति प्रभावी धाराएँ बनाती है और इसलिए, लेन्ज़ के नियम के अनुसार, क्षेत्र के लिए आनुपातिक एक द्वितीयक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है एच 0 और विपरीत दिशा। यह द्वितीयक क्षेत्र नाभिक पर कार्य करता है। इस प्रकार, उस स्थान पर स्थानीय क्षेत्र जहां प्रतिध्वनित नाभिक स्थित होता है,

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कहाँ पे एक आयामहीन स्थिरांक है, जिसे स्क्रीनिंग स्थिरांक कहा जाता है और से स्वतंत्र होता है एच 0 , लेकिन अत्यधिक रासायनिक (इलेक्ट्रॉनिक) वातावरण पर निर्भर; यह कमी की विशेषता है ह्लोकोके साथ तुलना एच 0 .

मूल्य σ एक प्रोटॉन के लिए 10^(- 5) के कोटि के मान से भारी नाभिक के लिए 10^(- 2) के कोटि के मान से भिन्न होता है। अभिव्यक्ति को ध्यान में रखते हुए ह्लोकोअपने पास

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स्क्रीनिंग प्रभावपरमाणु चुंबकीय ऊर्जा के स्तरों के बीच की दूरी को कम करना है या, दूसरे शब्दों में, Zeeman स्तरों के अभिसरण की ओर जाता है (चित्र 2)। इस मामले में, ऊर्जा क्वांटा जो स्तरों के बीच संक्रमण का कारण बनता है, छोटा हो जाता है और इसके परिणामस्वरूप, कम आवृत्तियों पर अनुनाद होता है (अभिव्यक्ति (5) देखें)। यदि हम क्षेत्र बदलकर एक प्रयोग करते हैं एच 0 जब तक प्रतिध्वनि नहीं होती है, तब लागू क्षेत्र की ताकत का मूल्य उस मामले की तुलना में बड़ा होना चाहिए जब कोर परिरक्षित नहीं होता है।

चावल। अंजीर। 2. नाभिक के Zeeman स्तरों पर इलेक्ट्रॉन स्क्रीनिंग का प्रभाव: (ए) अनस्क्रीन, (बी) स्क्रीनिंग।

एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के विशाल बहुमत में, स्पेक्ट्रा तब दर्ज किया जाता है जब क्षेत्र बाएं से दाएं बदलता है, इसलिए सबसे परिरक्षित नाभिक के सिग्नल (शिखर) स्पेक्ट्रम के दाहिने हिस्से में होने चाहिए।

स्क्रीनिंग स्थिरांक में अंतर के कारण रासायनिक वातावरण के आधार पर सिग्नल के बदलाव को रासायनिक बदलाव कहा जाता है।

पहली बार, 1950-1951 में कई प्रकाशनों में रासायनिक बदलाव की खोज के बारे में संदेश दिखाई दिए। उनमें से, अर्नोल्ड एट अल (1951) के काम को अलग करना आवश्यक है, जिन्होंने समान नाभिक के रासायनिक रूप से विभिन्न पदों के अनुरूप अलग-अलग लाइनों के साथ पहला स्पेक्ट्रम प्राप्त किया। 1 एक अणु में एच। हम एथिल अल्कोहल सीएच के बारे में बात कर रहे हैं 3 सीएच 2 ओह, विशिष्ट एनएमआर स्पेक्ट्रम 1 जिनमें से एच कम रिज़ॉल्यूशन पर अंजीर में दिखाया गया है। 3.

चावल। 3. तरल एथिल अल्कोहल का कम-रिज़ॉल्यूशन प्रोटॉन अनुनाद स्पेक्ट्रम।

इस अणु में तीन प्रकार के प्रोटॉन होते हैं: मिथाइल समूह CH . के तीन प्रोटॉन 3 -, मेथिलीन समूह के दो प्रोटॉन -CH 2 - और हाइड्रॉक्सिल समूह का एक प्रोटॉन -OH। यह देखा जा सकता है कि तीन अलग-अलग संकेत तीन प्रकार के प्रोटॉन से मेल खाते हैं। चूंकि संकेतों की तीव्रता 3: 2: 1 के अनुपात में है, इसलिए स्पेक्ट्रम की डिकोडिंग (सिग्नल का असाइनमेंट) मुश्किल नहीं है।

चूंकि रासायनिक बदलाव को एक निरपेक्ष पैमाने पर नहीं मापा जा सकता है, अर्थात, अपने सभी इलेक्ट्रॉनों से रहित नाभिक के सापेक्ष, एक संदर्भ यौगिक के संकेत को सशर्त शून्य के रूप में उपयोग किया जाता है। आम तौर पर, किसी भी नाभिक के लिए रासायनिक बदलाव मूल्यों को एक आयाम रहित पैरामीटर 8 के रूप में परिभाषित किया जाता है:

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कहाँ पे एच- टोपीपरीक्षण नमूने और मानक के लिए रासायनिक बदलाव में अंतर है, टोपीलागू क्षेत्र के साथ संदर्भ संकेत की पूर्ण स्थिति है एच 0 .

वास्तविक प्रायोगिक स्थितियों के तहत, आवृत्ति को क्षेत्र की तुलना में अधिक सटीक रूप से मापना संभव है, इसलिए आमतौर पर अभिव्यक्ति से पाया जाता है

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कहाँ पे ν - मंजिलआवृत्ति (हर्ट्ज) की इकाइयों में व्यक्त नमूने और मानक के लिए रासायनिक बदलाव के बीच का अंतर है; एनएमआर स्पेक्ट्रा को आमतौर पर इन इकाइयों में कैलिब्रेट किया जाता है।

कड़ाई से बोलते हुए, किसी को उपयोग करना चाहिए ν 0 स्पेक्ट्रोमीटर की ऑपरेटिंग आवृत्ति है (यह आमतौर पर तय होती है), और आवृत्ति मंजिल, अर्थात्, पूर्ण आवृत्ति जिस पर संदर्भ का गुंजयमान संकेत देखा जाता है। हालाँकि, इस तरह के प्रतिस्थापन द्वारा शुरू की गई त्रुटि बहुत छोटी है, क्योंकि ν 0 तथा मंजिललगभग बराबर (अंतर 10 ^ (-5) है, यानी राशि से σ प्रोटॉन के लिए)। चूंकि अलग-अलग एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर अलग-अलग आवृत्तियों पर काम करते हैं ν 0 (और, फलस्वरूप, विभिन्न क्षेत्रों के लिए एच 0 ), यह स्पष्ट है कि अभिव्यक्ति δ आयामहीन इकाइयों में।

रासायनिक बदलाव की इकाई क्षेत्र की ताकत या गुंजयमान आवृत्ति (पीपीएम) का दस लाखवां हिस्सा है। विदेशी साहित्य में, यह कमी पीपीएम (प्रति मिलियन भाग) से मेल खाती है। प्रतिचुंबकीय यौगिक बनाने वाले अधिकांश नाभिकों के लिए, उनके संकेतों के रासायनिक परिवर्तन की सीमा सैकड़ों और हजारों पीपीएम है, जो 20,000 पीपीएम तक पहुंचती है। एनएमआर . के मामले में 59 सह (कोबाल्ट)। स्पेक्ट्रा में 1 यौगिकों के विशाल बहुमत के एच प्रोटॉन संकेत 0 - 10 पीपीएम की सीमा में हैं।

स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन

1951-1953 में, कई तरल पदार्थों के एनएमआर स्पेक्ट्रा को रिकॉर्ड करते समय, यह पाया गया कि कुछ पदार्थों के स्पेक्ट्रा में गैर-समतुल्य नाभिकों की संख्या के एक साधारण अनुमान की तुलना में अधिक रेखाएं हैं। पहले उदाहरणों में से एक POCl अणु में फ्लोरीन पर अनुनाद है 2 एफ स्पेक्ट्रम 19 F में समान तीव्रता की दो रेखाएँ होती हैं, हालाँकि अणु में केवल एक फ्लोरीन परमाणु होता है (चित्र 4)। अन्य यौगिकों के अणुओं ने सममित बहुविकल्पी संकेत (ट्रिपलेट्स, क्वार्टेट्स, आदि) दिए।

