Sohár Pál

Kulcs a molekulaszerkezethez: mágneses magrezonancia- (NMR-) spektroszkópia

A mágneses magrezonancia-spektroszkópia fiatal tudományág, alig három emberöltő telt el annak a közleménynek a megjelenése óta, mely ezt a ma már a legfontosabbnak számító nagyműszeres vizsgálati módszert útjára indította. Negyedszázadon át a magrezonancia-jelenség kizárólag az elméleti fizikusok szűk körét érdekelte, s csak az 50-es évek kezdetétől fordult felé a tudományok közül másodikként a kémia, a vegyészek figyelme. Ma már nincs tudományág, amely ne alkalmazná az NMR-t mindennapos segédeszközként igen sokféle probléma tanulmányozására.

I. Az NMR-módszer fejlődésének története
Pauli 1924-ben közzétett munkájában elektronszínképek finomszerkezetéből arra a következtetésre jutott, hogy az atommagoknak mágneses momentuma, "spin"-je kell legyen. E zseniális ötletből fejlődött ki az új tudományág, az mágnese magrezonancia-spektroszkópia. A fizikusok eredetileg kizárólag kvantumelméleti hipotézisek igazolására végeztek NMR-kísérleteket, gyakorlati alkalmazásokra senki sem gondolt. E teljesen elvont kutatásokból nőtt ki napjaink legszélesebb körben hasznosítható műszeres vizsgálati módszere.

II. A kémiai eltolódás és a spin-spin csatolás jelensége
A kémiai eltolódás az NMR-spektrumjelek frekvenciafüggése a kémiai környezettől, azaz a molekulaszerkezettől. A méréstechnika tökéletesedésével a kémiai eltolódás felfedezése után hamarosan kiderült, hogy az NMR-spektrumoknak finomszerkezete van, amit a spinek kölcsönhatásával, ún. csatolásával magyarázhatunk. A csatolás igen érzékeny a kölcsönható spinek kölcsönös térbeli helyzetére, a molekula háromdimenziós szerkezetére.

III. A többdimenziós NMR-korszak
A dinamikus NMR-mérés - amely az NMR-jelek hőmérsékletfüggésén alapul - betekintést enged a mozgó molekulák világába. Az 1970-es években a nagy számítógépek és szupravezető mágnesek elterjedésével óriási adathalmazok gyors és rendkívül érzékeny vizsgálata vált lehetővé: beköszöntött a multinukleáris, multidimenziós NMR-korszak.

IV. Az Overhauser-effektus
Egy molekula adott magját külön is gerjesztve a hozzá térben közel lévő más magok megoszlása a kvantumállapotok között úgy változik, hogy a megfelelő átmenet több energiát képes elnyelni a gerjesztő sugárzásból, s ezért nő a jelintenzitás. Az effektus rendkívül érzékeny a gerjesztett és reagáló magok kölcsönös távolságára, ezért alkalmas atom-atom távolságok igen pontos meghatározására.

V. A spin-rács relaxációs idő
A spin-rács relaxációs idő mérésén alapul az NMR orvosdiagnosztikai alkalmazása. A rosszindulatú sejtekben ez a sejtszövet legnagyobb részét kitevő vízmolekulákra jellemző paraméter megváltozik, nagysága eltér az egészséges sejtekben mérhetőtől. Ha tehát a relaxációs időket egy sejtszövet-mintatérfogatban pontról pontra megmérjük és ábrázoljuk, fantomképet nyerünk molekuláris felbontással bármely szövetmintáról, annak nagyságáról, alakjáról és elhelyezkedéséről.

VI. Az NMR jövője
Az NMR-technika jelentősége ma rohamosan növekszik - nemcsak a tudomány világában, hanem az iparban, a termelésben, mindennapi életünkben is.

Tovább