Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Nedir?
“ Dünyayı anlamak benim için bir zorunluluktur. “ Richard Feynman
İnsanlığın hayatını kolaylaştıran teknolojilerden biri olan NMR yani Nükleer Manyetik Rezonans’ın tanımına geçmeden önce NMR ile bağlantılı olan Spektroskopiyi tanımlayalım.
Spektroskopi, enerjinin madde ile etkileşimini inceler. Yani bir maddeye enerji uygulandığında o madde enerjiyi soğurabilir, yansıtabilir, kimyasal bir reaksiyona neden olabilir ya da maddenin içinden geçip gidebilir.
Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi, bazı elementler ve bu elementlerin izotoplarının çekirdekleri örneğin Hidrojen(H) ve Karbon(C) çekirdekleri bir eksen etrafında dönmekte olan mıknatıs gibi davranırlar. H ve C atomlarını içeren bir molekül çok kuvvetli bir alanda yer alır ve bu atomlar elektromanyetik bir enerji ile ışınlanırsa bileşikte bulunan çekirdekler bu enerjiyi soğurabilir. Bu olaya Manyetik Rezonans kısaca MR adı verilir. Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) spektrometreleri, sadece H veya C çekirdeği ya da belirli başka elementlerin çekirdeklerinin yardımıyla oluşan enerji soğurmalarını ölçmek için kullanılır. Bu yazıda sizlere iki tip NMR spektroskopisinden bahsedeceğim.
- Sürekli Dalga (CW) NMR Spektrometreleri
- Fourier Transform (FT) NMR Spektrometreleri
CW NMR Spektrometreleri
CW NMR Spektrometrelerinde, numune sabit frekansta bir elektromanyetik enerjiyle ışınlanırken, düşük manyetik alan şiddetinden yüksek manyetik alan şiddetine doğru bir manyetik alan taraması gerçekleşir. Manyetik alan şiddeti uygun bir değere ulaşınca, bileşikteki çekirdekler enerji soğurur ve rezonans gerçekleşir. Bu soğurma sırasında numuneyi saran alıcı bobinde zayıf bir elektrik akımına yol açacaktır. Daha sonra bu cihaz, frekans birimleri cinsinden ayarlanmış kağıtlara pik veya pikler serisi olarak kaydeder. CW NMR Spektrometresi yavaştır ve gürültü seviyesi yüksektir.
FT NMR Spektrometreleri
FT NMR spektrometresi, CW NMR spektrometresinden farklı olarak Fourier Transform olarak bilinen bir matematiksel hesaplama yöntemiyle sinyalleri değerlendiren bir bilgisayar da bulunur. Cihaz çok sayıda veriyi inceleyip değerlendirme özelliğine sahiptir. Bu verileri incelerken gereksiz ve düzensiz olan gürültüleri süzgecinden geçirir. Böylece elde edilecek gerçek NMR sinyalleri kuvvetlenir. Bu cihazlar CW NMR cihazlarına göre daha yüksek ayırma gücüne ve duyarlılığa sahiptir. Daha hızlıdır ve gürültü seviyesi düşüktür. CW cihazında numune, sabit değerli bir frekans ile ışınlanırken manyetik alan kademeli olarak artarken her proton tek tek uyarılıyordu. FT cihazında ise, numune kısa bir frekans ışınım pulsu ile ışınlanıyor ve bütün çekirdekler aynı anda uyarılıyor. Puls yöntemiyle çalışan NMR cihazları, numune RF pulsu ile uyarıldıktan sonra sinyal, cihazın probunda bir gerilim değeri olarak hesaplanır.
NMR Spektrometresi ile ilgili özelliklerden bazılarını kısaca açıklamaya çalışacağım.
Kimyasal Kayma
Bir moleküldeki H çekirdeklerinin etrafında bulunan elektronlar, bazı çekirdeklerin etrafında bulunan elektronlardan daha fazla olabilir. Bu durumda, bu çekirdekler yani protonlar, enerji soğurmasını, az da olsa farklı manyetik alan şiddetlerinde gerçekleştirilir ve sonuç olarak bu protonların sinyalleri NMR spektrumunun farklı konumlarında yer alır. Farklı konumlanma durumuna kimyasal kayma denir. Kimyasal kayma, delta ölçeği olarak adlandırılır ve ppm (milyonda bir birimi )cinsinden ölçülür.
Pik Alanları Entegrasyonu
Hidrojen atomu gruplarının tayininde pik alanları büyük öneme sahiptir. Çünkü her bir pikin yüksekliği önemli değilken piklerin altında kalan alanlar oldukça önemlidir. Her pikin yüksekliği, verilen sinyalin alanıyla orantılıdır.
Sinyal Yarılması
Bu özellik, sinyali oluşturan H atomlarını taşıyan atoma bitişik atomda bulunan H atomlarının manyetik etkisiyle ortaya çıkan bir olaydır.
NMR sayesinde MRI yani Manyetik Rezonans Görüntüleme, üç boyutlu olarak insan vücudunun görüntülenmesinde kullanılıyor ve hiç şüphesiz bu olayda Nükleer Manyetik Rezonans’ın katkısı çok büyük.
Kaynakça:
Organik Kimya — Solomons & Fryhle