इस तरह के स्पेक्ट्रा में पाया जाने वाला एक अन्य महत्वपूर्ण कारक यह था कि आवृत्ति पैमाने में मापी गई रेखाओं के बीच की दूरी लागू क्षेत्र पर निर्भर नहीं करती है। एच 0 , इसके समानुपाती होने के बजाय, जैसा कि होना चाहिए यदि बहुलता स्क्रीनिंग स्थिरांक में अंतर से उत्पन्न होती है।

चावल। 4. POCl अणु में फ्लोरीन नाभिक पर अनुनाद स्पेक्ट्रम में द्विअर्थी 2एफ

1952 में रैमसे और परसेल ने सबसे पहले इस बातचीत की व्याख्या करते हुए दिखाया कि यह इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के माध्यम से एक अप्रत्यक्ष युग्मन तंत्र के कारण है। नाभिकीय प्रचक्रण किसी दिए गए नाभिक के आसपास के इलेक्ट्रॉनों के चक्रों को उन्मुख करता है। वे, बदले में, अन्य इलेक्ट्रॉनों के स्पिनों को उन्मुख करते हैं और उनके माध्यम से - अन्य नाभिक के स्पिन। स्पिन-स्पिन अंतःक्रियात्मक ऊर्जा आमतौर पर हर्ट्ज़ में व्यक्त की जाती है (अर्थात, प्लैंक स्थिरांक को ऊर्जा की एक इकाई के रूप में लिया जाता है, इस तथ्य के आधार पर कि ई = एच ν ) यह स्पष्ट है कि इसे सापेक्ष इकाइयों में व्यक्त करने की (रासायनिक बदलाव के विपरीत) कोई आवश्यकता नहीं है, क्योंकि चर्चा की गई बातचीत, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, बाहरी क्षेत्र की ताकत पर निर्भर नहीं करता है। बातचीत के परिमाण को संबंधित गुणक के घटकों के बीच की दूरी को मापकर निर्धारित किया जा सकता है।

स्पिन-स्पिन युग्मन के कारण विभाजन का सबसे सरल उदाहरण दो प्रकार के चुंबकीय नाभिक ए और एक्स युक्त अणु का अनुनाद स्पेक्ट्रम है। नाभिक ए और एक्स या तो एक ही आइसोटोप के अलग-अलग नाभिक या नाभिक हो सकते हैं (के लिए) उदाहरण, 1 एच) जब उनके गुंजयमान संकेतों के बीच रासायनिक बदलाव बड़े होते हैं।

चावल। 5. स्पिन के साथ चुंबकीय नाभिक ए और एक्स युक्त प्रणाली के एनएमआर स्पेक्ट्रम का दृश्य मैं = 1/2जब शर्त पूरी हो जाती है δ कुल्हाड़ी> जे कुल्हाड़ी।

अंजीर पर। 5 दिखाता है कि एनएमआर स्पेक्ट्रम कैसा दिखता है यदि दोनों नाभिक, यानी ए और एक्स, में स्पिन 1/2 है। प्रत्येक दोहरे में घटकों के बीच की दूरी को स्पिन-स्पिन युग्मन स्थिरांक कहा जाता है और इसे आमतौर पर J (Hz) के रूप में दर्शाया जाता है; इस मामले में यह स्थिर J . हैएएच।

दोहरे की घटना इस तथ्य के कारण है कि प्रत्येक नाभिक पड़ोसी नाभिक की अनुनाद रेखाओं को विभाजित करता है 2आई+1अवयव। विभिन्न स्पिन राज्यों के बीच ऊर्जा अंतर इतना छोटा है कि थर्मल संतुलन पर बोल्ट्जमान वितरण के अनुसार इन राज्यों की संभावनाएं लगभग बराबर हो जाती हैं। नतीजतन, एक नाभिक के साथ बातचीत से उत्पन्न गुणक की सभी रेखाओं की तीव्रता समान होगी। मामले में जहां है एनसमतुल्य नाभिक (अर्थात, समान रूप से परिरक्षित, इसलिए उनके संकेतों में समान रासायनिक बदलाव होता है), पड़ोसी नाभिक के गुंजयमान संकेत को विभाजित किया जाता है 2एनआई + 1लाइनें।

निष्कर्ष

संघनित पदार्थ में एनएमआर की घटना की खोज के तुरंत बाद, यह स्पष्ट हो गया कि एनएमआर पदार्थ की संरचना और उसके गुणों के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली विधि का आधार होगा। दरअसल, एनएमआर स्पेक्ट्रा का अध्ययन करते समय, हम नाभिक की एक गुंजयमान प्रणाली के रूप में उपयोग करते हैं जो चुंबकीय वातावरण के प्रति बेहद संवेदनशील होते हैं। गुंजयमान नाभिक के पास स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र इंट्रा- और इंटरमॉलिक्युलर प्रभावों पर निर्भर करते हैं, जो कई-इलेक्ट्रॉन (आणविक) प्रणालियों की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करने के लिए इस प्रकार के स्पेक्ट्रोस्कोपी के मूल्य को निर्धारित करता है।

वर्तमान में, प्राकृतिक विज्ञान के क्षेत्र को इंगित करना मुश्किल है जहां एनएमआर का कुछ हद तक उपयोग नहीं किया जाता है। प्राकृतिक संरचनाओं (अभ्रक, एम्बर, अर्ध-कीमती पत्थरों, दहनशील खनिजों और अन्य खनिज कच्चे माल) के अध्ययन में, अर्थात् ऐसे वैज्ञानिक क्षेत्रों में एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों का व्यापक रूप से रसायन विज्ञान, आणविक भौतिकी, जीव विज्ञान, कृषि विज्ञान, चिकित्सा में उपयोग किया जाता है। जिसमें पदार्थ की संरचना, उसकी आणविक संरचना, रासायनिक बंधों की प्रकृति, अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं और आंतरिक गति के विभिन्न रूपों का अध्ययन किया जाता है।

फैक्ट्री प्रयोगशालाओं में तकनीकी प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के साथ-साथ उत्पादन में विभिन्न तकनीकी संचारों में इन प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को नियंत्रित और विनियमित करने के लिए एनएमआर विधियों का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। पिछले पचास वर्षों में अनुसंधान से पता चला है कि चुंबकीय अनुनाद विधियां प्रारंभिक अवस्था में जैविक प्रक्रियाओं के दौरान गड़बड़ी का पता लगा सकती हैं। चुंबकीय अनुनाद विधियों (एनएमआर टोमोग्राफी विधियों) द्वारा पूरे मानव शरीर के अध्ययन के लिए प्रतिष्ठान विकसित किए गए हैं और उत्पादित किए जा रहे हैं।

सीआईएस देशों के लिए, और सबसे ऊपर रूस, चुंबकीय अनुनाद विधियों (विशेष रूप से एनएमआर) ने अब तक इन राज्यों की अनुसंधान प्रयोगशालाओं में एक मजबूत स्थान ले लिया है। विभिन्न शहरों (मास्को, नोवोसिबिर्स्क, कज़ान, तेलिन, सेंट पीटर्सबर्ग, इरकुत्स्क, रोस्तोव-ऑन-डॉन, आदि) में, वैज्ञानिक स्कूल इन विधियों के उपयोग पर अपनी मूल समस्याओं और उनके समाधान के दृष्टिकोण के साथ उत्पन्न हुए।

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एक अणु में अलग-अलग वातावरण में परमाणुओं के एक ही नाभिक अलग-अलग एनएमआर संकेत दिखाते हैं। ऐसे एनएमआर सिग्नल और मानक पदार्थ के सिग्नल के बीच का अंतर तथाकथित रासायनिक बदलाव को निर्धारित करना संभव बनाता है, जो अध्ययन के तहत पदार्थ की रासायनिक संरचना के कारण होता है। एनएमआर तकनीकों में, पदार्थों की रासायनिक संरचना, अणुओं की संरचना, पारस्परिक प्रभाव के प्रभाव और इंट्रामोल्युलर परिवर्तनों को निर्धारित करने के कई अवसर हैं।

