MÁGNESES MAGREZONANCIA A KÉMIÁBAN, GYÓGYSZERÉSZETBEN, ORVOSTUDOMÁNYBAN

Hasonló dokumentumok
MÁGNESES MAGREZONANCIA A KÉMIÁBAN, GYÓGYSZERÉSZETBEN, ORVOSTUDOMÁNYBAN

MÁGNESES MAGREZONANCIA A KÉMIÁBAN, GYÓGYSZERÉSZETBEN, ORVOSTUDOMÁNYBAN

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Dóczy-Bodnár Andrea október 3. Magmágneses rezonancia (NMR) és elektronspinrezonancia (ESR) alapjai

Mágneses módszerek a műszeres analitikában

Magmágneses rezonancia (NMR) és elektronspinrezonancia (ESR) alapjai

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Mágneses módszerek a mőszeres analitikában

Szerves vegyületek szerkezetfelderítése NMR spektroszkópia

Az NMR spektroszkópia a fehérjék szolgálatában. Bodor Andrea. ELTE Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratórium Visegrád

Spektroszkópiai módszerek 2.

Medical Imaging Mágneses rezonancia (MR, MRI, NMR) x B. Makroszkopikus tárgyalás

Mi mindenről tanúskodik a Me-OH néhány NMR spektruma

Mágneses rezonanciás képalkotás AZ MRI elve, fizikai alapok

M N. a. Spin = saját impulzus momentum vektor: L L nagysága:

Magmágneses rezonancia. alapjai. Magmágneses rezonanciához kapcsolódó Nobel-díjak. γ N = = giromágneses hányados. v v

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Sohár Pál Varázslat, amitől láthatóvá válnak és életre kelnek a molekulák: Az NMR spektroszkópia

Fizikai kémia Mágneses magrezonancia spektroszkópia alapjai. Mágneses magrezonancia - NMR. Mágneses magrezonancia - NMR

Times, október 9 MRI

24/04/ Röntgenabszorpciós CT

MRI áttekintés. Orvosi képdiagnosztika 3. ea ősz

lásd: enantiotóp, diasztereotóp

Alkalmazott spektroszkópia

MÁGNESES MAGREZONANCIA A KÉMIÁBAN, GYÓGYSZERÉSZETBEN, ORVOSTUDOMÁNYBAN

A nehézfémek növényi vízháztartásra gyakorolt hatásának vizsgálata Mágneses Rezonancia készülékkel. Készítette: Jakusch Pál Környezettudós

Az NMR képalkotás alapjai. Bányai István Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék DE, TEK

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Fizikai kémia Részecskék mágneses térben, ESR spektroszkópia. Részecskék mágneses térben. Részecskék mágneses térben

Alkalmazott spektroszkópia Serra Bendegúz és Bányai István

NMR, MRI. Magnetic Resonance Imaging. Times, október 9 MRI

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?


I. Az NMR spektrométer

Rádióspektroszkópiai módszerek

Elektronspinrezonancia (ESR) - spektroszkópia

NMR spektroszkópia (Nuclear Magnetic Resonance) Mágneses (atom)magrezonancia Spektroszkópia

A fény és az anyag kölcsönhatása

Mágneses magrezonancia-spektroszkópia (NMR) Szalontai Gábor: alapelvek nyolc órában

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Emlékeztető Paramágneses anyagok

Morfológiai képalkotó eljárások CT, MRI, PET

Stern Gerlach kísérlet. Készítette: Kiss Éva

Az (N)MR(I) módszer elve

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

Mágneses magrezonancia (NMR) spektroszkópiák

Elektronspin rezonancia

palkotás alapjai Bányai István Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék DE, TEK

0) I=0 I=1/2 I=k (k=1,2,..) töltéssel forog (I=1/2)

Vektorok, mátrixok, tenzorok, T (emlékeztető)

