ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი (NMR) არის ბირთვული სპექტროსკოპია, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ფიზიკურ მეცნიერებებში და ინდუსტრიაში. NMR-ში ამისთვის ატომის ბირთვების შინაგანი სპინის თვისებების გამოკვლევადიდი მაგნიტის გამოყენებით. ნებისმიერი სპექტროსკოპიის მსგავსად, ის იყენებს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას (რადიო სიხშირის ტალღები VHF დიაპაზონში) ენერგიის დონეებს შორის გადასვლის შესაქმნელად (რეზონანსი). ქიმიაში, NMR ეხმარება განსაზღვროს მცირე მოლეკულების სტრუქტურა. მედიცინაში ბირთვულმა მაგნიტურმა რეზონანსმა იპოვა გამოყენება მაგნიტურ-რეზონანსულ ტომოგრაფიაში (MRI).

გახსნა

NMR აღმოაჩინეს 1946 წელს ჰარვარდის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა პერსელმა, პაუნდმა და ტორემ, და სტენფორდის ბლოხმა, ჰანსენმა და პაკარდმა. მათ შენიშნეს, რომ 1 H და 31 P ბირთვები (პროტონი და ფოსფორი-31) შეუძლიათ აითვისონ რადიოსიხშირული ენერგია მაგნიტური ველის ზემოქმედებისას, რომლის სიძლიერე სპეციფიკურია თითოეული ატომისთვის. როდესაც შეიწოვება, მათ დაიწყეს რეზონანსი, თითოეული ელემენტი თავისი სიხშირით. ამ დაკვირვებამ მოლეკულის სტრუქტურის დეტალური ანალიზის საშუალება მისცა. მას შემდეგ NMR-მ იპოვა გამოყენება მყარი, სითხეებისა და აირების კინეტიკურ და სტრუქტურულ კვლევებში, რის შედეგადაც 6 ნობელის პრემია მიიღო.

სპინი და მაგნიტური თვისებები

ბირთვი შედგება ელემენტარული ნაწილაკებისგან, რომლებსაც ნეიტრონები და პროტონები უწოდებენ. მათ აქვთ საკუთარი კუთხოვანი იმპულსი, რომელსაც სპინი ეწოდება. ელექტრონების მსგავსად, ბირთვის სპინი შეიძლება აღწერილი იყოს კვანტური რიცხვებით I და m მაგნიტურ ველში. პროტონებისა და ნეიტრონების ლუწი რაოდენობის მქონე ატომურ ბირთვებს აქვთ ნულოვანი სპინი, ხოლო ყველა დანარჩენს არ აქვს ნულოვანი. გარდა ამისა, არანულოვანი სპინის მქონე მოლეკულებს აქვთ მაგნიტური მომენტი μ = γ მე, სადაც γ არის გირომაგნიტური თანაფარდობა, პროპორციულობის მუდმივი მაგნიტურ დიპოლურ მომენტსა და კუთხურ მომენტს შორის, რომელიც განსხვავებულია თითოეული ატომისთვის.

ბირთვის მაგნიტური მომენტი აიძულებს მას პაწაწინა მაგნიტივით მოიქცეს. გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში, თითოეული მაგნიტი შემთხვევით არის ორიენტირებული. NMR ექსპერიმენტის დროს ნიმუში მოთავსებულია გარე მაგნიტურ ველში B 0 , რაც იწვევს დაბალი ენერგიის ზოლის მაგნიტების გასწორებას B 0-ის მიმართულებით და მაღალი ენერგიის საპირისპირო მიმართულებით. ამ შემთხვევაში იცვლება მაგნიტების ბრუნვის ორიენტაცია. ამ საკმაოდ აბსტრაქტული კონცეფციის გასაგებად, უნდა გავითვალისწინოთ ბირთვის ენერგიის დონეები NMR ექსპერიმენტის დროს.

ენერგიის დონეები

spin flip მოითხოვს კვანტების მთელ რიცხვს. ნებისმიერი მ-ისთვის არის 2 მ + 1 ენერგიის დონე. 1/2 სპინის მქონე ბირთვისთვის არის მხოლოდ 2 მათგანი - დაბალი, დაკავებულია B 0-თან გასწორებული სპინებით და მაღალი, დაკავებულია B 0-ის წინააღმდეგ მიმართული სპინებით. თითოეული ენერგეტიკული დონე განისაზღვრება E = -mℏγВ 0 , სადაც m არის მაგნიტური კვანტური რიცხვი, ამ შემთხვევაში +/- 1/2. ენერგეტიკული დონეები m> 1/2-ისთვის, რომელიც ცნობილია როგორც ოთხპოლუსიანი ბირთვები, უფრო რთულია.

დონეებს შორის ენერგიის სხვაობაა: ΔE = ℏγB 0, სადაც ℏ არის პლანკის მუდმივი.

როგორც ხედავთ, მაგნიტური ველის სიძლიერეს დიდი მნიშვნელობა აქვს, რადგან მისი არარსებობის შემთხვევაში დონეები დეგენერირებულია.

ენერგიის გადასვლები

იმისათვის, რომ მოხდეს ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი, ენერგიის დონეებს შორის უნდა მოხდეს სპინის გადახვევა. ენერგეტიკული განსხვავება ორ მდგომარეობას შორის შეესაბამება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიას, რაც იწვევს ბირთვების ენერგიის დონის შეცვლას. Უმეტესად NMR სპექტრომეტრები 0-ზე მას აქვს 1 ტესლა (T) რიგი, ხოლო γ - 10 7. ამიტომ, საჭირო ელექტრომაგნიტური გამოსხივება არის 10 7 ჰც-ის რიგის. ფოტონის ენერგია წარმოდგენილია ფორმულით E = hν. ამიტომ შთანთქმისთვის საჭირო სიხშირეა: ν= γВ 0 /2π.

ბირთვული დაცვა

NMR-ის ფიზიკა ემყარება ბირთვული დაცვის კონცეფციას, რაც შესაძლებელს ხდის მატერიის სტრუქტურის დადგენას. თითოეული ატომი გარშემორტყმულია ელექტრონებით, რომლებიც ბრუნავენ ბირთვის ირგვლივ და მოქმედებენ მის მაგნიტურ ველზე, რაც თავის მხრივ იწვევს ენერგიის დონეების მცირე ცვლილებებს. ამას ფარი ჰქვია. ბირთვებს, რომლებიც განიცდიან სხვადასხვა მაგნიტურ ველებს, რომლებიც დაკავშირებულია ადგილობრივ ელექტრონულ ურთიერთქმედებებთან, ეწოდება არაეკვივალენტური. ენერგიის დონის შეცვლა სპინის გადაბრუნებისთვის მოითხოვს განსხვავებულ სიხშირეს, რაც ქმნის ახალ პიკს NMR სპექტრში. სკრინინგი საშუალებას იძლევა მოლეკულების სტრუქტურული განსაზღვრა NMR სიგნალის ანალიზით ფურიეს ტრანსფორმაციის გამოყენებით. შედეგი არის სპექტრი, რომელიც შედგება მწვერვალების ნაკრებისგან, თითოეული შეესაბამება სხვადასხვა ქიმიურ გარემოს. პიკის ფართობი ბირთვების რაოდენობის პირდაპირპროპორციულია. დეტალური სტრუქტურის ინფორმაცია მოძიებულია NMR ურთიერთქმედება, რომლებიც ცვლის სპექტრს სხვადასხვა გზით.

რელაქსაცია

რელაქსაცია ეხება ბირთვების მათში დაბრუნების ფენომენს თერმოდინამიკურადსტაბილურია მდგომარეობის მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე აგზნების შემდეგ. ამ შემთხვევაში, ქვედა დონიდან უფრო მაღალზე გადასვლისას შთანთქმული ენერგია გამოიყოფა. ეს საკმაოდ რთული პროცესია, რომელიც მიმდინარეობს სხვადასხვა ვადებში. ორი ყველაზე ფართოდ გავრცელებულირელაქსაციის ტიპებია სპინ-ლატისი და სპინ-სპინი.

რელაქსაციის გასაგებად, აუცილებელია მთელი ნიმუშის გათვალისწინება. თუ ბირთვები მოთავსებულია გარე მაგნიტურ ველში, ისინი შექმნიან მასიურ მაგნიტიზაციას Z ღერძის გასწვრივ. მათი სპინები ასევე თანმიმდევრულია და იძლევა სიგნალის გამოვლენის საშუალებას. NMR გადააქვს დიდი მაგნიტიზაცია Z ღერძიდან XY სიბრტყეში, სადაც ის ვლინდება.

სპინ-ლატის რელაქსაცია ხასიათდება იმ დროით, რომელიც საჭიროა T 1 Z ღერძის გასწვრივ მოცულობითი მაგნიტიზაციის 37%-ის აღსადგენად. რაც უფრო ეფექტურია რელაქსაციის პროცესი, მით უფრო მცირეა T 1. მყარ სხეულებში, ვინაიდან მოლეკულებს შორის მოძრაობა შეზღუდულია, რელაქსაციის დრო გრძელია. გაზომვები ჩვეულებრივ ხორციელდება პულსის მეთოდებით.

სპინ-სპინის რელაქსაცია ხასიათდება ურთიერთშეთანხმების დაკარგვით T 2 . ის შეიძლება იყოს T 1-ზე ნაკლები ან ტოლი.