भौतिकी एनएमआर

के साथ नाभिक के ऊर्जा स्तरों का विभाजन मैं = 1/2चुंबकीय क्षेत्र में

परमाणु चुंबकीय अनुनाद की घटना परमाणु नाभिक के चुंबकीय गुणों पर आधारित है जिसमें अर्ध-पूर्णांक स्पिन 1/2, 3/2, 5/2 के साथ न्यूक्लियॉन होते हैं .... नाभिक भी द्रव्यमान और चार्ज संख्याओं के साथ (यहां तक ​​कि नाभिक भी) ) में चुंबकीय क्षण नहीं होता है, जबकि अन्य सभी नाभिकों के लिए चुंबकीय क्षण गैर-शून्य होता है।

इस प्रकार, नाभिक में संबंध द्वारा चुंबकीय क्षण से संबंधित कोणीय गति होती है

,

जहां प्लैंक स्थिरांक है, स्पिन क्वांटम संख्या है, जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है।

नाभिक के कोणीय संवेग और चुंबकीय आघूर्ण को परिमाणित किया जाता है और एक मनमाने ढंग से चुनी गई समन्वय प्रणाली के z-अक्ष पर प्रक्षेपण और कोणीय और चुंबकीय क्षणों के eigenvalues ​​​​संबंध द्वारा निर्धारित किए जाते हैं

और ,

नाभिक के स्वदेशी की चुंबकीय क्वांटम संख्या कहां है, इसके मूल्य नाभिक के स्पिन क्वांटम संख्या द्वारा निर्धारित किए जाते हैं

यानी कर्नेल राज्यों में हो सकता है।

तो, एक प्रोटॉन के लिए (या एक अन्य नाभिक के साथ मैं = 1/2- 13 सी, 19 एफ, 31 पी, आदि) केवल दो राज्यों में हो सकता है

,

इस तरह के एक कोर को एक चुंबकीय द्विध्रुवीय के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसके z-घटक को एक मनमानी समन्वय प्रणाली के z- अक्ष की सकारात्मक दिशा के समानांतर या समानांतर में उन्मुख किया जा सकता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, विभिन्न राज्यों वाले सभी राज्यों में समान ऊर्जा होती है, अर्थात वे पतित होते हैं। अपक्षय को एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में हटा दिया जाता है, जबकि पतित अवस्था के संबंध में विभाजन बाहरी चुंबकीय क्षेत्र और राज्य के चुंबकीय क्षण के समानुपाती होता है और एक स्पिन क्वांटम संख्या वाले नाभिक के लिए होता है मैंएक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में, की एक प्रणाली 2आई+1ऊर्जा स्तर, अर्थात्, परमाणु चुंबकीय अनुनाद की प्रकृति चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के विभाजन के Zeeman प्रभाव के समान होती है।

सरलतम स्थिति में, स्पिन c . वाले नाभिक के लिए मैं = 1/2- उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन के लिए, विभाजन

और स्पिन राज्यों का ऊर्जा अंतर

कुछ परमाणु नाभिकों की लार्मर आवृत्तियाँ

प्रोटॉन अनुनाद की आवृत्ति लघु तरंग परास (तरंगदैर्ध्य लगभग 7 मीटर) में होती है।

एनएमआर . का आवेदन

स्पेक्ट्रोस्कोपी

मुख्य लेख: एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

उपकरण

एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर का दिल एक शक्तिशाली चुंबक है। परसेल द्वारा पहले प्रयोग में लाए गए एक प्रयोग में, लगभग 5 मिमी व्यास के कांच के शीशी में रखा गया एक नमूना एक मजबूत विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच रखा जाता है। फिर ampoule घूमना शुरू कर देता है, और उस पर अभिनय करने वाला चुंबकीय क्षेत्र धीरे-धीरे बढ़ जाता है। एक उच्च गुणवत्ता वाले आरएफ जनरेटर का उपयोग विकिरण स्रोत के रूप में किया जाता है। बढ़ते चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया के तहत, जिस नाभिक से स्पेक्ट्रोमीटर को ट्यून किया जाता है, वह प्रतिध्वनित होने लगता है। इस मामले में, परिरक्षित कोर नाममात्र अनुनाद आवृत्ति (और डिवाइस) की तुलना में थोड़ी कम आवृत्ति पर प्रतिध्वनित होते हैं।

ऊर्जा अवशोषण को आरएफ ब्रिज द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है और फिर चार्ट रिकॉर्डर द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। आवृत्ति तब तक बढ़ाई जाती है जब तक यह एक निश्चित सीमा तक नहीं पहुंच जाती, जिसके ऊपर प्रतिध्वनि असंभव है।

चूंकि पुल से आने वाली धाराएं बहुत छोटी हैं, इसलिए वे एक स्पेक्ट्रम लेने तक ही सीमित नहीं हैं, बल्कि कई दर्जन पास बनाती हैं। सभी प्राप्त संकेतों को अंतिम ग्राफ पर संक्षेपित किया गया है, जिसकी गुणवत्ता उपकरण के सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर निर्भर करती है।

इस पद्धति में, नमूना एक स्थिर आवृत्ति पर रेडियो आवृत्ति विकिरण के संपर्क में आता है जबकि चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बदल जाती है, इसलिए इसे स्थिर क्षेत्र (CW) विधि भी कहा जाता है।

एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी की पारंपरिक पद्धति के कई नुकसान हैं। सबसे पहले, प्रत्येक स्पेक्ट्रम के निर्माण में बहुत समय लगता है। दूसरे, यह बाहरी हस्तक्षेप की अनुपस्थिति के बारे में बहुत उपयुक्त है, और एक नियम के रूप में, परिणामी स्पेक्ट्रा में महत्वपूर्ण शोर होता है। तीसरा, यह उच्च आवृत्ति वाले स्पेक्ट्रोमीटर (300, 400, 500 और अधिक मेगाहर्ट्ज) बनाने के लिए अनुपयुक्त है। इसलिए, आधुनिक एनएमआर उपकरणों में, प्राप्त सिग्नल के फूरियर रूपांतरण के आधार पर, तथाकथित स्पंदित स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीडब्लू) की विधि का उपयोग किया जाता है। वर्तमान में, सभी एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र के साथ शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के आधार पर बनाए जाते हैं।

सीडब्ल्यू विधि के विपरीत, स्पंदित संस्करण में, नाभिक का उत्तेजना "निरंतर तरंग" के साथ नहीं किया जाता है, लेकिन एक छोटी नाड़ी की मदद से, कई माइक्रोसेकंड लंबे होते हैं। नाड़ी के आवृत्ति घटकों के आयाम 0 से बढ़ती दूरी के साथ घटते जाते हैं। लेकिन चूंकि यह वांछनीय है कि सभी नाभिक समान रूप से विकिरणित हों, इसलिए "कठोर दालों" का उपयोग करना आवश्यक है, अर्थात उच्च शक्ति की छोटी दालें। पल्स अवधि को चुना जाता है ताकि आवृत्ति बैंडविड्थ स्पेक्ट्रम की चौड़ाई से परिमाण के एक या दो आदेशों से अधिक हो। शक्ति कई वाट तक पहुँचती है।

स्पंदित स्पेक्ट्रोस्कोपी के परिणामस्वरूप, दृश्यमान अनुनाद चोटियों वाला एक सामान्य स्पेक्ट्रम प्राप्त नहीं होता है, लेकिन नम गुंजयमान दोलनों की एक छवि, जिसमें सभी प्रतिध्वनित नाभिक से सभी संकेत मिश्रित होते हैं - तथाकथित "मुक्त प्रेरण क्षय" (FID, मुक्त प्रेरण क्षय) इस स्पेक्ट्रम को बदलने के लिए, गणितीय विधियों का उपयोग किया जाता है, तथाकथित फूरियर रूपांतरण, जिसके अनुसार किसी भी फ़ंक्शन को हार्मोनिक दोलनों के एक सेट के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है।

