الرنين المغناطيسي النووي

أول مطياف ر.م.ن. في العالم بتردد 1 GHz (1000 MHz, 23.5 ت) تم هجريبه في ‘Centre de RMN à Très Hauts Champs’ الجديد في ليون، فرنسا في أغسطس 2009

مطياف ر.م.ن. ذوالمجال المغناطيسي العالي (800 MHz, 18.8 ت) في المعمل الوطني الشمالي الغربي الپاسيفيكي.

الرنين المغناطيسي النووي Nuclear magnetic resonance أواختصارا (إن.إم.آر NMR) هي إحدى الظواهر الفيزيائية التي تعتمد على الخواص المغناطيسية الميكانيكية الكمومية لنواة الذرة. الرنين النووي المغناطيسي أيضا يستخدم للدلالة على مجموعة منهجيات وتقنيات فهمية تستخدم هذه الظاهرة لدراسة الجزيئات من بنية وتشكيل فراغي.

تعتد الظاهرة أساسا على ان جميع النوى الذرية التي تملك عددا فرديا من البروتونات أوالنيوتروناتقد يكون لها عزم مغناطيسي أصلي داخلي وعزم زاوي. أكثر النوى التي تستخدم في هذه التقنيات هي هيدروجين-1 أكثر نظائر الهيدروجين توافراً في الطبيعة إضافة إلى الكربون-13 نظير الكربون الطبيعي. نظائر عناصر أخرى يمكن حتى تستخدم لكن استخداماتها تظل أقل.

كل النويات الثابتة التى تحوى عددا فرديا من البروتونات و/أومن النيوترونات (أنظر نظير) تمتلك عنصر مغناطيسي داخلى والزخم الزاوي، وبحدثات أخرى دوران spin غير صفري، بينما نيوكليد بأرقام زوجية لكلاهما ولهم دوران صفرا. نويات دراستها هي الأكثر شيوعا [[هيدروجين-1|1خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف هيدروجين]] (والرنين المغناطيسي النووي الأكثر حساسية النظائر بعد المواد المشعة [[هيدروجين-3|3خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف هيدروجين]]) و[[كربون-13|13خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف كربون]], على الرغم حتى هذه من نويات النظائر وعناصر أخرى مثل ( [[هيدروجين-2|2خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف هيدروجين]], [[بورون-10|10خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف بورون]], [[بورون-11|11خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف بورون]], [[نيتروجين-14|14خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف نيتروجين]], [[نيتروجين-15|15خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف نيتروجين]], [[أكسجين-17|17خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف أكسجين]], F, Na، Si, P, Cl، Cd, Xe, Pt) وقد درست من قبل مطياف الرنين المغناطيسي النووي العالى الميدان بالإضافة .

التاريخ

الإكتشاف

الرنين المغناطيسي النووي تم وصفها لأول مرة وقياسها في الحزم الجزيئية من قبل إيزيدور رابي في عام 1938. بعد ثماني سنوات ، في عام 1946 ، فيلكس بلوخ وإدوارد ميلز پورسل قاما بهجريز التقنية لاستخدامها في السوائل والمواد الصلبة, ولقد إقتسما جائزة نوبل في الفيزياء عام 1952.

پورسل قد عمل على تطوير تطبيقات الرادار خلال الحرب العالمية الثانية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا معمل الإشعاع. وكان برنامج عمله خلال هذا المشروع على انتاج وكشف طاقة الترددات اللاسلكية ، وعلى استيعاب مثل هذه المسألة عن طريق طاقة الترددات اللاسلكية ، وسبق له قبل ذلك اكتشاف الرنين المغناطيسي النووي .

لاحظوا حتى النويات المغناطيسية، مثل H و [[phosphorus-31|31خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف Phosphorus]]، يمكن حتى تمتص طاقة الترددات اللاسلكية عند وضعه في مجال مغناطيسي وجود قوة محددة لهوية النويات. عندما يحدث هذا الاستيعاب ، فإن النواة توصف بأنها »في« صدى. تختلف الأنوية الذرية في غضون جزيء يتردد صداه في مختلف ترددات (الراديو) لنفس قوة الحقل المغناطيسي. مراقبة مثل هذه الترددات المغناطيسية صدى الأنوية المتواجدة في جزيء يتيح لأي مستخدم مدرب على اكتشاف المعلومات الأساسية والكيماوية والهيكلية حول الجزيء.

تطوير الرنين المغناطيسي النووي كأسلوب للكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية يوازي تطور التكنولوجيا الكهرومغناطيسية وتقديمها للاستخدام المدني.

مطيافية NMR

900MHz, 21.2 T NMR Magnet at HWB-NMR, Birmingham, UK

النظائر

يمكن حتى نستخدم الكثير من العناصر الكيميائية في تحليل الرنين المغناطيسي النووي.

