2-Mavzu. Epr va Yamr usullarining biologiya va tibbiyotda qo’llanilishi. Magnit rezonans

Yadro magnit rezonans usuli

• 
  Yadro magnit rezonans usulining ro’y berishi yadroning energetik o’tishlari bilan bog’liq, uni normal atomlarda emas, balki ularning izotoplarida kuzatish mumkun.
  
• 
  YaMR hosil bo’lishi kuchli magnit maydonda joylashgan, magnit momentini tutuvchi yadroga ega toq atomli yadrolarga xos xususiyatdir. (C,N,O,P).
  
• 
  Yadro magnit rezonans usuli makromolekulalar va ayrim guruhlarining konformatsiyasini, dinamik xossalari, ligandlarning bog’lanish darajasini aniqlaydi.
  

Yadro magnit rezonans usulini 1946 yilda E. Pyorsell va B. Feliks bir-biridan xabarsiz holda yaratdilar va shundan soʻng bu usul biologiya va kimyo sohalarida keng qoʻllanila boshlandi.
Maʼlumki, har qaysi yadro spin kvant soni bir bilan tavsiflanadi va bu spinlar 0,1/2,1, 3/2,2......... qiymatga ega boʻladi. Agar yadroda nuklonlar soni juft boʻlsa – (C12, O16) umumiy spin kvant soni nolga teng boʻladi. Agar ularning soni toq boʻlsa (F19, C13) umumiy spin kvant soni ma’lum bir qiymatga(songa) ega boʻladi. Umumiy spin kvant soni nolga teng boʻlgan yadro magnit maydonida bir energetik holatda boʻladi (2·0+1). Bunday yadrolar YAMR- spektroskopiya uchun ob’yekt boʻla olmaydi. Yadroning spini (N15, C13, F19, P31) boʻlsa, yadro tashqi magnit maydonida 2 ta energetik holatda turadi. Shunga qarab yadroda musbat zaryad ham turlicha taqsimlanadi. Zaryadli yadro oʻz oʻqida aylanganda magnit momentiga ega boʻladi. Bunday yadrolarning xossalarini YAMR usulida tekshirish mumkin. Yadroga radio nurlanish berilganda energiya yutilib, bir magnit-energiya darajadan ikkinchi magnit-energiya darajaga oʻtadi. Shunday qilib, moddalarni yadro magnit rezonans usulida tekshirishda tekshiralayotgan moddaga kuchli magnit maydoniga tik ravishda generator yordamida maʼlum takrorlikda radio toʻlqin beriladi. Bunda magnitlangan modda tomonidan radiotoʻlqin (energiya) yutiladi. Bu hol shkalada maksimumlar shaklida namoyon boʻladi. Shkala τ birligida belgilanib, 1 dan to 10 gacha boʻlingan boʻladi. Shkalaning uzunligi maydon deb hisoblansa, 1 dan to 5 gacha boʻlgan masofa kuchsiz va 5 dan 10 gacha boʻlgan masofa kuchli maydon deb yuritiladi. Kuchsiz maydonda gidroksil - OH, karboksil - COON, aldegid R-COOH, benzol C6N6, suv H2O dagi protonlar aks etadi. Kuchli maydonda esa metin - CH, metilen – CH2 va metil CH3 protonlari aks etadi. Shu bilan birga protonlarga molekuladagi qoʻshni protonlar va boshqa funksional guruhlar taʼsir etadi, natijada shkalada protonlarning koʻrinishi har xil boʻladi. Masalan ajratilgan metil guruh boʻlsa, uning uchta protoni shkalada bitta choʻqqili uch protonga teng boʻlgan sikletga ega boʻladi. Agar metil guruhning yonidagi uglerodda bitta proton boʻlsa uning taʼsirida ikkita choʻqqili uch protonga teng boʻlgan dublet hosil boʻladi. Shunday qilib, YAMR usuli molekuladagi vodorod atomlarining sonini va qanday holatda joylashganligini yaqqol koʻrsatib, birikmaning tuzilishini aniqlashda katta yordam beradi.
Har qanday mikrozarracha (elektron, proton, neytron va hokazo) spinga ega. Spinni zarrachaning oʻz oʻqi atrofida harakat qilishi deb qarash mumkin. Juft sonli massa va zaryadga ega yadrolar uchun spin kvant soni (J)nolga teng. Juft sondagi massaga va toq sondagi zaryadga ega boʻlgan yadro (deyteriy) lar soniga ega boʻlib J=1 dir. Toq massa va toq zaryadi yadrolarning spini kasr sonlarga muvofiq keladi. Masalan, bulardan yadro magnit rezonansi (YAMR)-spektroskopiya uchun eng ahamiyatlisi (proton)dir, chunki barcha neft va gazdan olingan organik moddalar oʻz tarkibida vodorod tutadi. Vodorod atomi yadrosi (proton) zaryadi boʻlgani uchun oʻz oʻqi atrofida harakat qilganda magnit maydoni hosil qiladi. Maʼlumki, bu harakatlanayotgan har qanday zaryadli zarracha uchun xosdir. Masalan, oʻtkazgich boʻylab elektr toki (ionlar va elektronlar) oʻtganda uning atrofida magnit maydoni (solenoid) hosil boʻladi. Shunday ekan, protonni oʻz maydoniga ega boʻlgan “mitti” magnit deyish mumkin. Spinga ega boʻlgan biror zarracha kuchlanganligi HO boʻlgan magnit maydoniga kiritilsa, oʻzaro taʼsirlashish natijasida zarracha muayyan holatlarni oladi. Bu holatlar spin kvant soni J bilan bogʻlanishda boʻladi. Masalan, boʻlgan proton uchun boʻladi, proton magnit maydonida ikki holatda boʻlishi mumkin. Boshqacha aytganda, proton hosil qiladigan magnit maydonining kuch chiziqlari tashqi maydon (HO) kuch chiziqlari bilan bir tomonga qarab yoki unga qarama-karshi yoʻnalgan boʻlishi mumkin. Bitta proton qanday qilib ikki xil yoʻnalishga ega maydon hosil qilishini quyidagicha tushuntirish mumkin. Agar 1 g miqdorida vodorod ioni olinsa, unda 6,3∙1023 dona proton boʻladi. Magnit maydonida ana shu miqdor protonning bir qismi hosil boʻlgan maydon (HO) bilan bir xil boʻlib uni kuchaytiradi, qolgan qisminiki esa tashqi maydonga qarama-qarshi boʻladi, yaʼni tashqi maydonini susaytiradi. Boshqacha aytganda, spinlar maydon boʻylab va teskari yoʻnalishda joylashadi. Asosiy maydon (HO)ni kuchaytiradigan yadrolar energiyasi uni susaytiradigan yadrolar energiyasidan kichik boʻladi. Odatda bu hol yadrolarning energetik pogʻonalari magnit maydoniga ikkiga ajralishi deyiladi.

24-rasm. Magnit maydоnida yadrоlar enеrgеtik pоg’оnalarning ajralishi
Shunday qilib, yadrolarning bir qismi pastki pogʻonada, qolgan qismi esa energiyasi koʻproq boʻlgan yuqori pogʻonada joylanadi. Pogʻonalar energiyalarining farqi ∆E ga teng. Tabiiyki, pastki pogʻona energiyasi kichik boʻlgani uchun unda yuqori pogʻonaga nisbatan koʻproq yadrolar joylashadi. Boshqacha aytganda, hosil boʻlgan maydonlari yoʻnalishi tashqi maydon (HO)yoʻnalishi bilan bir xil boʻladigan yadrolar nisbatan koʻproq boʻladi. Lekin bu farq uncha katta emas. Odatdagi haroratlarda yuqori va quyi pogʻonalar zichligidagi farq umumiy yadrolarning 0,00001 qismidan oshmaydi. Masalan, yuqori pogʻonada 1000000 yadro boʻlib, quyi pogʻonada ta yadro, yaʼni oʻntagina atom yadro ortiq boʻladi, xolos. Pogʻonalardagi yadrolar zichligidagi bu farqning kam boʻlishiga sabab, yuqori va quyi pogʻonalar energiyalaridagi farq (∆E) ning kichikligidir. Yadro magnit rezonansi usulining mohiyatini mana bunday ifodalash mumkin: Har ikkala pogʻonadagi yadrolarni tenglashtirish uchun tashqaridan energiya beriladi. Bunda pastki pogʻonadagi yadrolar yuqori pogʻonaga koʻchib oʻtadi. Boshqacha aytganda, yadrolar spini teskarisiga oʻzgaradi. Endi asosiy maydon (NO) yoʻnalishiga qarama-qarshi maydon hosil qiluvchi yadrolar soni ortadi. Oʻtadigan yadrolar soni kam boʻlgani, pogʻonalar energiyalari oʻrtasidagi farq (∆E) kichik boʻlgani uchun bu oʻtishni energiyasi kam boʻlgan (toʻlqin uzunligi katta, chastotasi kichik) radio toʻlqinlar yordamida amalga oshirish mumkin. Lekin ana shu kichik miqdor, energiya (∆E) moddaning radio chastotali toʻlqin yutishi va uni koʻzatish uchun kifoya. Yadro magnit rezonansini kuzatish uchun modda ampulaga solinib, yuqori kuchlanishli doimiy magnit maydoniga kiritiladi. Ampulaga galtak oʻralgan boʻlib, undan radio chastotali oʻzgaruvchan tok oʻtkaziladi. Tokning chastotasini generatordan oʻzgartirib turish mumkin. Ampulaga oʻralgan gʻaltakdan oʻtgan tok oʻzgaruvchan magnit maydoni hosil qiladi, Energiya modda tomonidan ana shu maydon koʻrinishida yutiladi. Ana shu paytda modda energiya yutadi. Odatda bunda rezonans vujudga keldi deyiladi. Modda energiya yutganda zanjirdagi tok kamayib ketadi. Energiya yutilishi tugagandan keyin, zanjirdagi tok asli holiga qaytadi. Endi chastotaning har qanday oʻzgartirilish moddaga taʼsir qilmaydi. Spektrdagi choʻqqi (choʻqqi) signal deyiladi. Yadro magnit rezonansi (YAMR)-spektr toʻrtta kattalik bilan tavsiflanadi:
1. Signallar (choʻqqi) choʻqqilarning oʻrni.
2- Signallar soni
3-Signallar jadalligi.
4-signallarning ajralib ketishi.