एनएमआर स्पेक्ट्रा

1 एच 4-एथोक्सीबेन्ज़ेल्डिहाइड का स्पेक्ट्रम। कमजोर क्षेत्र में (सिंगलेट ~9.25 पीपीएम) एल्डिहाइड समूह के प्रोटॉन का संकेत, मजबूत क्षेत्र में (ट्रिपलेट ~ 1.85-2 पीपीएम) - मिथाइल एथॉक्सी समूह का प्रोटॉन।

एनएमआर का उपयोग करके गुणात्मक विश्लेषण के लिए, इस पद्धति के ऐसे उल्लेखनीय गुणों के आधार पर वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग किया जाता है:

• कुछ कार्यात्मक समूहों में शामिल परमाणुओं के नाभिक के संकेत स्पेक्ट्रम के कड़ाई से परिभाषित क्षेत्रों में होते हैं;
• शिखर द्वारा सीमित अभिन्न क्षेत्र प्रतिध्वनित परमाणुओं की संख्या के समानुपाती होता है;
• तथाकथित के परिणामस्वरूप 1-4 बंधों के माध्यम से स्थित नाभिक मल्टीप्लेट सिग्नल उत्पन्न करने में सक्षम हैं। एक दूसरे पर बंट जाते हैं।

एनएमआर स्पेक्ट्रा में सिग्नल की स्थिति को संदर्भ सिग्नल के सापेक्ष उनके रासायनिक बदलाव की विशेषता है। 1 एच और 13 सी एनएमआर में उत्तरार्द्ध के रूप में, टेट्रामेथिलसिलेन सी (सीएच 3) 4 का उपयोग किया जाता है। रासायनिक बदलाव की इकाई उपकरण आवृत्ति के भाग प्रति मिलियन (पीपीएम) है। यदि हम टीएमएस सिग्नल को 0 के रूप में लेते हैं, और एक कमजोर क्षेत्र में सिग्नल शिफ्ट को सकारात्मक रासायनिक बदलाव के रूप में मानते हैं, तो हम तथाकथित δ स्केल प्राप्त करेंगे। यदि टेट्रामेथिलसिलेन की प्रतिध्वनि 10 पीपीएम के बराबर है और संकेतों को उलट दें, तो परिणामी पैमाना पैमाना होगा, जो वर्तमान में व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। यदि किसी पदार्थ का स्पेक्ट्रम व्याख्या करने के लिए बहुत जटिल है, तो स्क्रीनिंग स्थिरांक की गणना करने और उनके आधार पर संकेतों को सहसंबंधित करने के लिए क्वांटम रासायनिक विधियों का उपयोग किया जा सकता है।

एनएमआर इंट्रोस्कोपी

परमाणु चुंबकीय अनुनाद की घटना का उपयोग न केवल भौतिकी और रसायन विज्ञान में किया जा सकता है, बल्कि चिकित्सा में भी किया जा सकता है: मानव शरीर सभी समान कार्बनिक और अकार्बनिक अणुओं का एक संयोजन है।

इस घटना का निरीक्षण करने के लिए, एक वस्तु को एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और रेडियो आवृत्ति और ढाल चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आता है। अध्ययन के तहत वस्तु के आसपास के प्रारंभ करनेवाला में, एक वैकल्पिक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) उत्पन्न होता है, जिसका आयाम-आवृत्ति स्पेक्ट्रम और समय-संक्रमण विशेषताओं में परमाणु नाभिक के स्थानिक घनत्व के साथ-साथ अन्य विशिष्ट मापदंडों के बारे में जानकारी होती है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद के लिए। इस जानकारी का कंप्यूटर प्रसंस्करण एक त्रि-आयामी छवि उत्पन्न करता है जो रासायनिक रूप से समकक्ष नाभिक के घनत्व, परमाणु चुंबकीय अनुनाद के विश्राम समय, द्रव प्रवाह दर का वितरण, अणुओं का प्रसार, और जीवित ऊतकों में चयापचय की जैव रासायनिक प्रक्रियाओं की विशेषता है।

एनएमआर इंट्रोस्कोपी (या चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) का सार, वास्तव में, परमाणु चुंबकीय अनुनाद संकेत के आयाम के एक विशेष प्रकार के मात्रात्मक विश्लेषण के कार्यान्वयन में होता है। पारंपरिक एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में, इसका उद्देश्य वर्णक्रमीय रेखाओं के सर्वोत्तम संभव समाधान को प्राप्त करना है। ऐसा करने के लिए, चुंबकीय प्रणालियों को इस तरह से समायोजित किया जाता है ताकि नमूने के भीतर सर्वोत्तम संभव क्षेत्र एकरूपता बनाई जा सके। एनएमआर इंट्रोस्कोपी के तरीकों में, इसके विपरीत, चुंबकीय क्षेत्र स्पष्ट रूप से अमानवीय बनाया जाता है। फिर यह अपेक्षा करने का कारण है कि नमूने के प्रत्येक बिंदु पर परमाणु चुंबकीय अनुनाद की आवृत्ति का अपना मूल्य होता है, जो अन्य भागों के मूल्यों से भिन्न होता है। एनएमआर सिग्नल आयाम उन्नयन (मॉनिटर स्क्रीन पर चमक या रंग) के लिए कुछ कोड सेट करके, आप एक सशर्त छवि प्राप्त कर सकते हैं (

रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय

सामान्य फार्माकोपियन प्राधिकरण

परमाणु GPM की स्पेक्ट्रोस्कोपी 1.2.1.1.1.0007.15
GF . के बजाय चुंबकीय अनुनादबारहवीं, भाग 1,
ओएफएस 42-0046-07

परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (NMR) एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखे गैर-शून्य चुंबकीय क्षण के साथ एक नमूने के नाभिक द्वारा रेडियो आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण पर आधारित एक विधि है ( बी 0)। गैर-शून्य चुंबकीय क्षणों में एक विषम परमाणु द्रव्यमान (1 एच, 13 सी, 15 एन, 19 एफ, 31 पी, आदि) वाले तत्वों के नाभिक के समस्थानिक होते हैं।

सामान्य सिद्धांतों

अपनी धुरी के चारों ओर घूमते हुए एक नाभिक का अपना संवेग (कोणीय गति, या स्पिन) होता है पी. नाभिक का चुंबकीय क्षण μ स्पिन के सीधे आनुपातिक है: μ = पी(γ आनुपातिकता कारक या जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है)। कोणीय और चुंबकीय क्षणों को परिमाणित किया जाता है, अर्थात। 2 . में से एक में हो सकता है मैं+ 1 स्पिन राज्य ( मैं – स्पिन क्वांटम संख्या) नाभिक के चुंबकीय क्षणों की विभिन्न अवस्थाओं में समान ऊर्जा होती है यदि वे बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित न हों। जब नाभिक को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है बी 0, नाभिक की ऊर्जा विकृति दूर हो जाती है और ऊर्जा के एक स्तर से दूसरे स्तर पर संक्रमण की संभावना उत्पन्न हो जाती है। विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच नाभिक के वितरण की प्रक्रिया बोल्ट्जमैन वितरण कानून के अनुसार आगे बढ़ती है और एक मैक्रोस्कोपिक संतुलन अनुदैर्ध्य चुंबकत्व की उपस्थिति की ओर ले जाती है एमजेड. बनाने में लगने वाला समय एम z बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को चालू करने के बाद पर 0 , समय कहा जाता है अनुदैर्ध्यया घुमाना—जाली विश्राम (टीएक)। रेडियो आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत नाभिक के संतुलन वितरण का उल्लंघन होता है ( बी 1), लंबवत बी 0 , जो ऊर्जा अवशोषण के साथ ऊर्जा स्तरों के बीच अतिरिक्त संक्रमण का कारण बनता है (घटना नाभिकीय चुबकीय अनुनाद). आवृत्ति ν 0 जिस पर नाभिक द्वारा ऊर्जा का अवशोषण होता है ( लार्मोरोवाया गुंजयमान अवशोषण आवृत्ति), स्थिर क्षेत्र के मूल्य के आधार पर भिन्न होता है बी 0: ν 0 = γ बी 0 / 2π। अनुनाद के क्षण में, व्यक्तिगत परमाणु चुंबकीय क्षणों और क्षेत्र के बीच परस्पर क्रिया होती है पर 1 , जो एक वेक्टर आउटपुट करता है एम z अक्ष के अनुदिश संतुलन की स्थिति से जेड. नतीजतन, वहाँ प्रकट होता है अनुप्रस्थ चुंबकीयकरण एम xy. स्पिन प्रणाली के भीतर विनिमय से जुड़े इसका परिवर्तन समय की विशेषता है आड़ाया स्पिन स्पिन विश्राम (टी 2).

एक निश्चित मान पर रेडियो-आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र की आवृत्ति पर एक ही प्रकार के नाभिक द्वारा ऊर्जा अवशोषण की तीव्रता की निर्भरता पर 0 कहा जाता है एक आयामी स्पेक्ट्रमनाभिकीय चुबकीय अनुनादइस प्रकार की गुठली। एनएमआर स्पेक्ट्रम दो तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है: अलग-अलग आवृत्ति के आरएफ क्षेत्र के साथ नमूने को लगातार विकिरणित करके, जिसके परिणामस्वरूप एनएमआर स्पेक्ट्रम सीधे दर्ज किया जाता है (निरंतर एक्सपोजर स्पेक्ट्रोस्कोपी), या नमूना को एक छोटी आरएफ पल्स में उजागर करके ( स्पंदित स्पेक्ट्रोस्कोपी) स्पंदित एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में, प्रारंभिक स्पिन अवस्था में लौटने पर नाभिक द्वारा उत्सर्जित समय-क्षय सुसंगत विकिरण ( मुक्त प्रेरण क्षय संकेत) इसके बाद समय के पैमाने को आवृत्ति में बदलना ( फूरियर रूपांतरण).

अणुओं में, परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन अभिनय बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण को कम करते हैं बी 0 कर्नेल के स्थान पर, अर्थात। दिखाई पड़ना प्रतिचुंबकीय परिरक्षण:

बीस्थान = बी 0 (1 - ),

बीलोक परिणामी क्षेत्र की तीव्रता है;

स्क्रीनिंग स्थिरांक है।

नाभिक के संकेतों की गुंजयमान आवृत्तियों में अंतर, उनके स्क्रीनिंग स्थिरांक के अंतर के बराबर, कहलाता है रासायनिक पारीसंकेत, प्रतीक द्वारा इंगित किया गया δ , भागों प्रति मिलियन (पीपीएम) में मापा जाता है। रासायनिक बंधन इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से नाभिक के चुंबकीय क्षणों की बातचीत ( स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन) एनएमआर सिग्नल के विभाजन का कारण बनता है ( बहुलता, एम) गुणकों में घटकों की संख्या परमाणु स्पिन और परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों की संख्या से निर्धारित होती है। स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन का माप है स्पिन-स्पिन युग्मन स्थिरांक (जे, हर्ट्ज, हर्ट्ज में मापा जाता है)। मान , एमतथा जेस्थिर चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण पर निर्भर नहीं करता है।

स्पेक्ट्रम में परमाणु एनएमआर सिग्नल की तीव्रता इसके ऊर्जा स्तरों की आबादी से निर्धारित होती है। समस्थानिकों की एक प्राकृतिक बहुतायत वाले नाभिक में से, सबसे तीव्र संकेत हाइड्रोजन नाभिक द्वारा निर्मित होते हैं। एनएमआर संकेतों की तीव्रता अनुदैर्ध्य-अनुप्रस्थ छूट के समय से भी प्रभावित होती है (बड़ा .) टी 1 सिग्नल की तीव्रता में कमी)।

एनएमआर संकेतों की चौड़ाई (सिग्नल के आधे अधिकतम पर आवृत्तियों के बीच अंतर) पर निर्भर करता है टी 1 और टी 2. छोटा समय टी 1 और टी 2 व्यापक और खराब व्याख्या वाले स्पेक्ट्रम संकेतों का कारण बनता है।

एनएमआर विधि की संवेदनशीलता (किसी पदार्थ की अधिकतम पता लगाने योग्य एकाग्रता) परमाणु संकेत की तीव्रता पर निर्भर करती है। 1 एच नाभिक के लिए, संवेदनशीलता 10 -9 ÷ 10 -11 mol है।

विभिन्न वर्णक्रमीय मापदंडों के सहसंबंध (उदाहरण के लिए, एक ही आणविक प्रणाली के भीतर विभिन्न नाभिकों के रासायनिक बदलाव) होमो- और हेटेरोन्यूक्लियर विधियों द्वारा 2 डी या 3 डी प्रारूप में प्राप्त किए जा सकते हैं।

युक्ति

उच्च संकल्प एनएमआर पल्स स्पेक्ट्रोमीटर (एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर) में निम्न शामिल हैं:

• एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए चुंबक बी 0 ;
• आरएफ पल्स लगाने और नमूने द्वारा उत्सर्जित विकिरण का पता लगाने के लिए नमूना धारक के साथ एक तापमान नियंत्रित सेंसर;
• रेडियो फ्रीक्वेंसी पल्स बनाने, रिकॉर्डिंग, एम्पलीफाइंग और फ्री इंडक्शन डिके सिग्नल को डिजिटल रूप में बदलने के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण;
• इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को ट्यूनिंग और समायोजित करने के लिए उपकरण;
• डेटा संग्रह और प्रसंस्करण उपकरण (कंप्यूटर);

और यह भी शामिल हो सकता है:

एनएमआर तरल क्रोमैटोग्राफी या प्रवाह-इंजेक्शन विश्लेषण के लिए एक प्रवाह सेल;

• स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र ढाल बनाने के लिए प्रणाली।

तरल हीलियम से भरे एक देवर बर्तन में एक अतिचालकता कुंडल द्वारा एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।

एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के उचित कामकाज की जांच की जानी चाहिए। सत्यापन के लिए, उपयुक्त परीक्षण किए जाते हैं, जिसमें एक नियम के रूप में, कुछ शर्तों के तहत कुछ चोटियों की आधी ऊंचाई पर वर्णक्रमीय लिनिविथ का माप शामिल है ( अनुमति), सिग्नल स्थिति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता और सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एनएमआर स्पेक्ट्रम में एक विशिष्ट सिग्नल की तीव्रता और स्पेक्ट्रम के क्षेत्र में यादृच्छिक उतार-चढ़ाव के बीच का अनुपात जिसमें विश्लेषक से संकेत नहीं होते हैं, एस/एन) मानक मिश्रण के लिए। स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर में निर्धारित करने के लिए एल्गोरिदम शामिल हैं एस/एन. सभी उपकरण निर्माता इन मापदंडों के लिए विनिर्देश और माप प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं।

समाधान में नमूनों की एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

क्रियाविधि

परीक्षण नमूना एक विलायक में भंग कर दिया जाता है जिसमें नियामक दस्तावेज में निर्दिष्ट एक उपयुक्त रासायनिक बदलाव अंशांकन मानक जोड़ा जा सकता है। किसी पदार्थ (δ in-in) के नाभिक के आपेक्षिक रासायनिक विस्थापन का मान निम्नलिखित व्यंजक द्वारा निर्धारित किया जाता है:

इन-इन \u003d (ν इन-इन - ν मानक) / डिवाइस का ,

ν इन-इन - पदार्थ के मूल की अनुनाद आवृत्ति, हर्ट्ज;

etalon, etalon कोर, Hz की अनुनाद आवृत्ति है;

डिवाइस का एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर की ऑपरेटिंग आवृत्ति है (आवृत्ति जिस पर हाइड्रोजन नाभिक के लिए अनुनाद की स्थिति किसी दिए गए के लिए संतुष्ट होती है बी 0, मेगाहर्ट्ज)।

कार्बनिक सॉल्वैंट्स में समाधान के लिए, 1H और 13C स्पेक्ट्रा में रासायनिक बदलाव को टेट्रामेथिलसिलेन सिग्नल के सापेक्ष मापा जाता है, जिसकी स्थिति 0 पीपीएम के रूप में ली जाती है। रासायनिक बदलाव को टेट्रामेथिलसिलेन सिग्नल (डेल्टा रासायनिक बदलाव का पैमाना है) से एक कमजोर क्षेत्र (बाईं ओर) की दिशा में गिना जाता है। जलीय घोल के लिए, सोडियम 2,2-डाइमिथाइल-2-सिलानेपेंटेन-5-सल्फोनेट का उपयोग 1 एच एनएमआर स्पेक्ट्रा में एक संदर्भ के रूप में किया जाता है, मिथाइल समूह के प्रोटॉन की रासायनिक पारी 0.015 पीपीएम है। 13 सी जलीय घोल के स्पेक्ट्रा के लिए, डाइऑक्साइन का उपयोग संदर्भ के रूप में किया जाता है, जिसका रासायनिक बदलाव 67.4 पीपीएम है।

19 एफ स्पेक्ट्रा को कैलिब्रेट करते समय, ट्राइफ्लोरोएसेटिक एसिड या ट्राइक्लोरोफ्लोरोमेथेन का उपयोग शून्य रासायनिक बदलाव के साथ प्राथमिक मानक के रूप में किया जाता है; स्पेक्ट्रा 31 पी - फॉस्फोरिक एसिड या ट्राइमेथिल फॉस्फेट का 85% समाधान; स्पेक्ट्रा 15 एन - नाइट्रोमेथेन या संतृप्त अमोनिया समाधान। 1 एच और 13 सी एनएमआर में, एक नियम के रूप में, एक आंतरिक मानक का उपयोग किया जाता है, जिसे सीधे परीक्षण नमूने में जोड़ा जाता है। 15 एन, 19 एफ, और 31 पी एनएमआर अक्सर एक बाहरी मानक का उपयोग करते हैं, जो एक समाक्षीय बेलनाकार ट्यूब या केशिका में अलग से आयोजित किया जाता है।

एनएमआर स्पेक्ट्रा का वर्णन करते समय, उस विलायक को इंगित करना आवश्यक है जिसमें पदार्थ भंग होता है और इसकी एकाग्रता। सॉल्वैंट्स के रूप में आसानी से मोबाइल तरल पदार्थ का उपयोग किया जाता है, जिसमें विलायक संकेतों की तीव्रता को कम करने के लिए हाइड्रोजन परमाणुओं को ड्यूटेरियम परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। ड्यूटेरेटेड विलायक का चयन निम्नलिखित मानदंडों के आधार पर किया जाता है:

• 1) इसमें परीक्षण यौगिक की घुलनशीलता;
• 2) ड्यूटेरेटेड विलायक के अवशिष्ट प्रोटॉन के संकेतों और परीक्षण परिसर के संकेतों के बीच कोई ओवरलैप नहीं;
• 3) विलायक और परीक्षण यौगिक के बीच कोई अंतःक्रिया नहीं, जब तक कि अन्यथा संकेत न दिया गया हो।

सॉल्वेंट परमाणु ऐसे संकेत देते हैं जिन्हें उनके रासायनिक बदलाव से आसानी से पहचाना जा सकता है और उनका उपयोग रासायनिक शिफ्ट अक्ष (द्वितीयक मानक) को जांचने के लिए किया जा सकता है। ड्यूटेरेटेड सॉल्वैंट्स के अवशिष्ट प्रोटॉन संकेतों के रासायनिक बदलाव में निम्नलिखित मान (पीपीएम) हैं: क्लोरोफॉर्म, 7.26; बेंजीन, 7.16; पानी - 4.7; मेथनॉल -3.35 और 4.78; डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड - 2.50; एसीटोन - 2.05; अल्कोहल के हाइड्रॉक्सिल समूहों के पानी और प्रोटॉन के संकेत की स्थिति माध्यम और तापमान के पीएच पर निर्भर करती है।

मात्रात्मक विश्लेषण के लिए, समाधान अघुलनशील कणों से मुक्त होना चाहिए। कुछ assays के लिए, परीक्षण और संदर्भ तीव्रता की तुलना करने के लिए एक आंतरिक मानक जोड़ना आवश्यक हो सकता है। उपयुक्त मानक नमूने और उनकी सांद्रता को मानक प्रलेखन में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। एक टेस्ट ट्यूब और कैपिंग में नमूना रखने के बाद, नमूना एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के चुंबक में पेश किया जाता है, परीक्षण पैरामीटर सेट किए जाते हैं (सेटिंग्स, पंजीकरण, मुक्त प्रेरण क्षय संकेत का डिजिटलीकरण)। नियामक दस्तावेज़ीकरण में दिए गए मुख्य परीक्षण पैरामीटर कंप्यूटर में दर्ज या संग्रहीत किए जाते हैं।

समय के साथ स्पेक्ट्रम के बहाव को रोकने के लिए, एक स्थिरीकरण प्रक्रिया (ड्यूटेरियम लॉक) को ड्यूटेरियम सिग्नल का उपयोग करके किया जाता है, जब तक कि अन्यथा संकेत न दिया गया हो। उपकरण को सबसे इष्टतम अनुनाद स्थितियों और अधिकतम अनुपात प्राप्त करने के लिए समायोजित किया जाता है एस/एन(झिलमिलाता).

परीक्षण के दौरान, मुक्त प्रेरण के क्षय और शोर स्तर के औसत के व्यक्तिगत संकेतों के बाद के योग के साथ "आवेग - डेटा अधिग्रहण - विराम" चक्रों के कई अनुक्रम करना संभव है। पल्स अनुक्रमों के बीच देरी का समय जिसके दौरान परमाणु स्पिन की प्रणाली अपने चुंबकीयकरण को पुनर्स्थापित करती है ( डी 1), मात्रात्मक माप के लिए अनुदैर्ध्य विश्राम समय से अधिक होना चाहिए टी 1: डी 1 ≥ 5 टीएक । स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर में निर्धारित करने के लिए एल्गोरिदम शामिल हैं टीएक । यदि मान टी 1 अज्ञात है, मान का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है डी 1 = 25 सेकंड।

फूरियर रूपांतरण करने के बाद, आवृत्ति प्रतिनिधित्व में संकेतों को चयनित मानक में कैलिब्रेट किया जाता है और उनकी सापेक्ष तीव्रता को एकीकरण द्वारा मापा जाता है - गुंजयमान संकेतों के क्षेत्रों के अनुपात को मापना। 13 सी स्पेक्ट्रा में, केवल उसी प्रकार के सिग्नल एकीकृत होते हैं। सिग्नल एकीकरण सटीकता अनुपात पर निर्भर करती है संकेत – शोर (एस/एन):

कहाँ पे तुम(मैं) एकीकरण की मानक अनिश्चितता है।

एक संतोषजनक अनुपात प्राप्त करने के लिए आवश्यक मुक्त प्रेरण क्षय संचय की संख्या एस/ एन, नियामक दस्तावेज में दिया जाना चाहिए।

विश्लेषणात्मक उद्देश्यों के लिए एक-आयामी के साथ, होमो- और हेटेरोन्यूक्लियर दो-आयामी सहसंबंध स्पेक्ट्रा का उपयोग दालों के एक निश्चित अनुक्रम (COSY, NOESY, ROESY, HSQC, HMBC, HETCOR, CIGAR, INADEQUATE, आदि) के आधार पर किया जाता है। द्वि-आयामी स्पेक्ट्रा में, नाभिक के बीच की बातचीत क्रॉस पीक्स नामक संकेतों के रूप में प्रकट होती है। क्रॉस चोटियों की स्थिति दो परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों के रासायनिक बदलाव के मूल्यों से निर्धारित होती है। जटिल मिश्रण और अर्क की संरचना को निर्धारित करने के लिए द्वि-आयामी स्पेक्ट्रा का अधिमानतः उपयोग किया जाता है, क्योंकि द्वि-आयामी स्पेक्ट्रा में सिग्नल सुपरपोजिशन (क्रॉस चोटियों) की संभावना एक-आयामी स्पेक्ट्रा में सिग्नल सुपरपोजिशन की संभावना से काफी कम है।

हेटेरोन्यूक्लि (13 सी, 15 एन, आदि) के स्पेक्ट्रा को जल्दी से प्राप्त करने के लिए, विधियों (एचएसक्यूसी, एचएमबीसी) का उपयोग किया जाता है जो एक को हेटेरोन्यूक्लियर इंटरैक्शन के तंत्र का उपयोग करके 1 एच नाभिक पर अन्य नाभिक के स्पेक्ट्रा प्राप्त करने की अनुमति देता है।

चुंबकीय क्षेत्र ढाल की क्रिया के तहत अणुओं के स्थानान्तरणीय विस्थापन के कारण परमाणु स्पिन के चरण सुसंगतता के नुकसान को रिकॉर्ड करने के आधार पर DOSY तकनीक, मिश्रण में व्यक्तिगत यौगिकों (वर्णक्रमीय पृथक्करण) के स्पेक्ट्रा को उनके भौतिक पृथक्करण के बिना प्राप्त करना संभव बनाती है। और आणविक वस्तुओं (अणुओं, मैक्रोमोलेक्यूल्स, आणविक परिसरों, सुपरमॉलेक्यूलर सिस्टम) के आकार, एकत्रीकरण की डिग्री और आणविक भार निर्धारित करने के लिए।

उपयोग के क्षेत्र

परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रा में निहित संरचनात्मक और विश्लेषणात्मक जानकारी की विविधता गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण के लिए परमाणु चुंबकीय अनुनाद पद्धति का उपयोग करना संभव बनाती है। मात्रात्मक विश्लेषण में परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग स्पेक्ट्रम में संबंधित अवशोषण संकेत की अभिन्न तीव्रता के लिए चुंबकीय रूप से सक्रिय नाभिक की दाढ़ एकाग्रता की प्रत्यक्ष आनुपातिकता पर आधारित है।

1. सक्रिय पदार्थ की पहचान. एक मानक नमूने के स्पेक्ट्रम के साथ या एक प्रकाशित संदर्भ स्पेक्ट्रम के साथ परीक्षण नमूने के स्पेक्ट्रम की तुलना करके सक्रिय पदार्थ की पहचान की जाती है। मानक और परीक्षण नमूनों का स्पेक्ट्रा समान विधियों और शर्तों का उपयोग करके प्राप्त किया जाना चाहिए। तुलना किए गए स्पेक्ट्रा में चोटियों को स्थिति में मेल खाना चाहिए (मानों का विचलन δ ± 0.1 पीपीएम के भीतर परीक्षण और मानक नमूने। परमाणु चुंबकीय अनुनाद 1 एन और ± 0.5 पीपीएम के लिए। परमाणु चुंबकीय अनुनाद 13 सी के लिए), एकीकृत तीव्रता और बहुलता, जिसके मान स्पेक्ट्रा का वर्णन करते समय दिए जाने चाहिए। एक मानक नमूने की अनुपस्थिति में, एक फार्माकोपियल मानक नमूने का उपयोग किया जा सकता है, जिसकी पहचान वर्णक्रमीय डेटा और वैकल्पिक तरीकों की स्वतंत्र संरचनात्मक व्याख्या द्वारा पुष्टि की जाती है।

गैर-स्टोइकोमेट्रिक संरचना (उदाहरण के लिए, चर संरचना के प्राकृतिक पॉलिमर) के नमूनों की प्रामाणिकता की पुष्टि करते समय, परीक्षण की चोटियों और मानक नमूनों को संकेतों की स्थिति और अभिन्न तीव्रता में भिन्न होने की अनुमति है। तुलना की जाने वाली स्पेक्ट्रा समान होनी चाहिए, अर्थात परीक्षण और मानक नमूनों के टुकड़े की संरचना के संयोग की पुष्टि करते हुए, संकेतों के समान विशिष्ट क्षेत्र होते हैं।

पदार्थों (अर्क) के मिश्रण की प्रामाणिकता स्थापित करने के लिए, एक-आयामी एनएमआर स्पेक्ट्रा का उपयोग किसी वस्तु के "उंगलियों के निशान" के रूप में, के मूल्यों और व्यक्तिगत संकेतों की बहुलता के विवरण के बिना किया जा सकता है। प्रामाणिकता के लिए दावा किए गए स्पेक्ट्रा (स्पेक्ट्रम टुकड़े) के विवरण में द्वि-आयामी एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करने के मामले में, क्रॉस चोटियों के मूल्य दिए जाने चाहिए।

1. विदेशी पदार्थ/अवशिष्ट कार्बनिक सॉल्वैंट्स की पहचान. अशुद्धियों/अवशिष्ट कार्बनिक सॉल्वैंट्स की पहचान सक्रिय पदार्थ की पहचान के समान ही की जाती है, संवेदनशीलता और डिजिटल संकल्प के लिए आवश्यकताओं को कड़ा किया जाता है।
2. सक्रिय पदार्थ के संबंध में विदेशी अशुद्धियों / अवशिष्ट कार्बनिक सॉल्वैंट्स की सामग्री का निर्धारण।सक्रिय पदार्थ और अशुद्धता यौगिक के दाढ़ अनुपात को निर्धारित करने के लिए एनएमआर विधि एक प्रत्यक्ष निरपेक्ष विधि है ( एन/एनअशुद्धता):

कहाँ पे एस‘ तथा एस‘ अशुद्धता - सक्रिय पदार्थ और अशुद्धता के संकेतों की अभिन्न तीव्रता के सामान्यीकृत मूल्य।

संरचनात्मक टुकड़े में नाभिक की संख्या के अनुसार सामान्यीकरण किया जाता है, जो मापा संकेत निर्धारित करता है।

सक्रिय पदार्थ के सापेक्ष अशुद्धता/अवशिष्ट कार्बनिक विलायक का द्रव्यमान अंश ( एक्सपीआर) सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

एमपीआर अशुद्धता का आणविक भार है;

एमसक्रिय पदार्थ का आणविक भार है;

एस‘ पीआर अशुद्धता संकेत की अभिन्न तीव्रता का सामान्यीकृत मूल्य है;

एस'- सक्रिय पदार्थ के संकेत की अभिन्न तीव्रता का सामान्यीकृत मूल्य।

1. दवा पदार्थ में पदार्थ की सामग्री (सक्रिय पदार्थ, अशुद्धता / अवशिष्ट विलायक) का मात्रात्मक निर्धारण. पदार्थ की पूर्ण सामग्री एक फार्मास्युटिकल पदार्थ में, यह आंतरिक मानक विधि द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसे एक ऐसे पदार्थ के रूप में चुना जाता है जिसके संकेत विश्लेषण के संकेतों के करीब होते हैं, उनके साथ ओवरलैप किए बिना। विश्लेषण और मानक की संकेत तीव्रता में काफी अंतर नहीं होना चाहिए।

शुष्क पदार्थ के संदर्भ में परीक्षण नमूने में विश्लेषण का प्रतिशत ( एक्स,% द्रव्यमान) की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

एक्स,% द्रव्यमान = 100 ( एस‘ /एस‘ 0) ∙ (एम ∙ ए 0 /एम 0 ∙ ए) ∙ ,

एस'विश्लेषक के संकेत की अभिन्न तीव्रता का सामान्यीकृत मूल्य है;

एस'0 मानक की एकीकृत सिग्नल तीव्रता का सामान्यीकृत मान है;

एमविश्लेषण का आणविक भार है;

एम 0 - आणविक भार;

ए- परीक्षण के नमूने का वजन;

एक 0- मानक पदार्थ का वजन;

वू- नमी सामग्री,%।

निम्नलिखित यौगिकों को मानकों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है: मैलिक एसिड (2H; 6.60 पीपीएम, एम= 116.07), बेंजाइल बेंजोएट (2H; 5.30 पीपीएम, एम= 212.25), मैलोनिक एसिड (2एच; 3.30 पीपीएम, एम= 104.03), सक्सेनिमाइड (4एच; 2.77 पीपीएम, एम= 99.09), एसिटानिलाइड (3H; 2.12 पीपीएम, एम = 135,16), टर्टा-बुटानॉल (9एच; 1.30 पीपीएम, एम = 74,12).

सापेक्ष पदार्थ सामग्रीएक दवा पदार्थ के घटकों के मिश्रण में एक घटक के अनुपात के रूप में आंतरिक सामान्यीकरण की विधि द्वारा निर्धारित किया जाता है। दाढ़ ( एक्स mol) और द्रव्यमान ( एक्सद्रव्यमान) घटक अंश मैंमिश्रण में एनपदार्थ सूत्रों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

1. प्रोटीन और पॉलिमर के आणविक भार का निर्धारण. प्रोटीन और पॉलिमर के आणविक भार को उनकी गतिशीलता की तुलना ज्ञात आणविक भार के संदर्भ यौगिकों के साथ DOSY तकनीकों का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। स्व-प्रसार गुणांक मापा जाता है ( डी) परीक्षण और मानक नमूनों की, लघुगणक पर मानक यौगिकों के आणविक भार के लघुगणक की निर्भरता की साजिश रचें डी. इस प्रकार प्राप्त ग्राफ से, परीक्षण नमूनों के अज्ञात आणविक भार रैखिक प्रतिगमन द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। नियामक दस्तावेज में DOSY प्रयोग का पूरा विवरण दिया जाना चाहिए।

ठोस पदार्थों की एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी

ठोस अवस्था में नमूनों का विश्लेषण विशेष रूप से सुसज्जित एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके किया जाता है। कुछ तकनीकी संचालन (चुंबकीय क्षेत्र की धुरी के लिए एक जादुई कोण (54.7 °) पर झुके हुए रोटर में पाउडर के नमूने का रोटेशन पर 0, बल क्षीणन, अत्यधिक उत्तेजनीय नाभिक से कम ध्रुवीकरण वाले नाभिक में ध्रुवीकरण स्थानांतरण - क्रॉस-पोलराइजेशन) कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रा प्राप्त करना संभव बनाता है। नियामक दस्तावेज में प्रक्रिया का पूरा विवरण दिया जाना चाहिए। इस प्रकार के एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के आवेदन का मुख्य क्षेत्र ठोस दवाओं के बहुरूपता का अध्ययन है।

नाभिकीय चुबकीय अनुनाद
नाभिकीय चुबकीय अनुनाद

परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) - परमाणु नाभिक द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों का गुंजयमान अवशोषण, जो तब होता है जब वैक्टर के अपने स्वयं के क्षणों (स्पिन) के उन्मुखीकरण में परिवर्तन होता है। एनएमआर एक मजबूत स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखे नमूनों में होता है, साथ ही साथ उन्हें रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज के कमजोर वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में उजागर करता है (वैकल्पिक क्षेत्र के बल की रेखाएं स्थिर क्षेत्र की बल की रेखाओं के लंबवत होनी चाहिए)। हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) के लिए एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में 10 4 ओर्स्टेड अनुनाद की ताकत 42.58 मेगाहर्ट्ज की रेडियो आवृत्ति पर होती है। 103-104 के चुंबकीय क्षेत्र में अन्य नाभिकों के लिए 1-10 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति रेंज में एनएमआर मनाया जाता है। ठोस और जटिल अणुओं की संरचना का अध्ययन करने के लिए एनएमआर का व्यापक रूप से भौतिकी, रसायन विज्ञान और जैव रसायन में उपयोग किया जाता है। चिकित्सा में, 0.5-1 मिमी के संकल्प के साथ एनएमआर का उपयोग करके, किसी व्यक्ति के आंतरिक अंगों की एक स्थानिक छवि प्राप्त की जाती है।

आइए सबसे सरल नाभिक - हाइड्रोजन के उदाहरण पर एनएमआर की घटना पर विचार करें। हाइड्रोजन नाभिक एक प्रोटॉन है, जिसका संवेग (स्पिन) के अपने यांत्रिक क्षण का एक निश्चित मान होता है। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, प्रोटॉन स्पिन वेक्टर में अंतरिक्ष में केवल दो परस्पर विपरीत दिशाएँ हो सकती हैं, जिन्हें पारंपरिक रूप से "अप" और "डाउन" शब्दों द्वारा दर्शाया जाता है। प्रोटॉन में एक चुंबकीय क्षण भी होता है, जिसके वेक्टर की दिशा स्पिन वेक्टर की दिशा से सख्ती से जुड़ी होती है। इसलिए, प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण के वेक्टर को "ऊपर" या "नीचे" निर्देशित किया जा सकता है। इस प्रकार, प्रोटॉन को अंतरिक्ष में दो संभावित झुकावों के साथ एक सूक्ष्म चुंबक के रूप में दर्शाया जा सकता है। यदि आप एक प्रोटॉन को बाहरी स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखते हैं, तो इस क्षेत्र में प्रोटॉन की ऊर्जा इस बात पर निर्भर करेगी कि इसका चुंबकीय क्षण कहाँ निर्देशित है। एक प्रोटॉन की ऊर्जा अधिक होगी यदि उसके चुंबकीय क्षण (और स्पिन) को क्षेत्र के विपरीत दिशा में निर्देशित किया जाए। आइए इस ऊर्जा को E के रूप में निरूपित करें। यदि प्रोटॉन का चुंबकीय आघूर्ण (स्पिन) उसी दिशा में निर्देशित है जिस दिशा में क्षेत्र है, तो प्रोटॉन की ऊर्जा, जिसे E दर्शाया गया है, कम होगी (E)< E ↓). Пусть протон оказался именно в этом последнем состоянии. Если теперь протону добавить энергию Δ Е = E ↓ − E , то он сможет скачком перейти в состояние с большей энергией, в котором его спин будет направлен против поля. Добавить энергию протону можно, “облучая” его квантами электромагнитных волн с частотой ω, определяемой соотношением ΔЕ = ћω.
आइए एक प्रोटॉन से हाइड्रोजन के एक मैक्रोस्कोपिक नमूने की ओर बढ़ते हैं जिसमें बड़ी संख्या में प्रोटॉन होते हैं। स्थिति इस तरह दिखेगी। नमूने में, स्पिन के यादृच्छिक अभिविन्यास के औसत के कारण, लगभग समान संख्या में प्रोटॉन, जब एक निरंतर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो इस क्षेत्र के सापेक्ष "ऊपर" और "नीचे" निर्देशित स्पिन के साथ दिखाई देगा। आवृत्ति = (ई - ई )/ћ के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों के साथ एक नमूने का विकिरण प्रोटॉन के "बड़े पैमाने पर" स्पिन फ्लिप (चुंबकीय क्षण) का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप नमूने के सभी प्रोटॉन एक राज्य में होंगे क्षेत्र के खिलाफ निर्देशित स्पिन के साथ। प्रोटॉन के उन्मुखीकरण में इतना बड़ा परिवर्तन विकिरण विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा (और ऊर्जा) के तेज (गुंजयमान) अवशोषण के साथ होगा। यह एनएमआर है। एनएमआर केवल विशेष तकनीकों और अत्यधिक संवेदनशील उपकरणों का उपयोग करके बड़ी संख्या में नाभिक (10 16) वाले नमूनों में देखा जा सकता है।