النويات شائعة الإستعمال:

التطبيقات

الطب

استخدام الرنين المغناطيسي النووي المعروفة لعامة الناس هوالتصوير بالرنين المغناطيسي لأغراض التشخيص الطبي والمجهر ذى الرنين المغناطيسي في مواقع البحث ، ولكن ، كما أنها تستخدم على نطاق واسع في الدراسات الكيميائية ، وخصوصا في مثل مطياف الرنين المغناطيسي النووي كما في بروتون الرنين المغناطيسي النووي ،الكربون-13 إذا إم آر, ديوتيريوم إذا إم آر وفوسفور-31 إذا إم آر . استخدام الرنين المغناطيسي النووي المعروفة لعامة الناس هوالبيوكيميائيةالمغناطيسية يمكن أيضا حتى تكون المعلومات التي تم الحصول عليها من الأنسجة الحية (على سبيل المثال الإنسان الدماغ الأورام) مع تقنية تعهد باسم إذا فيفومطياف الرنين المغناطيسي أوتحول كيميائي مجهر الرنين المغناطيسي النووي .

هذه الدراسات ممكنة لأن الأنوية محاطة بمدارات إليكترونية ، التي هي أيضا الجسيمات التى تدور وهى المشحونة مثل مغناطيس ، إلى غير ذلك ، ستكون جزئيا درعا للنوية. كمية التدريع تعتمد على البيئة المحلية بالضبط., هما نواة الهيدروجين يمكن حتى تتفاعل عن طريق عملية تعهد باسم الإقتران تدوير تدوير ، إذا كانوا في نفس الجزيء ، والتي يفترض أن تقسم خطوط الأطياف بطريقة معترف بها.

صناع أجهزة ر.م.ن.

صناع آلات الرنين المغناطيسي النووي الرئيسية يضمون . أوكسفورد للأدوات , بروكيرللأدوات, سبنلوك, العامةالكهربائية, JEOL, Kimble Chase, فيليبس, سيمينز أ ج, مؤسسة ڤاريان وسبنكور للتقنيات

انظر أيضاً

Carbon-13 NMR
Chemical shift
2D-FT NMRI and spectroscopy
Dynamic nuclear polarisation (DNP)
Earth's field NMR (EFNMR)
Free induction decay (FID)
In vivo magnetic resonance spectroscopy (MRS)
J-coupling
Larmor equation (Not to be confused with Larmor formula).
Larmor precession
Low field NMR
Magic angle spinning
Magnetometer
Magnetic resonance imaging (MRI)
NMR spectra database
NMR spectroscopy
NMR Microscopy
Nuclear magnetic resonance in porous media
Nuclear quadrupole resonance (NQR)
Protein dynamics
Protein NMR
Proton NMR
Rabi cycle
Relaxometry
Relaxation (NMR)
Solid-state NMR
Zero field NMR

الهامش

^ I.I. Rabi, J.R. Zacharias, S. Millman, P. Kusch (1938). "A New Method of Measuring Nuclear Magnetic Moment". Physical Review. 53: 318. doi:10.1103/PhysRev.53.318.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Filler, Aaron (2009). "The History, Development and Impact of Computed Imaging in Neurological Diagnosis and Neurosurgery: CT, MRI, and DTI". Nature Precedings. doi:10.1038/npre.2009.3267.5.
^ Multinuclear NMR

المصادر

G.E Martin, A.S. Zekter (1988). Two-Dimensional NMR Methods for Establishing Molecular Connectivity. New York: VCH Publishers. p. 59.
J.W. Akitt, B.E. Mann (2000). NMR and Chemistry. Cheltenham, UK: Stanley Thornes. pp. 273, 287.
J.P. Hornak. "The Basics of NMR". Retrieved 2009-02-23.
J. Keeler (2005). Understanding NMR Spectroscopy. John Wiley & Sons. ISBN .
K. Wuthrich (1986). NMR of Proteins and Nucleic Acids. New York (NY), USA: Wiley-Interscience.
J.M Tyszka, S.E Fraser, R.E Jacobs (2005). "Magnetic resonance microscopy: recent advances and applications". Current Opinion in Biotechnology. 16 (1): 93–99. doi:10.1016/j.copbio.2004.11.004.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
J.C. Edwards. "Principles of NMR" (PDF). Process NMR Associates. Retrieved 2009-02-23.
R.L Haner, P.A. Keifer (2009). Encyclopedia of Magnetic Resonance. John Wiley:Chichester. doi:10.1002/9780470034590.emrstm1085.

وصلات خارجية

دروس

NMR/MRI tutorial
NMR Library NMR Concept

تحريك ومحاكاة

Animations
precession
A free interactive simulation of NMR principles

برامج حاسوب

CARA - Computer Aided Resonance Assignment, freeware, developed at the group of Prof. Kurt Wüthrich
CCPN NMR software suite from community led Collaborative Computing Project for NMR.
Janocchio Conformation-dependent coupling and NOE prediction for small molecules.
Mnova - Multiplatform NMR processing, analysis and prediction software from Mestrelab Research.
NMR processing software from ACD/Labs for 1D and 2D NMR spectra. DB interface available.
NMR Prediction software ACD/NMR Predictors
NMR simulation software QSim
Free software for simulation of spin coupled multiplets and DNMR spectra WINDNMR-Pro
NMR processing software NMRPipe
RMN - An NMR data processing program for the Macintosh.
SPINUS website that uses neural networks to predict NMR spectra from chemical structures

فيديو

introduction to NMR and MRI
Richard Ernst, NL - Developer of Multdimensional NMR techniques Freeview video provided by the Vega Science Trust.
'An Interview with Kurt Wuthrich' Freeview video by the Vega Science Trust (Wüthrich was awarded a Nobel Prize in Chemistry in 2002 "for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution").