Çekirdek manyetik rezonans spektroskopisinde çift rezonans tekniğinin incelenmesi

Abstract

ÇEKİRDEK MANYETİK REZONANS SPEKTROSKOPİSİNDE ÇİFT REZONANS TEKNİĞİNİN İNCELENMESİ Hamiyet PÜRCU Anahtar Kelimeler: Çekirdek manyetik rezonans, çift rezonans, kimyasal kayma, geçiş olasılığı, spin, solomon eşitlikleri. Özet: Bu çalışmada çekirdek manyetik rezonans spektroskopisinde özellikle zayıf alanda çift rezonans olayı incelenmiştir. Çekirdek manyetik momentleri olan sıvı veya katı durumdaki bir malzemeye, sabit bir manyetik alan uygulandığında manyetik momentler sistemi, başlangıçta gelişigüzel yönlenmişken, manyetik alan yönünde net bir yönlenmeye kavuşur. Bu durum sistemin mıknatıslanması anlamına gelmektedir. Ancak manyetik momentler, çekirdek spin kuantum sayışma bağlı olarak belirli enerji durumlarında bulunur. Örneğin, hidrojen çekirdeği olan proton spini ele alınırsa, spin kuantum sayısı 1= 1/2 olduğundan, proton manyetik momentleri iki enerji durumunda yer alabilir. Bu durumlardan biri manyetik alana paralel yönelmeye karşılık gelirken, diğeri ise zıt yönelmeye karşılık gelir. Böylece sistem ile manyetik alan arasında bir enerji alışverişi olur. Kuantumlanmış sistem ile bir dış manyetik alan arasında etkileşme artık olasıdır. Bu etkileşmenin, sistemin seviyeleri arasındaki doğal geçiş frekansında titreşen bir alanın varlığı durumunda olacağı açıktır. Bu olaya `çekirdek manyetik rezonans` denilmektedir. Bir kimyasal bileşiğin moleküllerinde bulunan, tek basma çekirdeklerin veya bir fonksiyonel grup içerisinde yeralan manyetik olarak eşdeğerler çekirdekler farklı kimyasal çevrelerde bulunabilirler. Bu nedenle farklı frekanslarda rezonansa gelirler. Çevredeki bu çekirdeklerden birisinin bir dış elektromanyetik alan tarafından uyarılması veya doyuma götürülmesi sırasında diğer bir çekirdeğin rezonans sinyalinin şiddetinde bir artış görülür. Buna çekirdek manyetik rezonans spektroskopisinde `çift rezonans olayı` denilmektedir. Sistemin gözlenen ve uyarılan spinlerini sırasıyla I, S ile gösterip S' yi doyuma getirerek I' nın sinyal şiddetinin değişimine bakılarak çift rezonans spektroskopisinde yorumlar getirilir. Bu yöntemle molekül yapılan üzerinde bilgiler edinilebilir.

THE INVESTIGATION OF DOUBLE RESONANCE TECHNIQUE IN NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY Hamiyet PURCU Keywords: Nuclear magnetic resonance, double resonance, chemical shift, transition probability, spin, quantum number, solomon equation. Abstract: In this study, double resonance technique of the nuclear magnetic resonance spectroscopy, especially in weak field region was investigated. If a constant magnetic field is applied on a liquid or solid material, which has got nuclear magnetic moments, in the beginning the magnetic moments are randomly oriented but after the application of the constant magnetic field, the magnetic moments assemblage gain a magnetization in the direction of the field. In addition, the magnetic moments occupy definite energy states connected with the nuclear spin quantum number. For example in the case of proton, which is the nucleus of hydrogen atom, because of the spin is 1/2, proton magnetic moments can occupy two energy states, one of their is due to the parallel orientation of the magnetic moments to the external constant magnetic field, the other one is due to the apposite orientation of the magnetic moments. The first one is low energy state, the second is high energy state thus an interaction occurs between the magnetic moments assemblage and the external magnetic field. Afterwards, an interaction is possible with the quantized system and the another quantized external magnetic field besides the constant magnetic field. It is clear that this interaction occurs if there is an alternative magnetic field which is oscillating at the frequency suitable for the transition frequency between the system energy levels. This event is called `Nuclear Magnetic Resonance` In a chemical compound, because of every nucleus in a molecule as individual or in functional group may be located in a different chemical environment, they have got different resonance frequencies. If one of their is tickled or saturated, while that of the others resonance signal will be enhanced. It is called double resonance. It is considered the simplest case of a nucleus of spin I and S respectively. S spins are saturated, while the signal enhancement of I, spins are observed. The magnitudes and direction of the enhancement may provide us enourmous knowledge about the molecular structures and conformations. Ill