Kärnmagnetisk resonans

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
En NMR-spektrometer,

Kärnmagnetisk resonans, även kallat magnetresonans, kärnspinnresonans eller NMR, (från engelska nuclear magnetic resonance) är ett atomfysiskt fenomen som används flitigt inom sjukvård (i magnetresonanstomografi), organisk kemi och biokemi.

Teori[redigera | redigera wikitext]

Fenomenet bottnar i att många atomkärnor har ett kärnspinn skilt från noll och därmed ett magnetiskt moment som är proportionellt mot spinnimpulsmomentet genom en isotopspecifik magnetogyrisk kvot. Regeln för hur spinnkvanttalet, I, för en atomkärna beror på antalet protoner och neutroner är att om båda är udda är I ett heltal, är endera antalet protoner eller neutroner men inte båda udda är I ett halvtal medan det, och därmed det magnetiska momentet, försvinner om båda är jämna. Det är inte bara det totala spinnet som är kvantiserat utan även riktningen i förhållande till godtycklig axel. I det enklaste fallet då I=½ kan riktningen endast vara upp eller ner. Varje sådan atomkärna kan därmed betraktas som en liten magnet, med riktningen upp eller ned (en annan analogi är vektor).

I närvaro av ett externt magnetfält kommer dessa miniatyrmagneter att orientera sig parallellt med detta externa magnetfält. De kan antingen vara orienterade i samma riktning som fältet, eller i motsatt riktning. På grund av att det krävs lite högre energi att orientera de magnetiska momenten i motsatt riktning är sannolikheten högre att de har samma riktning som det externa fältet.

Med hjälp av pulser av elektromagnetisk strålning med lämplig frekvens går det att åstadkomma faskoherens för de magnetiska momenten och därmed ett makroskopiskt roterande magnetfält som kan detekteras genom den ström det kan inducera i en spole. Strömmen är en växelström med en frekvens som beror på vilken isotop det rör sig om, hur starkt magnetfältet är och, intressant nog, i vilken omgivning atomkärnan befinner sig. Detta gör att till exempel väteatomkärnor i samma molekyl kommer att ge upphov till signaler med något olika frekvens, vilket gör NMR till en metod med upplösning på atomnivå.

Användningsområden[redigera | redigera wikitext]

Inom kemin används NMR-spektroskopi för att bland annat ta reda på strukturen och sammansättningen hos en molekyl. Det går bland annat att strukturbestämma proteiner i vattenlösning, vilket är viktigt bland annat för biokemister, eftersom tidigare metoder för strukturbestämning(till exempel röntgendiffraktion) kräver kristaller av ämnet, och proteiner som regel har olika konformation när de är i lösning jämfört med när de är i kristallform. För att göra detta på ett bra sätt, krävs ett extremt starkt och stabilt magnetfält. Ofta används supraledande magneter som kyls med flytande helium ned till en temperatur på 4,2 Kelvin (det vill säga, nära den absoluta nollpunkten).

Magnetresonanstomografi använder väteatomkärnor, det vill säga protoner, eftersom väteatomen är den vanligaste atomen i människokroppen och de är magnetiska. I kroppen pekar alla dessa små magneter åt slumpvisa håll. Men i magnetkameran överger de sin slumpmässiga inställning och ställer in sig i samma riktning efter magnetkamerans magnetfält. Därefter skickas radiovågor in i kroppen, protonerna tar upp energi från dessa och "tippar". När radiovågen släcks faller protonerna tillbaka sitt ursprungliga läge samtidigt som de sänder ut radiovågor. Dessa sänds ut eftersom protonerna gungar in mot ursprungsläget vilket ger upphov till ett magnetfält i rörelse som skapar radiovågor. Dessa svaga signaler mäts, och med databearbetning kan man visa detaljerade tvärsnittsbilder av kroppens inre.[1]

Förutom högupplösta bilder som avbildar mjukdelar och som kan orienteras i valfritt plan i kroppen, kan även tidsupplösta eller cine-bilder samlas in. Ett vanligt exempel är tidsupplösta bilder av hjärtat, där bildinformationen samlas in under flera hjärtslag och sammanställs till ett filmklipp som avbildar en hjärtcykel, som sedan spelas upp upprepade gånger.

Genom att variera parametrar som radiopulsernas frekvens, varaktighet och tid mellan pulser i en så kallad pulssekvens, kan man få ut bilder som innehåller olika information. Ett exempel är att man kan välja om vatten eller fett skall ge maximal eller noll signal i bilderna, det vill säga bli vitt eller svart. Ett annat exempel är hastighetskodade bilder, där flödet av exempelvis blod vilkelrätt mot bildplanet mäts i varje voxel.

Se även[redigera | redigera wikitext]

Källor[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ ”Kärnmagnetisk resonans, NMR”. Kemisk analys. Liber. http://www4.liber.se/gymnasiekemib/09.html. Läst 1 maj 2013. 

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]