Esetleg valaki el tudná magyarázni egy kétségbeesett orvostanhallgató hölgynek, hogy mi az az NMR spektroszkópia?

Gondolom, olvasni tudsz:

[link]

Tanultatok kvantummechanikát, azon belül pedig időfüggetlen perturbációszámítást? Mert ha nem, akkor nem fogod megérteni soha a működését.

De szerintem a működését nem is kell értened, nem a te dolgod lesz azzal foglalkozni.

Persze nagyon jo a google talalat, de azert inkabb elmagyarazom erthetoen is.

Szoval kezdjuk ott, hogy mi is az a spektroszkopia, illetve meg elobb azt, hogy mire jo. Bocs, lehet hogy tul szajbaragos leszek, de biztosra megyek inkabb. Szoval minden anyagnak van egy halom tulajdonsaga: szine, szaga, mivel reagal, magneses-e vagy sem, elektromos vezeto-e vagy sem, stb.

Amikor el akarjuk donteni egy anyagrol, hogy micsoda is az (peladul hogy van-e egy adott toxin egy adott mintaban), akkor kell egy olyan tulajdonsag, ami azt az adott toxint (vagy egyeb anyagot) egyertelmuan azonositja. Persze ha van a mintabol egy liternyi, akkor beadjuk a patkanynak, es nezzuk, hogy megdoglik-e, de ez nem mukodik akkor, ha mondjuk csak nyomnyi mintank van egy uveg aljan es abbol akarunk rajonni, hogy pontosan mi is volt benne. Na az ilyen esetekben hivjuk segitsegul a spektroszkopiat.

A masik nagyon fontos terulet az a szerkezetvizsgalat. Erre akkor van szukseg, amikor mondjuk felfedeznek egy uj antibiotikumot (vagy barmi egyeb uj anyagot), amirol meg akarjak mondani, hogy pontosan milyen a szerkezete. Az osszegkepletet viszonylag egyszeru megmondani, mert elegetik, megmerik a keletkezo anyagokat es abbol kijon, hogy van benne 50 C-atom, 25 N, 300 H stb. De ebbol nem derul ki, hogy ezek pontosan hogyan kapcsolodnak. Ilyenkor is jol jon a spektroszkopia.

De mi is az a spektroszkopia? Az anyagok kulonbozo modon reagalnak kulonbozo hatasokra. Ilyen hatas lehet az, ha megvilagitjak oket, ha gerkesztik oket, ha magneses terbe helyezik oket. Amikor ilyen hatasnak tesszuk ki az adott anyagot, akkor mindig egy adott, ra jellemzo modon reagal.

Peldaul ha megvilagitjuk egy adott hullamhosszusagu fennyel, akkor tapasztalhatjuk azt, hogy az adott anyag:

- Elnyeli / nem nyeli el a megvilagito fenyt

- Szetesik darabjaira

- Izegni-mozogni kezd valamilyen modon.

Es ezeket a dolgokat meg is lehet merni. Az, hogy melyik hullamhosszu megvilagitastol mozog es melyiktol nem, melyiket nyeli el es melyiket nem stb, az monden anyag sajat jellemzo tulajdonsaga (ezt huvjuk ugy hogy a spektruma), igy aztan ha egyszer mar egy anyagrol megtudtuk, hogy hogyan viselkedik, akkor egy ismeretlen mintabol is ki tudjuk mutatni.

Persze nagyon sok anyag szerkezete nagyon hasonlo, egy hatalmas molekulan egy plusz metilcsoport itt vagy ott nem igazan sokat szamit. Ilyenkor azt varjuk, hogy ket nagyon hasonlo anyag spektruma is nagyon hasonlo legyen. Es ez igy is van. Ebbol kiindulva azt is gondolhatjuk, hogy ha osszeragasztunk egy A es egy B anyagot egy C molekulava, akkor a C molekula valamikeppen mindket felnek a tulajdonsagaira hasonlitani fog. Es ez is igy van. Ebbol adodoan peldaul egy anyagrol meg lehet mondani a kemiai szerkezetet, peldaul meg lehet talalni azt az egy extra metilcsoportnyi elterest.