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი და მისი გამოყენება

ორი ძირითადი სფერო, რომლებშიც NMR ძალიან მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, არის მედიცინა და ქიმია, მაგრამ ახალი აპლიკაციები ყოველდღიურად მუშავდება.

ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია, რომელიც უფრო ხშირად ცნობილია როგორც მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულება (MRI), არის მნიშვნელოვანი სამედიცინო დიაგნოსტიკური ინსტრუმენტიგამოიყენება ადამიანის სხეულის ფუნქციებისა და სტრუქტურის შესასწავლად. ის საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ნებისმიერი ორგანოს, განსაკუთრებით რბილი ქსოვილების დეტალური სურათები ყველა შესაძლო სიბრტყეში. გამოიყენება გულ-სისხლძარღვთა, ნევროლოგიური, კუნთოვანი და ონკოლოგიური გამოსახულების სფეროებში. ალტერნატიული კომპიუტერული ტომოგრაფიისგან განსხვავებით, მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია არ იყენებს მაიონებელ გამოსხივებას, შესაბამისად ის სრულიად უსაფრთხოა.

MRI-ს შეუძლია აღმოაჩინოს დახვეწილი ცვლილებები, რომლებიც დროთა განმავლობაში ხდება. MRI გამოსახულება შეიძლება გამოყენებულ იქნას სტრუქტურული დარღვევების დასადგენად, რომლებიც წარმოიქმნება დაავადების მიმდინარეობისას, როგორ მოქმედებს ისინი შემდგომ განვითარებაზე და როგორ არის მათი პროგრესი კორელაციაში აშლილობის ფსიქიკურ და ემოციურ ასპექტებთან. მას შემდეგ, რაც MRI არ ახდენს ძვლის ვიზუალიზაციას კარგად, შესანიშნავი ინტრაკრანიალური და ინტრავერტებერალურიშინაარსი.

დიაგნოსტიკაში ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის გამოყენების პრინციპები

MRI პროცედურის დროს პაციენტი წევს მასიური ღრუ ცილინდრული მაგნიტის შიგნით და ექვემდებარება ძლიერ, სტაბილურ მაგნიტურ ველს. სხეულის სკანირებულ ნაწილში სხვადასხვა ატომები რეზონანსს ახდენენ ველის სხვადასხვა სიხშირეზე. MRI ძირითადად გამოიყენება წყალბადის ატომების ვიბრაციების გამოსავლენად, რომლებიც შეიცავს მბრუნავ პროტონულ ბირთვს მცირე მაგნიტური ველით. MRI-ში ფონის მაგნიტური ველი ხაზს უსვამს წყალბადის ყველა ატომს ქსოვილში. მეორე მაგნიტური ველი, რომლის ორიენტაცია განსხვავდება ფონის მიმართ, წამში ბევრჯერ ირთვება და ირთვება. გარკვეული სიხშირით, ატომები რეზონანსს განიცდიან და რიგდებიან მეორე ველთან. როდესაც ის გამორთულია, ატომები უკან ბრუნდებიან და ფონს უსწორდებიან. ეს ქმნის სიგნალს, რომელიც შეიძლება იქნას მიღებული და გარდაიქმნას სურათად.

წყალბადის დიდი რაოდენობით ქსოვილები, რომლებიც ადამიანის ორგანიზმში წყლის შემადგენლობით არის, ქმნის ნათელ გამოსახულებას და მისი მცირე შემცველობით ან არარსებობით (მაგალითად, ძვლები) ბნელად გამოიყურება. MRI-ს სიკაშკაშე აძლიერებს კონტრასტული აგენტი, როგორიცაა გადოდიამიდი, რომელსაც პაციენტები იღებენ პროცედურის დაწყებამდე. მიუხედავად იმისა, რომ ამ აგენტებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ გამოსახულების ხარისხი, პროცედურის მგრძნობელობა შედარებით შეზღუდულია. მუშავდება ტექნიკა MRI-ს მგრძნობელობის გაზრდის მიზნით. ყველაზე პერსპექტიული არის პარაჰიდროგენის გამოყენება, წყალბადის ფორმა უნიკალური მოლეკულური სპინის თვისებებით, რომელიც ძალიან მგრძნობიარეა მაგნიტური ველების მიმართ.

MRI-ში გამოყენებული მაგნიტური ველების მუშაობის გაუმჯობესებამ გამოიწვია უაღრესად მგრძნობიარე ვიზუალიზაციის მოდალობის განვითარება, როგორიცაა დიფუზია და ფუნქციური MRI, რომლებიც შექმნილია ქსოვილის ძალიან სპეციფიკური თვისებების ჩვენებაზე. გარდა ამისა, MRI ტექნოლოგიის უნიკალური ფორმა, სახელწოდებით მაგნიტურ-რეზონანსული ანგიოგრაფია, გამოიყენება სისხლის მოძრაობის გამოსახულების მიზნით. ის იძლევა არტერიების და ვენების ვიზუალიზაციას ნემსების, კათეტერების ან კონტრასტული აგენტების საჭიროების გარეშე. როგორც MRI-ს შემთხვევაში, ამ ტექნიკამ ხელი შეუწყო ბიოსამედიცინო კვლევისა და დიაგნოსტიკის რევოლუციას.

განვითარებულმა კომპიუტერულმა ტექნოლოგიამ რენტგენოლოგებს საშუალება მისცა შექმნან სამგანზომილებიანი ჰოლოგრამები MRI სკანერებით მიღებული ციფრული სექციებიდან, რომლებიც ემსახურება დაზიანებების ზუსტი ადგილმდებარეობის განსაზღვრას. ტომოგრაფია განსაკუთრებით ღირებულია ტვინისა და ზურგის ტვინის, აგრეთვე მენჯის ორგანოების, როგორიცაა შარდის ბუშტი და კანცელოვანი ძვლის გამოკვლევა. მეთოდი საშუალებას გაძლევთ სწრაფად და მკაფიოდ განსაზღვროთ სიმსივნის დაზიანების ხარისხი და შეაფასოთ ინსულტის პოტენციური დაზიანება, რაც საშუალებას აძლევს ექიმებს დანიშნონ შესაბამისი მკურნალობა დროულად. MRI-მ ძირითადად ჩაანაცვლა ართროგრაფია, სახსარში კონტრასტული ნივთიერების შეყვანის აუცილებლობა ხრტილის ან ლიგატების დაზიანების ვიზუალურად და მიელოგრაფია, კონტრასტული ნივთიერების ინექცია ზურგის არხში ზურგის ტვინის ან მალთაშუა დისკის დარღვევების ვიზუალიზაციისთვის.

გამოყენება ქიმიაში

დღეს ბევრ ლაბორატორიაში ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი გამოიყენება მნიშვნელოვანი ქიმიური და ბიოლოგიური ნაერთების სტრუქტურის დასადგენად. NMR სპექტრებში, სხვადასხვა პიკი გვაწვდის ინფორმაციას სპეციფიკური ქიმიური გარემოსა და ატომებს შორის კავშირების შესახებ. უმეტესობა ფართოდ გავრცელებულიიზოტოპები, რომლებიც გამოიყენება მაგნიტურ-რეზონანსული სიგნალების გამოსავლენად არის 1 H და 13 C, მაგრამ ბევრი სხვა შესაფერისია, როგორიცაა 2 H, 3 He, 15 N, 19 F და ა.შ.

თანამედროვე NMR სპექტროსკოპიამ იპოვა ფართო გამოყენება ბიომოლეკულურ სისტემებში და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სტრუქტურულ ბიოლოგიაში. მეთოდოლოგიისა და ხელსაწყოების შემუშავებით, NMR გახდა ერთ-ერთი ყველაზე მძლავრი და მრავალმხრივი სპექტროსკოპიული მეთოდი ბიომაკრომოლეკულების ანალიზისთვის, რაც შესაძლებელს ხდის მათი და მათი კომპლექსების დახასიათებას 100 kDa-მდე ზომის. რენტგენის კრისტალოგრაფიასთან ერთად ეს არის ერთი მათი სტრუქტურის განსაზღვრის ორი წამყვანი ტექნოლოგიიდანატომურ დონეზე. გარდა ამისა, NMR იძლევა უნიკალურ და მნიშვნელოვან ინფორმაციას ცილის ფუნქციების შესახებ, რომელიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებს წამლის განვითარებაში. ზოგიერთი აპლიკაცია NMR სპექტროსკოპიაჩამოთვლილია ქვემოთ.