Az MR(I) módszer elve. Dr.Fidy Judit 2012 március 7

Az MR(I) módszer elve. Az MR(I) módszer. (Nuclear) Magnetic Resonance Imaging mag (atommag) mágneses rezonancia alapu képalkotó módszer

A testek részecskéinek szerkezete

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

A BioNMR spektroszkópia alapjai

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Az NMR spektroszkópia alapjai Dr. Rohonczy János ELTE Szervetlen Kémiai Tanszék

Az Orvosi Fizika Szigorlat menete a 2012/2. tanévtől

1D multipulzus NMR kísérletek

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Fizikai kémia 2. ZH V. kérdések I. félévtől

Az NMR és a bizonytalansági elv rejtélyes találkozása

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

4.A MÁGNESES REZONANCIA (MR) ORVOSI ALKALMAZÁSA

CT/MRI képalkotás alapjai. Prof. Bogner Péter

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

A BioNMR spektroszkópia alapjai

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

Az elektromágneses hullámok

Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

MÁGNESES MAGREZONANCIA SPEKTROMETRIA

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

WOLFGANG PAULI ÉS AZ ANYAGTUDOMÁNY KROÓ NORBERT MAGYAR TUDOMÁNYOS AKADÉMIA ÓBUDAI EGYETEM,

A különböző anyagok mágneses térrel is kölcsönhatásba lépnek, ugyanúgy, ahogy az elektromos térrel. Ez a kölcsönhatás szintén kétféle lehet.

Gnädig Péter: Golyók, labdák, korongok és pörgettyűk csalafinta mozgása április 16. Pörgettyűk különböző méretekben az atomoktól a csillagokig

BIOFIZIKA. Metodika- 4. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Fontos fogalmak. A pörgettyűmodell

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Drug design Képalkotó eljárások a gyógyszerkutatásban Dr. Kengyel András GK, SPECT, PET, fmri, UH, CT, MRI Doppler UH

alapvető tulajdonságai

FEHÉRJÉK A MÁGNESEKBEN. Bodor Andrea ELTE, Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratórium. Alkímia Ma, Budapest,

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Biofizika és orvostechnika alapjai

Zéró Mágneses Tér Laboratórium építése Nagycenken

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Készítette: NÁDOR JUDIT. Témavezető: Dr. HOMONNAY ZOLTÁN. ELTE TTK, Analitikai Kémia Tanszék 2010

IMPULZUS MOMENTUM. Impulzusnyomaték, perdület, jele: N

Bevezetés a részecske fizikába

N I. 02 B. Mágneses anyagvizsgálat G ép A mérés dátuma: A mérés eszközei: A mérés menetének leírása:

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Az NMR spektroszkópia alapjai

Magszerkezet modellek. Folyadékcsepp modell

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Az elektromágneses tér energiája

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás

Mag-mágneses rezonancia

Az atom felépítése Alapfogalmak

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Elektromágneses módszerek geofizikai-földtani alkalmazásai. Pethő Gábor (Miskolci Egyetem)

Átírás:

MÁGNESES MAGREZONANIA A KÉMIÁBAN, GYÓGYSZERÉSZETBEN, ORVOSTUDOMÁNYBAN 1) A jelenség 2) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) 3) Magnetic Resonance Imaging (MRI) 4) Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS)

NMR és Nobel díj 1952 Fizika Módszer és elméleti alapok Felix Bloch Edward Mills Purcell 1991 Kémia Nagy felbontású NMR spektroszkópia Fourier transzformáció, 2D technika Richard Ernst 2002 Kémia Biológiai makromolekulák 3D szerkezete Kurt Wüthrich 2003 Orvosi MRI (Magnetic Resonance Imaging) felfedezése Paul. Lauterbur Sir Peter Mansfield

Atommagok mágneses tulajdonságai spin Mag Proton Kvark fel Kvark fel Kvark le Töltések: Kvark fel : +2/3 Kvark le : -1/3 1/2 1/2 Neutron Kvark fel Kvark le Kvark le Proton : +1 Neutron : 0 1/2 1/2 Spin: saját, belső impulzusmomentum (perdület megtévesztő, mert azt sugallja, hogy a részecske saját tengelye körüli forgásából adódik) A protonok és neutronok a legalacsonyabb energiaszintű pályákat igyekeznek elfoglalni (ebben az elektronokkal megegyeznek), és az ellentétes spinűek igyekeznek párosítódni (ebben az elektronoktól eltérnek).

A protonok és neutronok saját impulzusmomentumának következménye az atommag saját impulzusmomentuma (spinje), ennek nagysága kvantált. Spinimpulzus-momentum nagysága I I(I 1) h 2 I: a mag spinkvantumszáma, függ a magban lévő protonok és neutronok számának típusától Mag Protonszám Neutronszám I Példa páros páros 0 12, 16 O páratlan páratlan 1 (2,3..) 14 N NMR inaktív magok Az egyik páros, a másik páratlan.,5 1, 13, 19 F, 31 P 23 Na (1,5) 17 O (2,5) NMR aktív magok

A spinimpulzus momentum vektormennyiség: iránya és nagysága is kvantált. Egy I spinű mag I impulzusmomentumának (vektor félkövér!) egy tetszőlegesen választott (pl. a z) tengelyre nézve 2I+1 számú merőleges vetülete van. Azaz, I z komponense, I z kvantált: I z m m: a mag mágneses kvantumszáma, melynek értéke lehet: -I, -I+1,, I-1, I 0.5 0.5 0 cos 1 (I I I z m I I(I 1) 0.5) : 54.7 m I I(I 1) I=0,5 I=1 A mag mágneses momentuma, m szintén vektormennyiség arányos I-vel. A g arányossági tényezőt giromágneses (csavarómágneses) hányadosnak nevezzük. m = g I

Egyes izotópok mágneses magrezonanciás tulajdonságai Izotóp I Természetes előfordulás % m magmagneton g radian/ Tesla sec NMR frekvencia [Mz] 4,7 Tesla térerőnél Kémiai eltolódás tartomány [ppm] Relatív érzékenység Egyenlő számú magra Természetes izotóp-arány mellett 1 1/2 99,9844 2,7927 2,6751 200 10 1,000 1,000 2 1 0,0156 0,8574 0,4107 30,7 10 9,65 10-3 1,45 10-6 11 B 3/2 81,17 2,6880 0,8583 64,2 250 0,165 0,133 13 1/2 1,108 0,7022 0,6726 50,3 250 1,59 10-2 1, 76 10-4 14 N 1 99,635 0,4036-0,1933 14,4 900 1,01 10-3 1,00 10-3 15 N 1/2 0,365-0,2830-0,2711 20,3 900 1,04 10-3 3,85 10-6 17 O 5/2 0,037-1,8930-0,3627 27,1 700 0,0291 1,08 10-5 19 F 1/2 100 2,6273 2,5167 188 800 0,833 0,833 23 Na 3/2 100 2,2161 0,7076 53 0,095 0,095 29 Si 1/2 4,70-0,5548-0,5316 39,7 400 7,84 10-3 3,68 10-4 31 P 1/2 100 1,1305 1,0829 81 700 0,0663 0,0663 35 l 3/2 75,53 0,8209 0,2621 19,6 7,70 10-3 3,55 10-3

B 0 precesszió B 0 z x 0.5 eredő mágnesezettség z x y 0.5 a különböző fázisú spinek egyenletes eloszlása a precesszió szöge q I=0,5 M z M XY B 0 >>>>M z (mérhetetlen) y 0 0

Mágneses energiaszintek B 0 E E mzb0 mgb 0 Példa: I=1/2 1 b antiparallel 13 b m= -1/2 E=0,5għB 0 13 a m= +1/2 E=-0,5għB 0 1 a parallel B 0 E= għb 0 N N a b e E kt pl.: B 0 = 11,74 Tesla (500 Mz) 1 (500 Mz) N totál = 2 000 000 N a = 1 000 016 N b = 999 984