De akkor nezzuk meg, hogy mi is az az NMR spektroszkopia es mire valo. Orvoskent neked az osszes kvantumfizikai blabla, Fourier-transzformacia es egyeb hasonlo dolog nem kell. Osszesen annyit kell ertened, hogy ha egy atommagot rezgo magneses terbe helyezunk, akkor ez az atommag rezegni kezd valahogyan, ennek a “valahogyan rezgesnek” a merteket/modjat meg lehet merni. Az atommagok maskent rezegnek, ha sok elektron van a kornyekukon vagy ha keves (azaz fugg a molekulaban a kornyezetuktol), igy aztan, nagyon nagyon leegyszerusitve, nem csak azt latjuk, hogy mondjuk ez egy hidrogen atom, hanem hogy a kozeleben egy oxigen van-e vagy egy szen. Nyilvan az osszes atomrol egyszerre kapunk egy nagy katyvasz informaciot, amit valahogy ertelmezni kell, de erre ott a szamitogep es persze a vegen a hozzaerto kutato. (Persze azt nem baj ha tudod, hogy technikailag ez kozel sem olyan egyszeru. Pl valojaban nem is rezgetik az osszes atomot, csak mondjuk a hidrogeneket, es azok nagyjabol “korberajzoljak” a teljes molekulat. Meg az egesz attol is fugg, hogy a gep milyen modon rezgeti a magneses teret, mert ettol fuggoen ugyanaz az anyag masmilyen valaszt fog prdukalni.)

Ami az NMR eseteben a nagy dobas, az a feherje terszerkezet meghatarozas kepessege. Egy feherje ugyanis tobbfel e terszerekezetet is felvehet, lehet denaturalt, lehet kulonbozo aktiv formaja. Ilyenkor az, ahogyan az aminosavak kapcsolodnak (azaz a szekvencia) nem valtozik. Ellenben az, hogy az egyik aminosav hova csavarodik es melyik masik aminosavhoz er hozza es mondjuk kepez vele hidrogenhidat, nos az nagyonis valtozik. Es ilyenkor valtozik a kornyezo atommagok NMR-spektruma, ami alapjan pl meg lehet mondani, hogy egy gyogyszer hozzaadasa milyen konformaciovaltozast idezett elo a feherjen.

Szerintem ennel tobbet elso korben nem kell ertened a dologrol, foleg ha soha nem fogsz spektroszkopizalni. Sok sikert.

"Az atommag es a benne található elektronok, protonok is rendelkeznek saját impulzusmomentummal? Mert ez elvileg a spin lenne de eddig csak elektron esetén tanultam róla."

Az atommagban jellemzően nincsenek elektronok (nem bántásból mondom, de figyelmedbe ajánlom a középiskolai kémia anyag átismétlését, mert ezek hiányában még nagyon sok problémád lesz). Neutronok és protonok vannak benne, és igen, nekik is van spinük. Egyébként a neutronnak is van mágneses momentuma, annak ellenére hogy "semleges", de ez a kvantumelektrodinamikából derül ki - töltött kvarkokból áll. Egyébként az egy kissé megtévesztő hogy a spint saját impulzusmomentumként említjük. A spin csoportelméletből jön, hermetikussá kell tenni az SO(3) csoport Lie-algebrájának a generátorait és abból kiderül egy Lie-morfia egy másik csoporttal. A spint csupán azért hívjuk saját imoulzusmomentumnak, mert matematikailag úgy kezeljül mint egy impulzusmomentumszerű mennyiséget. Formálisan J a teljes impmomentum, ami az L és az S direkt-összege. Ezen impmomentum bármelyikének tudom venni a direkt összegét egy másik impmomentummal, a sajátrendszerük pedig annak a 2 Hilbert-térnek a direkt-szorzatának eleme, amelyen ábrázolva vannak, és ez általában egy sok dimenziós H-tér.

"Az impulzusmomentumhoz vagy a spinhez társul a mágneses momentum? "

Igen.

"Mi a különbség homogén és inhomogén mágneses tér között? "

A különbség az, hogy inhomogén mágneses térben nincs transzláció-invarianvia. Tehát a mágneses tér helyről-helyre változik. Ha bele teszünk az inhomogén mágneses térbe egy olyan csatolt oszcillátor-rendszert, ahol a kis tömegek valami véges szuszceptibilitással rendelkeznek, és felírjuk rájuk a diffegyenleteket mátrix formában, akkor az együtthatóá-mátrix sajátértékei között nem lesz olyan 0, ami a transzláció-invariancia következménye. Tehát nem lesz zéró módusa a rendszernek, nem tudom arrébb tolni anélkül, hogy ne állna be valami változás.

Homogén mágneses tér esetén minden pontban ugyanakkora az érték.