• ეს არის ერთადერთი მეთოდი ბიომაკრომოლეკულების ატომური სტრუქტურის დასადგენად წყალხსნარებში ახლოს ფიზიოლოგიურიპირობები ან მემბრანის სიმულაციური მედია.
• მოლეკულური დინამიკა. ეს არის ყველაზე ძლიერი ბიომაკრომოლეკულების დინამიური თვისებების რაოდენობრივი განსაზღვრის მეთოდი.
• ცილის დასაკეცი. NMR სპექტროსკოპიაგაშლილი ცილების და დასაკეცი შუამავლების ნარჩენი სტრუქტურების დასადგენად ყველაზე მძლავრი ინსტრუმენტია.
• იონიზაციის მდგომარეობა. მეთოდი ეფექტურია ბიომაკრომოლეკულებში ფუნქციური ჯგუფების ქიმიური თვისებების განსაზღვრაში, როგორიცაა იონიზაცია ფერმენტის აქტიური უბნების იონიზირებადი ჯგუფების მდგომარეობა.
• ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი შესაძლებელს ხდის მაკრობიომოლეკულებს შორის სუსტი ფუნქციური ურთიერთქმედების შესწავლას (მაგალითად, დისოციაციის მუდმივებთან მიკრომოლარულ და მილიმოლარულ დიაპაზონში), რაც არ შეიძლება გაკეთდეს სხვა მეთოდების გამოყენებით.
• პროტეინის დატენიანება. NMR არის ინსტრუმენტი შიდა წყლის და ბიომაკრომოლეკულებთან მისი ურთიერთქმედების გამოსავლენად.
• უნიკალურია პირდაპირი ურთიერთქმედების გამოვლენის მეთოდიწყალბადის ბმები.
• სკრინინგი და ნარკოტიკების განვითარება. კერძოდ, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი განსაკუთრებით სასარგებლოა წამლების იდენტიფიცირებისთვის და ფერმენტებთან, რეცეპტორებთან და სხვა პროტეინებთან დაკავშირებული ნაერთების კონფორმაციის განსაზღვრაში.
• მშობლიური მემბრანის ცილა. მყარი მდგომარეობის NMR-ს აქვს პოტენციალი მემბრანის ცილის დომენების ატომური სტრუქტურების განსაზღვრამშობლიური მემბრანის გარემოში, მათ შორის შეკრული ლიგანდებით.
• მეტაბოლური ანალიზი.
• Ქიმიური ანალიზი. სინთეზური და ბუნებრივი ქიმიკატების ქიმიური იდენტიფიკაცია და კონფორმაციული ანალიზი.
• მასალების მეცნიერება. ძლიერი ინსტრუმენტი პოლიმერული ქიმიისა და ფიზიკის შესწავლაში.

სხვა გამოყენება

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი და მისი გამოყენება არ შემოიფარგლება მხოლოდ მედიცინაში და ქიმიაში. მეთოდი დაამტკიცა, რომ ძალიან სასარგებლოა სხვა სფეროებშიც, როგორიცაა გარემოს ტესტირება, ნავთობის მრეწველობა, პროცესის კონტროლი, დედამიწის ველის NMR და მაგნიტომეტრები. არადესტრუქციული ტესტირება ზოგავს ძვირადღირებულ ბიოლოგიურ ნიმუშებს, რომლებიც შეიძლება ხელახლა იქნას გამოყენებული, თუ მეტი ტესტირებაა საჭირო. გეოლოგიაში ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი გამოიყენება ქანების ფორიანობისა და მიწისქვეშა სითხეების გამტარიანობის გასაზომად. მაგნიტომეტრები გამოიყენება სხვადასხვა მაგნიტური ველის გასაზომად.

1. ფენომენის არსი

   უპირველეს ყოვლისა, უნდა აღინიშნოს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ სიტყვა "ბირთვული" არის წარმოდგენილი ამ ფენომენის სახელში, NMR-ს არაფერი აქვს საერთო ბირთვულ ფიზიკასთან და არაფერი აქვს საერთო რადიოაქტიურობასთან. თუ ვსაუბრობთ მკაცრ აღწერაზე, მაშინ არ შეიძლება კვანტური მექანიკის კანონების გარეშე. ამ კანონების მიხედვით, მაგნიტური ბირთვის ურთიერთქმედების ენერგიას გარე მაგნიტურ ველთან შეუძლია მიიღოს მხოლოდ რამდენიმე დისკრეტული მნიშვნელობა. თუ მაგნიტური ბირთვები დასხივებულია ალტერნატიული მაგნიტური ველით, რომლის სიხშირე შეესაბამება ამ დისკრეტულ ენერგეტიკულ დონეებს შორის განსხვავებას, გამოხატული სიხშირის ერთეულებში, მაშინ მაგნიტური ბირთვები იწყებენ გადაადგილებას ერთი დონიდან მეორეზე, ხოლო შთანთქავს მონაცვლეობის ენერგიას. ველი. ეს არის მაგნიტური რეზონანსის ფენომენი. ეს ახსნა ფორმალურად სწორია, მაგრამ არც ისე მკაფიო. არის კიდევ ერთი ახსნა, კვანტური მექანიკის გარეშე. მაგნიტური ბირთვი შეიძლება მივიჩნიოთ, როგორც ელექტრულად დამუხტული ბურთი, რომელიც ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო (თუმცა, მკაცრად რომ ვთქვათ, ეს ასე არ არის). ელექტროდინამიკის კანონების მიხედვით, მუხტის ბრუნვა იწვევს მაგნიტური ველის გამოჩენას, ანუ ბირთვის მაგნიტურ მომენტს, რომელიც მიმართულია ბრუნვის ღერძის გასწვრივ. თუ ეს მაგნიტური მომენტი მოთავსებულია მუდმივ გარე ველში, მაშინ ამ მომენტის ვექტორი იწყებს წინსვლას, ანუ ბრუნავს გარე ველის მიმართულებით. ანალოგიურად, დაწნული ბორბლის ღერძი კვეთს (ბრუნავს) ვერტიკალის გარშემო, თუ იგი იხსნება არა მკაცრად ვერტიკალურად, არამედ გარკვეული კუთხით. ამ შემთხვევაში მაგნიტური ველის როლს გრავიტაციული ძალა ასრულებს.

   პრეცესიის სიხშირე განისაზღვრება როგორც ბირთვის თვისებებით, ასევე მაგნიტური ველის სიძლიერით: რაც უფრო ძლიერია ველი, მით უფრო მაღალია სიხშირე. შემდეგ, თუ მუდმივი გარე მაგნიტური ველის გარდა, ბირთვზე მოქმედებს ალტერნატიული მაგნიტური ველი, მაშინ ბირთვი იწყებს ამ ველთან ურთიერთქმედებას - ის, როგორც იქნა, უფრო ძლიერად ატრიალებს ბირთვს, იზრდება პრეცესიის ამპლიტუდა და ბირთვი შთანთქავს ალტერნატიული ველის ენერგიას. თუმცა, ეს მოხდება მხოლოდ რეზონანსის პირობებში, ანუ პრეცესიის სიხშირისა და გარე ალტერნატიული ველის სიხშირის დამთხვევის პირობებში. ეს ჰგავს კლასიკურ მაგალითს საშუალო სკოლის ფიზიკიდან - ჯარისკაცები ხიდზე მიდიან. თუ ნაბიჯის სიხშირე ემთხვევა ხიდის ბუნებრივ სიხშირეს, მაშინ ხიდი უფრო და უფრო ირხევა. ექსპერიმენტულად, ეს ფენომენი ვლინდება ალტერნატიული ველის შთანთქმის დამოკიდებულებაში მის სიხშირეზე. რეზონანსის მომენტში შთანთქმა მკვეთრად იზრდება და უმარტივესი მაგნიტურ-რეზონანსული სპექტრი ასე გამოიყურება:

   

2. ფურიეს სპექტროსკოპია

   პირველი NMR სპექტრომეტრები მუშაობდნენ ზუსტად ისე, როგორც ზემოთ იყო აღწერილი - ნიმუში მოთავსებული იყო მუდმივ მაგნიტურ ველში და მასზე განუწყვეტლივ მიმართა RF გამოსხივება. მაშინ ან ალტერნატიული ველის სიხშირე ან მუდმივი მაგნიტური ველის ინტენსივობა შეუფერხებლად შეიცვალა. ალტერნატიული ველის ენერგიის შთანთქმა ჩაიწერა რადიოსიხშირული ხიდით, საიდანაც სიგნალი გამოდიოდა ჩამწერზე ან ოსცილოსკოპში. მაგრამ სიგნალის რეგისტრაციის ეს მეთოდი დიდი ხანია არ გამოიყენება. თანამედროვე NMR სპექტრომეტრებში სპექტრი ჩაწერილია იმპულსების გამოყენებით. ბირთვების მაგნიტური მომენტები აღგზნებულია მოკლე ძლიერი იმპულსით, რის შემდეგაც ფიქსირდება სიგნალი, რომელიც ინდუცირებულია RF კოჭში მაგნიტური მომენტების თავისუფლად პრეცესიით. ეს სიგნალი თანდათან მცირდება ნულამდე, რადგან მაგნიტური მომენტები წონასწორობას უბრუნდება (ამ პროცესს მაგნიტური რელაქსაცია ეწოდება). NMR სპექტრი მიიღება ამ სიგნალიდან ფურიეს ტრანსფორმაციის გამოყენებით. ეს არის სტანდარტული მათემატიკური პროცედურა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დაშალოთ ნებისმიერი სიგნალი სიხშირის ჰარმონიკად და ამით მიიღოთ ამ სიგნალის სიხშირის სპექტრი. სპექტრის ჩაწერის ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად შეამციროთ ხმაურის დონე და ჩაატაროთ ექსპერიმენტები ბევრად უფრო სწრაფად.

   

   ერთი აგზნების პულსი სპექტრის ჩასაწერად არის უმარტივესი NMR ექსპერიმენტი. თუმცა, ექსპერიმენტში შეიძლება იყოს ბევრი ასეთი პულსი, სხვადასხვა ხანგრძლივობის, ამპლიტუდის, მათ შორის სხვადასხვა შეფერხებით და ა.შ., იმისდა მიხედვით, თუ რა სახის მანიპულაციები უნდა შეასრულოს მკვლევარმა ბირთვული მაგნიტური მომენტების სისტემით. თუმცა, თითქმის ყველა ეს იმპულსური თანმიმდევრობა მთავრდება ერთი და იგივე - ჩაწერს თავისუფალი პრეცესიის სიგნალს, რასაც მოჰყვება ფურიეს ტრანსფორმაცია.

3. მაგნიტური ურთიერთქმედება მატერიაში

   თავისთავად, მაგნიტური რეზონანსი დარჩებოდა სხვა არაფერი, თუ არა საინტერესო ფიზიკური ფენომენი, რომ არა ბირთვების მაგნიტური ურთიერთქმედება ერთმანეთთან და მოლეკულის ელექტრონულ გარსთან. ეს ურთიერთქმედება გავლენას ახდენს რეზონანსულ პარამეტრებზე და მათი დახმარებით NMR შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოლეკულების თვისებების შესახებ სხვადასხვა ინფორმაციის მისაღებად - მათი ორიენტაცია, სივრცითი სტრუქტურა (კონფორმაცია), ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება, ქიმიური გაცვლა, ბრუნვისა და მთარგმნელობითი დინამიკა. ამის წყალობით, NMR გახდა ძალიან ძლიერი ინსტრუმენტი ნივთიერებების მოლეკულურ დონეზე შესასწავლად, რომელიც ფართოდ გამოიყენება არა მხოლოდ ფიზიკაში, არამედ ძირითადად ქიმიასა და მოლეკულურ ბიოლოგიაში. ერთ-ერთი ასეთი ურთიერთქმედების მაგალითია ე.წ. მისი არსი ასეთია: მოლეკულის ელექტრონული გარსი რეაგირებს გარე მაგნიტურ ველზე და ცდილობს მის სკრინინგს - მაგნიტური ველის ნაწილობრივი სკრინინგი ხდება ყველა დიამაგნიტურ ნივთიერებაში. ეს ნიშნავს, რომ მოლეკულაში მაგნიტური ველი განსხვავდება გარე მაგნიტური ველისგან ძალიან მცირე რაოდენობით, რასაც ქიმიური ცვლა ეწოდება. თუმცა, ელექტრონული გარსის თვისებები მოლეკულის სხვადასხვა ნაწილში განსხვავებულია და ქიმიური ცვლაც განსხვავებულია. შესაბამისად, ასევე განსხვავებული იქნება ბირთვების რეზონანსული პირობები მოლეკულის სხვადასხვა ნაწილში. ეს შესაძლებელს ხდის განასხვავოს ქიმიურად არაეკვივალენტური ბირთვები სპექტრში. მაგალითად, თუ ავიღებთ სუფთა წყლის წყალბადის ბირთვების (პროტონების) სპექტრს, მაშინ მასში მხოლოდ ერთი ხაზი იქნება, რადგან H 2 O მოლეკულაში ორივე პროტონი ზუსტად იგივეა. მაგრამ მეთილის სპირტისთვის CH 3 OH უკვე იქნება ორი ხაზი სპექტრში (თუ სხვა მაგნიტური ურთიერთქმედება უგულებელყოფილია), რადგან არსებობს ორი ტიპის პროტონი - მეთილის ჯგუფის CH 3 პროტონები და პროტონი, რომელიც დაკავშირებულია ჟანგბადის ატომთან. რაც უფრო რთული ხდება მოლეკულები, გაიზრდება ხაზების რაოდენობა და თუ ავიღებთ ასეთ დიდ და რთულ მოლეკულას ცილად, მაშინ ამ შემთხვევაში სპექტრი ასე გამოიყურება:

   

4. მაგნიტური ბირთვები

   NMR შეიძლება შეინიშნოს სხვადასხვა ბირთვზე, მაგრამ უნდა ითქვას, რომ ყველა ბირთვს არ აქვს მაგნიტური მომენტი. ხშირად ხდება, რომ ზოგიერთ იზოტოპს აქვს მაგნიტური მომენტი, ხოლო იმავე ბირთვის სხვა იზოტოპებს არა. საერთო ჯამში, არსებობს სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების ასზე მეტი იზოტოპი, რომლებსაც აქვთ მაგნიტური ბირთვები, მაგრამ კვლევაში ჩვეულებრივ გამოიყენება არაუმეტეს 1520 მაგნიტური ბირთვი, დანარჩენი ყველაფერი ეგზოტიკურია. თითოეულ ბირთვს აქვს მაგნიტური ველისა და პრეცესიის სიხშირის საკუთარი დამახასიათებელი თანაფარდობა, რომელსაც გირომაგნიტური თანაფარდობა ეწოდება. ყველა ბირთვისთვის ეს თანაფარდობა ცნობილია. მათი გამოყენებით შეიძლება აირჩიოთ სიხშირე, რომლითაც მოცემული მაგნიტური ველისთვის დაფიქსირდება მკვლევარისთვის საჭირო ბირთვებიდან სიგნალი.

   NMR-სთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბირთვებია პროტონები. ისინი ყველაზე უხვად არიან ბუნებაში და აქვთ ძალიან მაღალი მგრძნობელობა. ქიმიისა და ბიოლოგიისთვის ნახშირბადის, აზოტისა და ჟანგბადის ბირთვები ძალიან მნიშვნელოვანია, მაგრამ მეცნიერებს არ გაუმართლათ მათ: ნახშირბადის და ჟანგბადის ყველაზე გავრცელებულ იზოტოპებს, 12 C და 16 O, არ აქვთ მაგნიტური მომენტი, ბუნებრივია. აზოტის იზოტოპს 14 N აქვს მომენტი, მაგრამ მრავალი მიზეზის გამო ის ძალიან მოუხერხებელია ექსპერიმენტებისთვის. არსებობს 13 C, 15 N და 17 O იზოტოპები, რომლებიც შესაფერისია NMR ექსპერიმენტებისთვის, მაგრამ მათი ბუნებრივი სიმრავლე ძალიან დაბალია და მგრძნობელობა ძალიან დაბალია პროტონებთან შედარებით. ამიტომ, NMR კვლევებისთვის ხშირად ამზადებენ სპეციალურ იზოტოპიურად გამდიდრებულ ნიმუშებს, რომლებშიც ამა თუ იმ ბირთვის ბუნებრივი იზოტოპი იცვლება ექსპერიმენტებისთვის საჭირო იზოტოპით. უმეტეს შემთხვევაში, ეს პროცედურა ძალიან რთული და ძვირია, მაგრამ ზოგჯერ ეს ერთადერთი გზაა საჭირო ინფორმაციის მისაღებად.

5. ელექტრონის პარამაგნიტური და ოთხპოლუსიანი რეზონანსი

   NMR-ზე საუბრისას არ შეიძლება არ აღინიშნოს ორი სხვა დაკავშირებული ფიზიკური ფენომენი - ელექტრონის პარამაგნიტური რეზონანსი (EPR) და ბირთვული ოთხპოლუსიანი რეზონანსი (NQR). EPR არსებითად NMR-ის მსგავსია, განსხვავება მდგომარეობს იმაში, რომ რეზონანსი შეინიშნება არა ატომის ბირთვების, არამედ ატომის ელექტრონული გარსის მაგნიტურ მომენტებზე. EPR შეიძლება შეინიშნოს მხოლოდ იმ მოლეკულებში ან ქიმიურ ჯგუფებში, რომელთა ელექტრონული გარსი შეიცავს ეგრეთ წოდებულ დაუწყვილებელ ელექტრონს, მაშინ გარსს აქვს არანულოვანი მაგნიტური მომენტი. ასეთ ნივთიერებებს პარამაგნიტები ეწოდება. EPR, ისევე როგორც NMR, ასევე გამოიყენება ნივთიერებების სხვადასხვა სტრუქტურული და დინამიური თვისებების შესასწავლად მოლეკულურ დონეზე, მაგრამ მისი ფარგლები გაცილებით ვიწროა. ეს ძირითადად განპირობებულია იმით, რომ მოლეკულების უმეტესობა, განსაკუთრებით ცოცხალ ბუნებაში, არ შეიცავს დაუწყვილებელ ელექტრონებს. ზოგიერთ შემთხვევაში შესაძლებელია ეგრეთ წოდებული პარამაგნიტური ზონდის გამოყენება, ანუ ქიმიური ჯგუფი დაუწყვილებელი ელექტრონით, რომელიც აკავშირებს შესასწავლ მოლეკულას. მაგრამ ამ მიდგომას აქვს აშკარა ნაკლოვანებები, რაც ზღუდავს ამ მეთოდის შესაძლებლობებს. გარდა ამისა, EPR-ში არ არის ისეთი მაღალი სპექტრალური გარჩევადობა (ანუ, სპექტრში ერთი ხაზის მეორისგან გარჩევის უნარი), როგორც NMR-ში.

   ყველაზე რთულია NQR-ის ბუნების ახსნა „თითებზე“. ზოგიერთ ბირთვს აქვს ე.წ. ელექტრული ოთხპოლუსიანი მომენტი. ეს მომენტი ახასიათებს ბირთვის ელექტრული მუხტის განაწილების გადახრას სფერული სიმეტრიისგან. ამ მომენტის ურთიერთქმედება ნივთიერების კრისტალური სტრუქტურით შექმნილ ელექტრული ველის გრადიენტთან იწვევს ბირთვის ენერგეტიკული დონეების გაყოფას. ამ შემთხვევაში, რეზონანსი შეიძლება შეინიშნოს სიხშირით, რომელიც შეესაბამება ამ დონეებს შორის გადასვლებს. NMR-ისა და EPR-ისგან განსხვავებით, NQR არ საჭიროებს გარე მაგნიტურ ველს, რადგან დონის გაყოფა ხდება მის გარეშე. NQR ასევე გამოიყენება ნივთიერებების შესასწავლად, მაგრამ მისი ფარგლები კიდევ უფრო ვიწროა ვიდრე EPR.

6. NMR-ის უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები

   

   NMR არის ყველაზე ძლიერი და ინფორმაციული მეთოდი მოლეკულების შესასწავლად. მკაცრად რომ ვთქვათ, ეს არ არის ერთი მეთოდი, არამედ სხვადასხვა ტიპის ექსპერიმენტების დიდი რაოდენობა, ანუ პულსის თანმიმდევრობა. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ყველა ეფუძნება NMR ფენომენს, მაგრამ თითოეული ეს ექსპერიმენტი შექმნილია გარკვეული კონკრეტული ინფორმაციის მისაღებად. ამ ექსპერიმენტების რაოდენობა იზომება მრავალი ათეულით, თუ არა ასობით. თეორიულად, NMR-ს შეუძლია, თუ არა ყველაფერი, მაშინ თითქმის ყველაფერი, რაც ყველა სხვა ექსპერიმენტულ მეთოდს შეუძლია მოლეკულების სტრუქტურისა და დინამიკის შესასწავლად, თუმცა პრაქტიკაში ეს, რა თქმა უნდა, ყოველთვის შორს არის შესაძლებელი. NMR-ის ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ, ერთის მხრივ, მისი ბუნებრივი ზონდები, ანუ მაგნიტური ბირთვები, ნაწილდება მთელ მოლეკულაზე და, მეორე მხრივ, შესაძლებელს ხდის ამ ბირთვების ერთმანეთისგან გარჩევას და. მოლეკულის თვისებების შესახებ სივრცით შერჩევითი მონაცემების მიღება. თითქმის ყველა სხვა მეთოდი გვაწვდის ინფორმაციას ან საშუალოდ მთელ მოლეკულაზე, ან მხოლოდ მის ერთ ნაწილზე.

   NMR-ს ორი ძირითადი მინუსი აქვს. პირველი, ეს არის დაბალი მგრძნობელობა სხვა ექსპერიმენტულ მეთოდებთან შედარებით (ოპტიკური სპექტროსკოპია, ფლუორესცენცია, EPR და ა.შ.). ეს მივყავართ იმ ფაქტს, რომ ხმაურის საშუალოდ გასაზომად, სიგნალი დიდი ხნის განმავლობაში უნდა დაგროვდეს. ზოგიერთ შემთხვევაში, NMR ექსპერიმენტი შეიძლება ჩატარდეს რამდენიმე კვირის განმავლობაშიც კი. მეორეც, ეს არის მისი მაღალი ღირებულება. NMR სპექტრომეტრები ყველაზე ძვირადღირებულ სამეცნიერო ინსტრუმენტებს შორისაა, სულ მცირე ასობით ათასი დოლარი ღირს, ყველაზე ძვირადღირებული სპექტრომეტრები კი რამდენიმე მილიონი ღირს. ყველა ლაბორატორიას, განსაკუთრებით რუსეთში, არ შეუძლია ასეთი სამეცნიერო აღჭურვილობის ქონა.

7. მაგნიტები NMR სპექტრომეტრებისთვის

   სპექტრომეტრის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი და ძვირადღირებული ნაწილია მაგნიტი, რომელიც ქმნის მუდმივ მაგნიტურ ველს. რაც უფრო ძლიერია ველი, მით უფრო მაღალია მგრძნობელობა და სპექტრული გარჩევადობა, ამიტომ მეცნიერები და ინჟინრები მუდმივად ცდილობენ მიიღონ მაქსიმალური ველები. მაგნიტური ველი იქმნება ელექტრული დენით სოლენოიდში - რაც უფრო ძლიერია დენი, მით მეტია ველი. თუმცა, შეუძლებელია დენის განუსაზღვრელი ვადით გაზრდა; ძალიან მაღალი დენის დროს, სოლენოიდის მავთული უბრალოდ დაიწყებს დნობას. ამიტომ, ზეგამტარი მაგნიტები, ანუ მაგნიტები, რომლებშიც სოლენოიდური მავთული ზეგამტარ მდგომარეობაშია, ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში გამოიყენება მაღალი ველის NMR სპექტრომეტრებისთვის. ამ შემთხვევაში, მავთულის ელექტრული წინააღმდეგობა ნულის ტოლია და არანაირი ენერგია არ გამოიყოფა მიმდინარე მნიშვნელობისას. სუპერგამტარი მდგომარეობის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, სულ რაღაც რამდენიმე გრადუსი კელვინი - ეს არის თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურა. (მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარობა ჯერ კიდევ მხოლოდ ფუნდამენტური კვლევის საკითხია.) სწორედ ასეთი დაბალი ტემპერატურის შენარჩუნებით უკავშირდება ყველა ტექნიკური სირთულე მაგნიტების დიზაინსა და წარმოებაში, რაც იწვევს მათ მაღალ ღირებულებას. ზეგამტარი მაგნიტი აგებულია თერმოს მატრიოშკას პრინციპით. სოლენოიდი მდებარეობს ცენტრში, ვაკუუმში. მას გარს აკრავს თხევადი ჰელიუმის შემცველი გარსი. ეს გარსი გარშემორტყმულია თხევადი აზოტის გარსით ვაკუუმური ფენით. თხევადი აზოტის ტემპერატურა მინუს 196 გრადუსია, საჭიროა აზოტი, რომ ჰელიუმი რაც შეიძლება ნელა აორთქლდეს. საბოლოოდ, აზოტის გარსი იზოლირებულია ოთახის ტემპერატურისგან გარე ვაკუუმის ფენით. ასეთ სისტემას შეუძლია შეინარჩუნოს ზეგამტარი მაგნიტის სასურველი ტემპერატურა ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, თუმცა ეს მოითხოვს თხევადი აზოტის და ჰელიუმის რეგულარულ ჩასხმას მაგნიტში. ასეთი მაგნიტების უპირატესობა, მაღალი მაგნიტური ველების მიღების შესაძლებლობის გარდა, არის ისიც, რომ ისინი არ მოიხმარენ ენერგიას: მაგნიტის დაწყების შემდეგ, დენი გადის ზეგამტარ მავთულხლართებში მრავალი წლის განმავლობაში პრაქტიკულად არ კარგავს.

8. ტომოგრაფია

   ჩვეულებრივ NMR სპექტრომეტრებში ისინი ცდილობენ მაგნიტური ველი რაც შეიძლება ერთგვაროვანი გახადონ, ეს აუცილებელია სპექტრული გარჩევადობის გასაუმჯობესებლად. მაგრამ თუ მაგნიტური ველი ნიმუშის შიგნით, პირიქით, ძალიან არაერთგვაროვანია, ეს ხსნის ფუნდამენტურად ახალ შესაძლებლობებს NMR-ის გამოყენებისთვის. ველის არაერთგვაროვნებას ქმნის ეგრეთ წოდებული გრადიენტური ხვეულები, რომლებიც დაწყვილებულია მთავარ მაგნიტთან. ამ შემთხვევაში, მაგნიტური ველის სიდიდე ნიმუშის სხვადასხვა ნაწილში განსხვავებული იქნება, რაც ნიშნავს, რომ NMR სიგნალის დაკვირვება შესაძლებელია არა მთელი ნიმუშიდან, როგორც ჩვეულებრივი სპექტრომეტრით, არამედ მხოლოდ მისი ვიწრო შრედან. დაკმაყოფილებულია რეზონანსული პირობები, ანუ მაგნიტური ველისა და სიხშირის სასურველი თანაფარდობა. მაგნიტური ველის სიდიდის შეცვლით (ან, რაც არსებითად იგივეა, სიგნალზე დაკვირვების სიხშირე), შეგიძლიათ შეცვალოთ ფენა, რომელიც მისცემს სიგნალს. ამრიგად, შესაძლებელია ნიმუშის „სკანირება“ მთელი მისი მოცულობისა და მისი შიდა სამგანზომილებიანი სტრუქტურის „დანახვა“ ნიმუშის რაიმე მექანიკური განადგურების გარეშე. დღეისათვის შემუშავებულია უამრავი ტექნიკა, რომელიც შესაძლებელს ხდის გაზომოს სხვადასხვა NMR პარამეტრები (სპექტრული მახასიათებლები, მაგნიტური დასვენების დრო, თვითდიფუზიის სიჩქარე და ზოგიერთი სხვა) სივრცითი გარჩევადობით ნიმუშის შიგნით. ყველაზე საინტერესო და მნიშვნელოვანი, პრაქტიკული თვალსაზრისით, NMR ტომოგრაფიის გამოყენება აღმოჩნდა მედიცინაში. ამ შემთხვევაში შესამოწმებელი „ნიმუში“ ადამიანის სხეულია. NMR გამოსახულება არის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური და უსაფრთხო (მაგრამ ასევე ძვირი) დიაგნოსტიკური საშუალება მედიცინის სხვადასხვა დარგში, ონკოლოგიიდან მეანობამდე. საინტერესოა აღინიშნოს, რომ ექიმები ამ მეთოდის დასახელებაში არ იყენებენ სიტყვას "ბირთვული", რადგან ზოგიერთი პაციენტი მას ბირთვულ რეაქციებსა და ატომურ ბომბს უკავშირებს.

9. აღმოჩენის ისტორია

   

   NMR-ის აღმოჩენის წლად ითვლება 1945 წელი, როდესაც ამერიკელებმა ფელიქს ბლოხმა სტენფორდიდან და დამოუკიდებლად ედვარდ პარსელმა და რობერტ პაუნდმა ჰარვარდიდან პირველად დააფიქსირეს NMR სიგნალი პროტონებზე. იმ დროისთვის უკვე ბევრი იყო ცნობილი ბირთვული მაგნეტიზმის ბუნების შესახებ, თავად NMR ეფექტი თეორიულად იყო ნაწინასწარმეტყველები და რამდენიმე მცდელობა გაკეთდა მის ექსპერიმენტულად დაკვირვებაზე. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ერთი წლით ადრე საბჭოთა კავშირში, ყაზანში, EPR ფენომენი აღმოაჩინა ევგენი ზავოისკიმ. ახლა უკვე ცნობილია, რომ ზავოისკიმ ასევე დააკვირდა NMR სიგნალს, ეს იყო ომამდე, 1941 წელს. თუმცა, მას ხელთ ჰქონდა ცუდი ხარისხის მაგნიტი ველის ცუდი ერთგვაროვნებით, შედეგები ცუდად რეპროდუცირებადი იყო და ამიტომ გამოუქვეყნებელი რჩებოდა. სამართლიანობისთვის უნდა აღინიშნოს, რომ ზავოისკი არ იყო ერთადერთი, ვინც აკვირდებოდა NMR-ს მის "ოფიციალურ" აღმოჩენამდე. კერძოდ, ამერიკელმა ფიზიკოსმა ისიდორე რაბიმ (1944 წელს ნობელის პრემიის ლაურეატი ატომურ და მოლეკულურ სხივებში ბირთვების მაგნიტური თვისებების შესწავლისთვის) ასევე დააკვირდა NMR 1930-იანი წლების ბოლოს, მაგრამ ჩათვალა ეს ინსტრუმენტული არტეფაქტი. ასეა თუ ისე, მაგრამ ჩვენი ქვეყანა რჩება პრიორიტეტად მაგნიტური რეზონანსის ექსპერიმენტულ გამოვლენაში. მიუხედავად იმისა, რომ თავად ზავოისკიმ ომის შემდეგ მალევე დაიწყო სხვა პრობლემების მოგვარება, ყაზანში მეცნიერების განვითარების მისმა აღმოჩენამ უდიდესი როლი ითამაშა. ყაზანი კვლავ არის მსოფლიოში ერთ-ერთი წამყვანი კვლევითი ცენტრი EPR სპექტროსკოპიისთვის.

10. ნობელის პრემიები მაგნიტურ რეზონანსში

    მე-20 საუკუნის პირველ ნახევარში რამდენიმე ნობელის პრემია მიენიჭა მეცნიერებს, რომელთა მუშაობის გარეშე NMR-ის აღმოჩენა ვერ მოხდებოდა. მათ შორის არიან პიტერ ზიმანი, ოტო შტერნი, ისიდორ რაბი, ვოლფგანგ პაული. მაგრამ იყო ოთხი ნობელის პრემია პირდაპირ დაკავშირებული NMR-თან. 1952 წელს ფელიქს ბლოხმა და ედვარდ პერსელმა მიიღეს პრიზი NMR-ის აღმოჩენისთვის. ეს არის ერთადერთი "NMR" ნობელის პრემია ფიზიკაში. 1991 წელს ქიმიის პრიზი მოიპოვა შვეიცარიელმა რიჩარდ ერნსტმა, რომელიც მუშაობდა ციურიხის ცნობილ ETH-ში. მას მიენიჭა მრავალგანზომილებიანი NMR სპექტროსკოპიის მეთოდების შემუშავებისთვის, რამაც შესაძლებელი გახადა NMR ექსპერიმენტების საინფორმაციო შინაარსის რადიკალურად გაზრდა. 2002 წელს პრემიის ლაურეატი, ასევე ქიმიაში, იყო კურტ ვიტრიხი, რომელიც მუშაობდა ერნსტთან ერთად იმავე ტექნიკურ სკოლაში მეზობელ შენობებში. მან მიიღო ჯილდო ხსნარში ცილების სამგანზომილებიანი სტრუქტურის განსაზღვრის მეთოდების შემუშავებისთვის. მანამდე ერთადერთი მეთოდი, რომელიც იძლეოდა დიდი ბიომაკრომოლეკულების სივრცითი კონფორმაციის განსაზღვრის საშუალებას, მხოლოდ რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი იყო. საბოლოოდ, 2003 წელს ამერიკელმა პოლ ლაუტერბურმა და ინგლისელმა პიტერ მენსფილდმა მიიღეს სამედიცინო პრიზი NMR გამოსახულების გამოგონებისთვის. EPR-ის საბჭოთა აღმომჩენმა E.K. ზავოისკიმ, სამწუხაროდ, არ მიიღო ნობელის პრემია.

კვანტური ელექტრომაგნიტური რეზონატორი

კვანტური ელექტრომაგნიტური რეზონატორი (QER) (კვანტური ელექტრომაგნიტური რეზონატორი) წარმოადგენს დახურულ ტოპოლოგიურ ობიექტს სამგანზომილებიან სივრცეში, ზოგად შემთხვევაში, თვითნებური ფორმის „ღრმულს“, რომელსაც აქვს გარკვეული „ზედაპირი“ გარკვეული „სისქით“. კლასიკური შემთხვევისგან განსხვავებით, მასში არ არის „ელექტრომაგნიტური ტალღები“ და რადიაციის დანაკარგები, მაგრამ არის ფაზაში გადანაცვლებული ელექტრომაგნიტური ველის „გაუთავებელი“ რხევები, რომლებიც გამომდინარეობს QER-ის კვანტური თვისებებიდან.

ფონი

ასე მოხდა ისტორიულად, რომ ფიზიკური რეაქტიული სიდიდეები, როგორიცაა ტევადობა და ინდუქცია, პრაქტიკულად არ განიხილებოდა არა მხოლოდ კვანტურში, არამედ კლასიკურ თეორიულ ელექტროდინამიკაშიც კი. ფაქტია, რომ ეს უკანასკნელი ცალსახად არ შედის მაქსველის განტოლებების სისტემაში, რის შედეგადაც ყოველთვის მიიღებოდა ელექტრომაგნიტური ველები, და თუ ზოგჯერ მიღებულ ამონახსნებში იყო განზომილებიანი კოეფიციენტები, რომლებიც შეიძლება დაკავშირებული იყოს ტევადობასთან ან ინდუქციასთან, მაშინ მათთან ურთიერთობა შესაბამისი იყო. არანაკლებ ცნობილია, რომ „ველური მიდგომა“ იწვევს „ცუდი უსასრულობების“ გამოჩენას, ძალის ველების გავლენის ქვეშ „მათემატიკური წერტილის“ (ელექტრული მუხტის მქონე) მოძრაობის გათვალისწინების გამო. საყოველთაოდ აღიარებული კვანტური ელექტროდინამიკა ასევე არ გაექცა "ცუდ უსასრულობას", რომლის ფარგლებშიც შემუშავდა "ცუდი უსასრულობის კომპენსაციის" მძლავრი მეთოდები.

პირიქით, გამოყენებით ფიზიკაში, ტევადობისა და ინდუქციურობის ცნებამ ფართო გამოყენება ჰპოვა, ჯერ ელექტროინჟინერიაში, შემდეგ კი რადიოელექტრონიკაში. გამოყენებითი ფიზიკაში რეაქტიული პარამეტრების გამოყენების მთავარი შედეგია დღეს ინფორმაციული ტექნოლოგიების ფართო გამოყენება, რომლებიც ეფუძნება სხვადასხვა სიხშირეზე ელექტრომაგნიტური ტალღების წარმოქმნას, მიღებას და გადაცემას. ამავდროულად, დღესდღეობით ტევადობისა და ინდუქციურობის ფიზიკური ცნებების თეორიულ დონეზე განვითარების ნაკლებობა უკვე ხდება გარკვეულწილად შემაკავებელი ფაქტორი ზოგადად ინფორმაციული ტექნოლოგიების და კერძოდ კვანტური გამოთვლის განვითარებაში. საკმარისია გავიხსენოთ, რომ კლასიკური მექანიკური ოსცილატორის კვანტური განხილვა განხორციელდა კვანტური მექანიკის შექმნის ეპოქაში (როგორც მისი პრაქტიკული გამოყენების ერთ-ერთი ილუსტრაცია), ხოლო კონტურის კვანტური განხილვა თეორიულად მხოლოდ ადრეულ პერიოდში იყო დასმული. XX საუკუნის 70-იანი წლები და დეტალური განხილვა მხოლოდ 90-იანი წლების შუა ხანებში დაიწყო.