A precesszió frekvenciája: 1 2 g B0 g B0 ertz radián sec Larmor frekvencia = f (g, B 0 ) A rezonancia (a spinek parallel állapotból antiparallel állapotba jutnak): a besugárzás frekvenciája egyezzen meg a Larmor frekvenciával. E = h = għb 0 Rezonancia frekvencia: 1 g 2 B 0 W NMR (continuous wave, -t (B 0 -t) fokozatosan változtatják, pásztázzák) PFT NMR (pulse Fourier transformation, az összes átmenetet egyszerre gerjesztik egy rövid pulzussal)

g-sugarak 22 10 Az elektromágneses spektrum röntgensugarak 20 10 18 10 Mössbauer 600 500 400 1 ultraibolya látható infravörös 16 10 14 10 elektrongerjesztési rezgési 300 200 19 F 31 P mikrohullámú 12 10 100 13 rádiófrekvenciás 10 10 8 10 6 10 forgási NMR /Mz /z

z z B 0 x B 0 x y y B 1 M z eredő mágnesezettség rezonancia fázis-koherencia (kötegelődés) M y eredő mágnesezettség B 0 >>>> B 1

Az eredő mágnesezettség megváltozása B 0 B 1 Rezonancia: M z 0, M y alakul ki Relaxáció: M z visszaépül, M y 0

FT FID: free induction decay szabad indukciós lecsengés szinuszoid oszcilláló FT FT B 1 Idő Frekvencia

korrekciós tekercs forgó légpárna

vákuum folyékony N 2 -kamra (-70 ) vákuum folyékony e-kamra (-269 ) szupravezető tekercs

900 Mz 3500 e USD 600 Mz 750 e USD 200 Mz 250 e USD

A rezonancia frekvencia függ: - a mag fajtájától - a mag kémiai környezetétől Mágneses térerő egy adott mag környezetében: B helyi B B0 B0(1 : árnyékolási tényező 0 ) 1 g 2 Bhelyi Kémiai eltolódás 3 3 Si 3 3 1729,6 z 502,4 z 6,136 ppm 4324 z 1256 z 6,136 ppm megfigyelt spektromét er 20010 6 50010 6 TMS 6 10 O 2 2 2 O 2 ppm, dimenzió nélküli 3 3 O 3 TMS dioxán tercier-butanol 2,50 ppm 1,24 ppm

Legfontosabb NMR jellemzők: 1) Kémiai eltolódás 2) Spin-spin csatolás (csatolási állandók, multiplicitás) 3) Intenzitás/terület 4) Relaxációs idő 1) Kémiai eltolódás 1 NMR: 10 ppm 13 NMR: 250 ppm 19 F NMR: 800 ppm 31 P NMR: 700 ppm N DO 2 3 TMS 10 8 6 4 2 0 ppm Magasabb helyi tér Magasabb frekvencia Kisebb árnyékolás Alacsonyabb elektronsűrűség

p A p változtatás hatása a kémiai eltolódásra savas karakterű molekulák esetén Ecetsav 1 NMR titrálása L L 8 7 6 5 4 az 1 kémiai eltolódást meghatározó egyik fő faktor a helyi elektronsűrűség a savi disszociáció növeli az elektronsűrűséget a savi csoport környezetében a szomszédos szénhez kapcsolódó protonok NMR jele alacsonyabb ppm felé tolódik 2.20 2.15 2.10 2.05 2.00 1.95 1.90 1.85 1 chemical shift (ppm) 3 2 1 köztes p értékeknél a savi és bázikus forma kiátlagolt jele látható mért L x L L x L

Ecetsav NMR-p titrálási görbéje 2.2 mért 2.1 L (ppm ) 2.0 1.9 pk a 4.64 L - 1.8 1 2 3 4 5 6 7 8 p p pk a log mért L L mért

2) Spin-spin csatolás: aktív magok közötti kölcsönhatás, ami jelfelhasadást okoz (multiplicitás) satolás: 1) direkt (D, dipoláris), téren keresztüli (szilárd fázisú NMR-ben) 2) indirekt (J, skaláris, független B 0 -tól), kötő elektronokon keresztüli csatolási állandók 3 J 2 (vicinális) J (geminális ) A 3-kötéses csatolási állandók fontos jelzői a konformációnak Összefüggés a diéderes szög és 3 J csatolási állandók között (Karplus) q z 3 J (ertz) 1 J transz q mágnesesen ekvivalens magok: azonos kémiai eltolódással és csatolási állandókkal (kémiailag ekvivalens magoknál a csatolási állandók eltérőek) multiplicitás 2 n : nem ekvivalens magok (három kötésen belül) (a csúcsok száma) n+1: ekvivalens magok (három kötésen belül)

Multiplicitás egyenértékű szomszédokkal Az NMR csúcs: Lorentz görbe a) F Nincs szomszédos mag: szingulet b) F Egy szomszédos mag: dublet 1:1 c) d) B B F F A A Két szomszédos mag: A a a b b B a b a b triplet árom szomszédos mag: kvartet A B a a a a a b a b a b a a a b b b a b b b a b b b n+1 1:2:1 1:3:3:1 Intenzitások: Binomiális együtthatók (összegük 2 n ) Egy spin energiája függ a szomszédos spinek orientációjától

Multiplicitás nem-ekvivalens szomszédos magok esetén: ABX spinrendszer ppm 3 O N A X S OO B N-acetilcisztein x A B 3 J AX 3 J AX 3 J BX 3 J BX 3 J BX 2 J AB 2 J AB 2 J AB 2 J AB ppm Ez elsőrendű (Δ AB /J AB > 7) spektrumokra igaz, a másodrendű spektrumok bonyolultabbak (háztető effektus, a csúcsok összeolvadása) B o legyen nagy

1 -NMR spektrum: N-acetilcisztein D 2 O-ban pd~12 500 Mz 3 O N a x OO b S d-d t-but 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2

1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 4.5 5.0 5.0 5.5 5.5 6.0 6.0 6.5 6.5 7.0 7.0 7.5 7.5 5h 1h 1h 3h 3h DO Terc-butanol Efedrin-hidroklorid D 2 O-ban (360 Mz) O N 3 3 A B D 2 D + 5.090 5.090 5.100 5.100 5.110 5.110 5.120 5.120 5.130 5.130 5.140 5.140 5.150 5.150 5.160 5.160 5.170 5.170 3.45 3.45 3.50 3.50 3.55 3.55 3.60 3.60 1.04 1.04 1.06 1.06 1.08 1.08 1.10 1.10 1.12 1.12 1.14 1.14 1.16 1.16 1.18 1.18 3) Intenzitás/terület

4) Relaxációs idő: E 2 b 90 x B 0 E1 a z x z x z x z x 90 x y y y y 1,2 M z 1 0,8 spin-rács 0,6 0,4 0,2 Mz Ml Mzmax 0 0 1 2 3 4 5 idő M A populáció különbség visszaáll zmax gerjesztés relaxáció e t T 1 1,2 1 M xy 0,8 0,6 0,4 0,2 0 spin-spin M xy M xymax idő 0 1 2 3 4 5 6 t M e A fázis-koherencia megszűnik t T 2

A térerő hatása a spektrumra c a OO 1,88 Tesla b d OOMe ertzben a skála ~3-szorosára növekedett, a vonalszélesség ppm-ben 1/3-ára csökkent. 5,87 Tesla c a OO b d OOMe

ertz = f(b 0 ) J ertz = f(b 0 ) Me O 18 Me 19 O 1-dehidrotesztoszteron

Érzékenység növelés spektrum akkumulációval Jel/zaj 1.5 1. 5 S/N ~ ncg g B exc det 0