ما المقصود بالرنين المغناطيسي النووي؟
خصائص الدوران والمغناطيسية:
استخدامات الرنين المغناطيسي النووي:
أساسيات الرنين المغناطيسي النووي – NMR:
تكوين أداة الرنين المغناطيسي النووي – NMR:
ماذا يمكننا التعلم من أطياف الرنين المغناطيسي النووي؟
ما المقصود بالرنين المغناطيسي النووي؟

 

الرنين المغناطيسي النووي (NMR): هو الامتصاص الانتقائي لموجات الراديو عالية التردد بواسطة نوى ذرية معينة تخضع لمجال مغناطيسي ثابت قوي بشكل مناسب. لوحظت هذه الظاهرة لأول مرة في عام (1946م) من قبل الفيزيائيين “فيليكس بلوخ” و”إدوارد بورسيل” بشكل مستقل عن بعضهما البعض.

 

النوى التي يكون فيها بروتون واحد على الأقل أو نيوترون واحد غير متزاوج يعمل كمغناطيسات صغيرة، ويمارس مجال مغناطيسي قوي قوة تجعلها تتحرك إلى حد ما بنفس الطريقة التي تتبع فيها محاور القمم الدوارة أسطحاً مخروطية الشكل أثناء تحركها في مجال جاذبية الأرض. عندما يتوافق التردد الطبيعي للمغناطيسات النووية المسبقة مع تردد موجة راديوية خارجية ضعيفة تضرب المادة، يتم امتصاص الطاقة من الموجة الراديوية.

 

يمكن إنتاج هذا الامتصاص الانتقائي، المسمى بالرنين، إما عن طريق ضبط التردد الطبيعي للمغناطيسات النووية على الموجة الراديوية الضعيفة ذات التردد الثابت أو عن طريق ضبط تردد الموجة الراديوية الضعيفة على تلك الخاصة بالمغناطيسات النووية “يحددها مجال مغناطيسي خارجي ثابت قوي”.

 

خصائص الدوران والمغناطيسية:

 

تتكون النواة من جسيمات أولية تسمى النيوترونات والبروتونات، والتي تحتوي على خاصية جوهرية تسمى الدوران. مثل الإلكترونات، يمكن وصف دوران النواة باستخدام الأرقام الكمومية، (I) للدوران و(m) للدوران في مجال مغناطيسي.

 

النوى الذرية ذات الأعداد الزوجية من البروتونات والنيوترونات لها دوران صفري وجميع الذرات الأخرى ذات الأعداد الفردية لها دوران غير صفري. علاوة على ذلك، فإنّ كل الجزيئات ذات الدوران غير الصفري لها لحظة مغناطيسية، (?) مُعطاة بواسطة العلاقة:

 

? = ? × I

حيث:

 

? – هي النسبة الجيرومغناطيسية، ثابت التناسب بين العزم المغناطيسي ثنائي القطب والزخم الزاوي.

 

استخدامات الرنين المغناطيسي النووي:

 

يستخدم الرنين المغناطيسي النووي لقياس اللحظات المغناطيسية النووية، السلوك المغناطيسي المميز لنواة معينة. نظراً لتعديل هذه القيم بشكل كبير من خلال البيئة الكيميائية المباشرة، فإنّ قياسات الرنين المغناطيسي النووي توفر معلومات حول التركيب الجزيئي لمختلف المواد الصلبة والسوائل.

 

بحلول أوائل الثمانينيات من القرن الماضي، بدأ استخدام تقنيات الرنين المغناطيسي النووي في الطب لتصور الأنسجة الرخوة في الجسم. قدم تطبيق الرنين المغناطيسي النووي هذا، المسمى التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، طريقة خالية من المخاطر وغير باهظة لتوليد صور مرئية لشرائح رقيقة من الجسم عن طريق قياس اللحظات المغناطيسية النووية لنواة الهيدروجين العادية في ماء الجسم والدهون (fats).

 

تظهر صور الرنين المغناطيسي النووي حساسية كبيرة في التمييز بين الأنسجة السليمة والأنسجة المريضة أو التالفة. بحلول أواخر الثمانينيات، أثبت التصوير بالرنين المغناطيسي أنّه متفوق على معظم تقنيات التصوير الأخرى في توفير صور للدماغ والقلب والكبد والكلى والطحال والبنكرياس والثدي والأعضاء الأخرى.

 

يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي صوراً عالية التباين ومتغيرة الألوان يمكن أن تظهر الأورام والأنسجة المتعطشة للدم واللويحات العصبية الناتجة عن التصلب المتعدد. لا تمثل هذه التقنية أي مخاطر صحية معروفة، ولكن لا يمكن استخدامها مع الأفراد الذين لديهم أجهزة تنظيم ضربات القلب أو أجهزة معينة أخرى تحتوي على معادن مزروعة في أجسامهم.

أساسيات الرنين المغناطيسي النووي – NMR:

 

(NMR) هو اختصار للرنين المغناطيسي النووي. تسمح أداة (NMR) بتحليل التركيب الجزيئي للمادة من خلال مراقبة وقياس تفاعل (spins) النووية “الدوران السريع” عند وضعها في مجال مغناطيسي قوي. لتحليل التركيب الجزيئي على المستوى الذري، يمكن أيضاً استخدام المجاهر الإلكترونية وأدوات حيود الأشعة السينية، ولكن مزايا الرنين المغناطيسي النووي هي أنّ قياسات العينة غير مدمرة وهناك حاجة أقل لإعداد العينة.

 

تشمل مجالات التطبيق الحيوية والأطعمة والكيمياء، بالإضافة إلى مجالات جديدة مثل أفلام البطاريات و (EL) العضوي، والتي تتحسن وتتطور بسرعة ملحوظة. أصبح الرنين المغناطيسي النووي أداة تحليل لا غنى عنها في مجالات العلوم والتكنولوجيا المتطورة.

 

تكوين أداة الرنين المغناطيسي النووي – NMR:

 

الحاسوب – Computer: يستخدم كأداة للتحكم و تحليل البيانات.

 

المطياف أو منظار الطيف – Spectrometer: يرسل ويستقبل موجات الترددات الراديوية لحساب قياسات (NMR).

 

مغناطيس فائق التوصيل – Super – conducting magnet: لتوليد مجال مغناطيسي قوي بعشرات الآلاف من المرات أقوى من المجال المغناطيسي الأرضي. العينات توضع في هذا المجال المغناطيسي وتتعرض للموجات الراديوية.

 

ماذا يمكننا التعلم من أطياف الرنين المغناطيسي النووي؟

 

التحول الكيميائي: معلومات حول تكوين المجموعات الذرية داخل الجزيء.

 

ثابت اقتران Spin-Spin: معلومات حول الذرات المجاورة.

 

وقت الاسترخاء – Relaxation time: معلومات عن الديناميكيات الجزيئية.

 

شدة الإشارة – Signal intensity: المعلومات الكمية، على سبيل المثال النسب الذرية داخل الجزيء والتي يمكن أن تكون مفيدة في تحديد التركيب الجزيئي ونسب المركبات المختلفة في الخليط.