Основные принципы магнитного резонанса
Тип: реферат
Категория: Физика
Рефератна тему:"Основные принципы магнитного резонанса"Донецк 2008ВведениеДвижение отдельных частиц, в частности молекул, как правило, наиболее полно можно описать на языке квантовой механики - абстрактной математической теории, в которой все процессы, происходящие в природе, выражаются с помощью операторов физических величин. При этом сами операторы не дают наглядной физической картины, а конкретный физический смысл приобретают только средние значения или математические ожидания операторов, т.е. значения физических величин, получаемые в результате достаточно большого числа измерений. Расчет математических ожиданий, обычно обозначаемых парой угловых скобок, проводится согласно данной теории. Например, энергия Е определяется как математическое ожидание гамильтониана Н системы: Е = < Н >. Заметим, что во многих случаях имеет место формальное совпадение операторных уравнений с соответствующими уравнениями для математических ожиданий, хотя их смысл, вообще говоря, различный. Здесь, как правило, будем рассматривать математические ожидания физических величин, поэтому там, где не возникает недоразумений, скобки, обозначающие математические ожидания, для краткости будем опускать.Основные принципы магнитного резонанса можно понять в рамках классической физики при условии, что введены дополнительные предположения, отражающие квантовомеханические свойства системы, поэтому далее для описания резонансных явлений часто используется квазиклассическое приближение, благодаря его наглядности и простоте.1.1 Магнитный момент и ядерный спинБольшинство атомных ядер обладает собственным механическим моментом вращения J, пропорциональным величине I, называемой ядерным спином: J = h I, где J и I - операторы,, h - постоянная Планка. Ядра, обладающие собственным механическим моментом, можно рассматривать как микроскопические гироскопы. С вращательным моментом связан ди-польный магнитный момент, причем между механическим и магнитным моментом существует простая связьКоэффициент пропорциональности У/ называется гиромагнитным отношением. Эта величина является константой для каждого типа ядер. Величина спина I постоянна для каждого ядра, точнее, для каждого ядра в основном состоянии. В физике высоких энергий наблюдаются возбужденные состояния ядер, в которых значения вращательного момента ядер отличаются от их значений в основном состоянии. Согласно квантовой механике, величина ядерного спина I характеризуется максимальным собственным значением оператора 1г — проекции оператора спина I на ось z произвольной декартовой системы координат. Число I называют спином ядра. Собственные чиста rrij оператора 1Ъ могут принимать значений: irij = /, 7—1,где7 > 0 может быть либо целым числом, либо полуцелым. Исходя из квантовомеханических положений можно вычислить модуль момента J:Чем больше величины Yj и I, тем больше магнитный момент атомного ядра, а значит, величина магнитного поля, создаваемого этим микроскопически малым магнитом.Среди стабильных изотопов ядро атома водорода *Н обладает наибольшим значением гиромагнитного отношения. Так как чувствительность метода возрастает с ростом магнитного момента и большинство биологических объектов состоит из соединений, в состав которых входят атомы водорода, то спектры ЯМР на ядрах *Н имеют особое значение в биологии и медицине. Такие распространенные изотопы, как 1бО и 12С, обладают нулевым ядерным спином, и они не могут быть обнаружены с помощью метода ЯМР.Среди ядер, представляющих интерес для биологии и медицины и обладающих спином /= 1/2, наряду с *Н можно назвать ядра 31Р, 13С и 15N. Однако естественное содержание изотопа 13С составляет лишь 1% по отношению к изотопу 12С^спин которого 1= 0, а изотопа 15N - всего лишь 0,4%. Ядра изотопов Nh