პირველად, შრედინგერის განტოლების ამოხსნის აუცილებლობა კვანტური წრედისთვის დაისვა მონოგრაფიაში Louisell (1973). ვინაიდან იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო გაგებული, თუ რა იყო კვანტური რეაქტიული პარამეტრები (და მაშინ არ იყო პრაქტიკული მაგალითები), ეს მიდგომა ფართოდ არ გამოიყენებოდა. კვანტური ტევადობის თეორიულად სწორი დანერგვა, რომელიც ეფუძნებოდა მდგომარეობების სიმკვრივეს, პირველად შემოიღო ლურამ (1988) კვანტური ჰოლის ეფექტის (QHE) განხილვისას. სამწუხაროდ, კვანტური ინდუქციები, რომლებიც ასევე მოჰყვა მდგომარეობების სიმკვრივეს, იმ დროს არ იყო შემოღებული და, შესაბამისად, კვანტური რეაქტიული ოსცილატორის სრული გათვალისწინება არც მაშინ მომხდარა. ერთი წლის შემდეგ იაკიმაჰამ (1989) განიხილა კვანტური სქემების სერიულ-პარალელური კავშირის მაგალითი (უფრო სწორად, მათი წინაღობა) QHE (მთლიანი და წილადი) ახსნისას. მაგრამ ამ ნაშრომში არ იყო გათვალისწინებული ამ კვანტური რეაქტიული პარამეტრების ფიზიკური ბუნება და არც რეაქტიული ოსცილატორის კვანტური შრედინგერის განტოლება იყო გათვალისწინებული. პირველად, ყველა კვანტური რეაქტიული პარამეტრის ერთდროული გათვალისწინება განხორციელდა Yakimahi-ს (1994) ნაშრომში, MIS ტრანზისტორების სპექტროსკოპიული კვლევების დროს დაბალ სიხშირეებზე (ხმის დიაპაზონი). ბრტყელ კვანტურ ტევადობებს და ინდუქციებს აქ ჰქონდათ სისქე ელექტრონის კომპტონის ტალღის სიგრძის ტოლი, ხოლო დამახასიათებელი წინააღმდეგობა ვაკუუმის ტალღის წინააღმდეგობის ტოლი იყო. სამი წლის შემდეგ, დევორეტმა (1997) წარმოადგინა კვანტური რეაქტიული ოსცილატორის სრული თეორია (გამოყენებული ჯოზეფსონის ეფექტზე). კვანტური რეაქტიული პარამეტრების გამოყენება კვანტურ გამოთვლებში გაშუქებულია Devoret-ში (2004).

კლასიკური ელექტრომაგნიტური რეზონატორი

ზოგადად, კლასიკური ელექტრომაგნიტური რეზონატორი (CLER) არის ღრუ 3D სივრცეში. მაშასადამე, CLER-ს აქვს უსასრულო რაოდენობის რეზონანსული სიხშირე სივრცის სამგანზომილებიანობის გამო. მაგალითად, მართკუთხა Clair-ს აქვს შემდეგი რეზონანსული სიხშირეები:

სად ; შესაბამისად სიგანე, სისქე და სიგრძე, დიელექტრიკული მუდმივი, ფარდობითი გამტარიანობა, მაგნიტური მუდმივი, ფარდობითი მგრძნობელობა. კლასიკური LC სქემისგან განსხვავებით, CER-ში ელექტრული და მაგნიტური ველები მოთავსებულია სივრცის ერთსა და იმავე მოცულობაში. ეს რხევადი ელექტრომაგნიტური ველები კლასიკური შემთხვევის სახით ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომელიც შეიძლება გამოსხივდეს გარე სამყაროში რეზონატორის გარეთ. დღეს CLARE ფართოდ გამოიყენება ტალღების რადიოსიხშირული დიაპაზონში (სანტიმეტრი და დეციმეტრი). უფრო მეტიც, CLAE ასევე გამოიყენება კვანტურ ელექტრონიკაში, რომელიც ეხება მონოქრომული სინათლის ტალღებს.

კვანტური მიდგომა

Quantum LC წრე

კლასიკურ ფიზიკაში გვაქვს შემდეგი კორესპონდენციის მიმართებები მექანიკურიდა ელექტროდინამიკურიფიზიკური პარამეტრები:

მაგნიტური ინდუქციურობადა მექანიკური წონა:

;

ელექტრო ტევადობადა უკუ ელასტიურობას:

;

ელექტრო მუხტი და კოორდინატთა ოფსეტური:

.

კვანტური იმპულსის ოპერატორია დატენვის ადგილიშეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი ფორმით:

სადაც არის შემცირებული პლანკის მუდმივი, არის რთული კონიუგატური იმპულსის ოპერატორი. ჰამილტონის ოპერატორი შემოვიდა დატენვის ადგილიშეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:

სად არის რთული კონიუგირებული მუხტის ოპერატორი და რეზონანსული სიხშირე. განვიხილოთ შემთხვევა ენერგიის გაფანტვის გარეშე (). შორის ერთადერთი განსხვავება დატენვის ადგილიდა ტრადიციული 3D კოორდინატთა სივრცე არის მისი ერთგანზომილებიანი (1D). შროდინგერის განტოლება კვანტური LC მიკროსქემისთვის შეიძლება განისაზღვროს როგორც:

ამ განტოლების ამოსახსნელად აუცილებელია შემდეგი განზომილებიანი ცვლადების შემოღება:

სადაც მასიური მუხტი. შემდეგ შრედინგერის განტოლება იღებს ჩებისევ-ჰერმიტის დიფერენციალური განტოლების ფორმას:

ჰამილტონის ოპერატორის საკუთარი მნიშვნელობები იქნება:

სადაც გვექნება ნულოვანი რხევები:

Ზოგადად მასშტაბის მუხტიშეიძლება გადაიწეროს სახით:

სად არის წვრილი სტრუქტურის მუდმივი. აშკარაა რომ მასშტაბის მუხტიგანსხვავდება ელექტრონის „მეტალურგიული“ მუხტისაგან. უფრო მეტიც, მისი კვანტიზაცია ასე გამოიყურება:

.

რეზონატორი, როგორც კვანტური LC წრე

ლურიას მიდგომა, ენერგიის მდგომარეობების სიმკვრივის (DOS) გამოყენებით, იძლევა კვანტური ტევადობის შემდეგ განმარტებას:

და კვანტური ინდუქციურობა:

სად არის რეზონატორის ზედაპირის ფართობი და PES ორგანზომილებიან სივრცეში (2D), ელექტრული მუხტი (ან ნაკადი) და მაგნიტური მუხტი (ან ნაკადი). აღსანიშნავია, რომ ეს ნაკადები შემდგომში დამატებითი პირობებით განისაზღვრება.

კვანტურ ტევადობაზე დაგროვილი ენერგია:

ენერგია, რომელიც ინახება კვანტურ ინდუქციურობაზე:

რეზონატორის კუთხური სიხშირე:

ენერგიის დაზოგვის კანონი:

ეს განტოლება შეიძლება გადაიწეროს შემდეგნაირად:

საიდანაც ჩანს, რომ ეს „მუხტები“ რეალურად არის „ველის ნაკადები“, და არა „მეტალურგიული მუხტები“.

რეზონატორის დამახასიათებელი წინაღობა:

სად არის მაგნიტური ნაკადის კვანტი.

ზემოთ მოყვანილი განტოლებიდან შეგვიძლია ვიპოვოთ შემდეგი მნიშვნელობები ელექტრული და მაგნიტური ველის ნაკადებისთვის:

კიდევ ერთხელ უნდა შეგახსენოთ, რომ ეს რაოდენობები არ არის „მეტალურგიული მუხტები“, არამედ ველის ნაკადების მაქსიმალური ამპლიტუდის მნიშვნელობები, რომლებიც ინარჩუნებენ ენერგეტიკულ ბალანსს რეზონატორის რხევების ენერგიასა და ტევადობასა და ინდუქციურ მთლიან ენერგიას შორის. .

ელექტრომაგნიტური რეზონატორების ევოლუცია

რეზონატორს შეუძლია დიდი ხნის განმავლობაში შეინარჩუნოს გარე პულსით გამოწვეული პერიოდული რხევები. რეზონატორს აქვს სიხშირის სელექციურობა გარე ჰარმონიული ეფექტების მიმართ: მისი რხევების ამპლიტუდა მაქსიმალურია რეზონანსულ სიხშირეზე და მცირდება მისგან დაშორებით. ელექტრომაგნიტურ რეზონატორებში რხევები წარმოადგენს ელექტრული და მაგნიტური ველების ურთიერთ გარდაქმნას. რეზონატორები ფართოდ გამოიყენება რადიო საინჟინრო მოწყობილობებში, რომლებიც არის მრავალი გამაძლიერებლის, გენერატორების უმეტესობის, მიმღების, სიხშირის ფილტრების და სიხშირის მრიცხველების განუყოფელი ნაწილი.

უმარტივესი ელექტრომაგნიტური რეზონატორია (რხევადი LC წრე. ადვილია იმის დადგენა, რომ ელექტრული ენერგია წარმოიქმნება კონდენსატორში, ხოლო მაგნიტური რეზერვი იქმნება ინდუქტორში. თან ახლავს ენერგიის გადასვლა ელექტრული ველიდან მაგნიტურ ველზე. ენერგიის სივრცითი მოძრაობით კონდენსატორიდან ინდუქციამდე წრედის ზომები უნდა იყოს მცირე ტალღის სიგრძესთან შედარებით. უკვე მეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში წრე წყვეტს მუშაობას დამაკმაყოფილებლად: ხვეულების ძაფთაშორისი ტევადობა, შეყვანის და კონდენსატორის ფირფიტების ინდუქციურობა მოქმედებს. სიხშირის მატება მოითხოვს კოჭისა და კონდენსატორის ზომის შემცირებას, რაც იწვევს დასაშვებ რხევის სიმძლავრის შემცირებას.

დეციმეტრული და მოკლე ტალღების დიაპაზონში (ნაწილობრივ მეტრის დიაპაზონში) გამოიყენება რეზონატორები, რომლებშიც ელექტრომაგნიტური რხევები ხდება შეზღუდული მოცულობის შიგნით; ამიტომ მათ მოცულობითი ეწოდება.

მიკროსქემის თანდათანობითი გარდაქმნა ღრუს რეზონატორად ნაჩვენებია ნახ. 11.1. ჩართვა (ნახ. 11.1ა) იყოს შექმნილი ძალიან მაღალი სიხშირეზე და ჰქონდეს მხოლოდ ერთი შემობრუნება. მის პარალელურად კიდევ რამდენიმე ბრუნის ჩართვა (ნახ. 11.16) ზრდის ამ სისტემის რხევის სიხშირეს და ამცირებს მავნე გამოსხივებას კოსმოსში. ყველა შემობრუნების გაერთიანება ბრუნვის უწყვეტ ზედაპირზე (ნახ. 11.1 გ) მივყავართ სრულიად დაცულ ტოროიდულ რეზონატორამდე რხევის კიდევ უფრო მაღალი სიხშირით; ეს რეზონატორი მიეკუთვნება კვაზი-სტაციონარული რეზონატორების კლასს.

კვაზი-სტაციონარული რეზონატორებს აქვთ მკაფიოდ განსაზღვრული ელექტრული და მაგნიტური ველების არსებობის რეგიონები, რომლებიც ექვივალენტურია ტევადობისა და ინდუქციურობისა; შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ასეთი რეზონატორი არის სრულიად დაცული რხევითი წრე. კვაზი-სტაციონარული რეზონატორის ზომები მცირეა მისი ბუნებრივი რხევების ტალღის სიგრძესთან შედარებით.

ფირფიტების (კონდენსატორის) გაშლით, რეზონატორის საზღვარს ვაქცევთ ამოზნექილ ზედაპირად, მაგალითად, სფერულ (სურ. 11.1 დ) ამის ბუნებრივი სიხშირე კიდევ უფრო გაიზრდება და ტალღის სიგრძე შედარებითი გახდება. რეზონატორის ზომებით.ახლა რეზონატორის მთელი მოცულობა თითქმის თანაბრად ივსება ელექტრული და მაგნიტური ნულებით, ამიტომ შესაძლებელია გამოვყოთ ცალკეული რეგიონები ტევადობისა და ინდუქციურობის თვისებებით.ასეთი ღრუს რეზონატორში არსებული ველი. ტიპი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს, როგორც ნაწილობრივი ტალღების ჯამი, რომელიც თანმიმდევრულად აისახება მისი კედლებიდან.რეზონანსი წარმოიქმნება, თუ ტალღა, რომელიც ცირკულირებს რეზონატორის შიგნით, მიაღწევს გარკვეულ წერტილს ყოველთვის ერთსა და იმავე ფაზაში, ასეთი ველების ფაზაში დამატება მნიშვნელოვნად ზრდის რხევების ამპლიტუდა.

მნიშვნელოვანი ცვლილებები მოხდა ოპტიკური დიაპაზონის შემუშავებისას, რომელშიც ტალღის სიგრძე გაცილებით მცირეა, ვიდრე რეზონატორის ზომები. ამავდროულად, ლითონის კედლებით დახურული ტომები უნდა მიტოვებულიყო. ღია ღრუს რეზონატორები, რომლებიც წარმოქმნიან ოპტიკურ ტალღებს, ინარჩუნებენ ამრეკლავი კედლის მხოლოდ ნაწილს. უმარტივეს შემთხვევაში, ისინი წარმოადგენენ მრავალშრიანი დიელექტრიკისგან დამზადებული ორი დაპირისპირებული სარკის სისტემას, რომლებიც ასახავს ელექტრომაგნიტურ ტალღას ერთმანეთს.

საკუთარი და იძულებითი ვიბრაციები

ბუნებრივი რხევები, როგორც ცნობილია რხევითი სქემების თეორიიდან, წარმოიქმნება რეზონატორში გარეგანი პულსის მოქმედებით, როდესაც მასში შედის ენერგიის ნაწილი. ჩამოყალიბების პროცესის შემდეგ ისინი ხდებიან ჰარმონიული დამთრგუნველი და დროზეა დამოკიდებული კანონის მიხედვით:

სადაც (Oc არის ბუნებრივი წრიული რხევის სიხშირე, რეზონატორის დროის მუდმივი, რეზონატორის შინაგანი ხარისხის ფაქტორი, რთული ბუნებრივი რხევის სიხშირე.

ღრუს რეზონატორს აქვს მთელი რიგი ბუნებრივი რხევები, რომელთაგან თითოეული შეესაბამება ველის გარკვეულ სტრუქტურას და გარკვეულ მნიშვნელობებს. შესაბამისად, გარე ელექტრომაგნიტური პულსი ქმნის რთულ რხევას რეზონატორში, რომელიც შედგება ფორმის სიხშირის კომპონენტებისგან (11.1) .

იძულებითი რხევები გამოწვეულია (გარე პერიოდული ზემოქმედებით, ხოლო ენერგია სისტემაში ყოველ პერიოდში შემოდის. თუ ამ რხევების სიხშირე ემთხვევა რხევის სისტემის ერთ-ერთ რეზონანსულ სიხშირეს, წარმოიქმნება რეზონანსი, რომელსაც თან ახლავს ამპლიტუდის მკვეთრი მატება. რხევები ელექტრული და მაგნიტური ენერგიის რეზერვები რეზონანსულ რეზონანსში საშუალო პერიოდისთვის იგივეა, ასე რომ ენერგია მთლიანად გადადის ერთიდან მეორეში. საკომუნიკაციო ხაზი (გარე წყაროდან) მიეწოდება რხევითი სისტემა მხოლოდ შედარებით მცირე რაოდენობით ენერგიაა საჭირო სითბოს დანაკარგების შესავსებად.

ღრუს პარამეტრები იძულებითი რხევის რეჟიმში

რეზონანსული სიხშირე ან მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება ბუნებრივი სიხშირისგან. მაგალითად, ამ განსხვავებაზე ( ნაკლებია გარკვეული ტიპის რხევა, სხვებისგან დამოუკიდებლად, შესაძლებელია მხოლოდ შედარებით ვიწრო ზოლში, თუ სხვა ტიპის რხევებს აქვთ რეზონანსული სიხშირეები საკმარისად შორს ან არ არის დაკავშირებული აგზნებისგან.

ხარისხის ფაქტორის დადგენა შესაძლებელია ენერგეტიკული პარამეტრების საშუალებით. (სქემების თეორიაში, სადაც არის კოჭის ინდუქციურობა, წინააღმდეგობა (ზარალი. გაამრავლეთ ამ ფორმულის მრიცხველი და მნიშვნელი (ზე

რეზონანსის დროს რეზონატორში დაგროვილი ენერგია. ეს უდრის ორჯერ მაგნიტურ ენერგიას ინდუქციურობაში იმის გამო, რომ საშუალო დანაკარგის სიმძლავრე რეზონატორში ამ პერიოდის განმავლობაში.

ამრიგად, რეზონატორის შინაგანი ხარისხის ფაქტორი გამოიხატება როგორც

ე.ი. ტოლია გამრავლებული რეზონატორში დაგროვილი ენერგიის თანაფარდობაზე [რეზონანსზე, ენერგიის დანაკარგი (რეზონატორში ერთი პერიოდის განმავლობაში. ფორმულა (11.2) for უფრო უნივერსალურია, ვიდრე თავდაპირველი თანაფარდობა. იგი მოიცავს ენერგეტიკულ სიდიდეებს, რომლებიც ადვილად გამოსაყენებელია. განსაზღვრულია ნებისმიერი სისტემისთვის.

შეყვანის წინააღმდეგობა რეზონანსზე (ან გამტარობა იზომება ხაზში რეზონატორის შესასვლელთან საკომუნიკაციო მოწყობილობის წინ (ნახ. 11.2). ხაზის ამ მონაკვეთს დავარქმევთ საცნობარო სიბრტყეს. სტაბილურ მდგომარეობაში სიმძლავრე არის გენერატორიდან მოხმარებული რეზონატორში სიმძლავრის დანაკარგების ტოლია.მაშასადამე

ამრიგად, წინააღმდეგობა არის რეზონატორში დანაკარგების საზომი. მისი ღირებულება დამოკიდებულია საკომუნიკაციო მოწყობილობის დიზაინზე და მოცემულ რეზონატორში მისი ჩართვის მდებარეობაზე.

რეზონანსული მახასიათებელი - რეზონატორის კომპლექსური შეყვანის წინააღმდეგობის სიხშირეზე დამოკიდებულება ან შეყვანის გამტარობა შესაბამისად, (პარალელური რეზონანსი