_____ ______ _______ - ____ _______ _Pulse NMR_ by hcj

VIEWS: 9 PAGES: 5

									                                         ‫תדריך ניסוי‬   ‫‪– Pulsed NMR‬‬
                                                                                               ‫מקורות:‬

     ‫‪NMR‬‬
‫.1‬      ‫,708 ,9 ‪R. L. Dixon and K. E. Ekstrand, The Physics of Proton NMR, Medical Physics‬‬
                                                                                              ‫.2891‬
                        ‫.2‬        ‫.374-364 ,‪Kittel, Introduction to Solid State Physics, 6th edition‬‬
            ‫.3‬        ‫.5.5-2.5 ,7.2 ,3.2-1.2 ‪E. R. Andrew, Nuclear Magnetic Resonance, chapters‬‬
                             ‫.4‬      ‫.4-3 ‪http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm , chapters‬‬
                                                                                                  ‫‪MRI‬‬
     ‫.)‪1. http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm , chapters 5-7. (Read about FT imaging‬‬


                                                                                        ‫מטרות הניסוי:‬
                                                                ‫הכרת תופעת התהודה המגנטית הגרעינית.‬
                                                                        ‫הכרת טכניקת הפולסים ב-‪.NMR‬‬
                                                                  ‫מדידת היחס הג'ירומגנטי של פרוטונים.‬
                                                                   ‫מדידת זמני דעיכה של פרוטונים במים.‬
                                                ‫בדיקת השפעה של יונים פאראמגנטיים על זמני הדעיכה.‬


                                                                                                  ‫הכנה:‬

     ‫(לא כולל ‪ ,)MRI‬ולהכין את הדו "ח‬       ‫במהלך שבוע ההכנה לניסוי יש לקרוא את חומר הרקע לניסוי‬

     ‫‪ ,Introduction‬בדו"ח). כמדד למידת ההכנה , ניתן‬        ‫–‬     ‫המכין (שיצורף לאחר מכן כפרק ההקדמה‬
     ‫להשתמש בנספח המצורף הכולל מונחים ונושאים אותם יש להכיר . בנוסף לדו"ח המכין, יש להכין‬

                         ‫יש ללמוד רק לאחר תחילת הניסוי.‬        ‫תכנון ראשוני של הניסוי. את פרק ה – ‪MRI‬‬


                                                                                          ‫שאלות הכנה:‬
     ‫מהי התמונה הקלאסית ומהי התמונה הקוונטית של מערכת ספינים בשדה מגנטי חזק ? איזה‬                     ‫.1‬
                                                              ‫גודל פיסיקלי מקשר בין שתי התמונות?‬
       ‫מהם התנאים הדרושים לקבלת אפקט של בליעה רזוננטית של אנרגיה ע"י מערכת ספינים?‬                     ‫.2‬
     ‫מהו הקשר בין ווקטור המגנטיזצי ה המקרוסקופית לבין אכלוס רמות האנרגיה , וכיצד תלוי‬                  ‫3.‬
                                                                      ‫יחס האכלוסים בטמפרטורה?‬
                  ‫‪‬‬
     ‫ופולס 081, מה קורה‬      ‫כיצד ניתן לשנות את מספרי האכלוס במערכת שלנו ? הגדר פולס ‪90‬‬               ‫4.‬
                                                              ‫למספרי האכלוס בכל אחד מהמקרים?‬
      ‫כיצד ניתן למדוד את היחס הג 'ירומגנטי? האם שינוי בריכוז של יונים פאראמגנטיים ישפיע‬                ‫5.‬
                                                                      ‫על היחס הג'ירומגנטי הנמדד?‬
          ‫פרט את התהליכים האחראיים לדעיכה אורכית ואת אלה האחראיים לדעיכה רוחבית.‬                       ‫6.‬
                                                                                ‫*‬
                                                                             ‫הגדר את ‪. T2 , T2 , T‬‬
                                                                                          ‫1‬            ‫7.‬
                                   ‫כיצד משפיעים יונים פאראמגנטיים על זמני הדעיכה?‬       ‫8.‬
‫הצע שתי שיטות למדידת ‪ , T‬רשום את סדרות הפולסים והסבר מהו המסלול שעובר ווקטור‬
                                                       ‫1‬                                ‫9.‬
 ‫המגנטיזציה (במערכת המסתובבת ) בכל שיטה . מהו הביטוי המתמטי שמתאר את הדעיכה‬
                                                                        ‫בכל שיטה?‬

   ‫ובין ‪ ?CPMG‬איזו שיטה עדיפה?‬   ‫כיצד תמדוד את 2‪ T‬ההומוגני? מה ההבדל בין שיטת ‪CP‬‬       ‫01.‬
                                                  ‫*‬
     ‫כיצד תמדוד את 2‪ T‬הלא הומוגני ( 2‪ ,) T‬ואיך תוכל לקבל את אי ההומוגניות של השדה?‬     ‫11.‬
‫כיצד ניתן לקבל הדמיה של עצמים בעזרת תהודה מגנטית גרעינית ? במה תלוי הקונטרסט של‬        ‫21.‬
                                                                            ‫התמונה?‬
       ‫את התשובות לשאלות ההכנה יש לשלב בתיאור הרקע התיאורטי המופיע בפרק ההקדמה‬
                               ‫בדו"ח הניסוי, כסיכום (ולא כתשובות נפרדות).‬   ‫)‪(Introduction‬‬


                                                               ‫תיאור המערכת הניסיונית:‬
‫המערכת מכילה אלקטרומגנט וספק זרם ישר המסוגלים ליצור שדה מגנטי , שגודלו עד 0005 גאוס.‬

‫‪ ,Hall‬הקשור למכשיר , הקורא את עוצמת השדה המגנטי .‬     ‫בתוך אזור ה שדה המגנטי מצוי ‪Probe‬‬
‫. סליל זה משמש כאנטנה‬      ‫את המבחנה עם התמיסה מכניסים לתוך סליל באזור השדה המגנטי‬
‫לשידור ולקליטה. מערכת מיתוג מיוחדת מעבירה את הסליל ממצב שידור למצב קליטה . קוצב זמן‬

‫בהתאם לזמנים הנקבעים ע "י המפעיל .‬   ‫אלקטרוני מפעיל את מערכת המ יתוג ואת מקור ה -‪RF‬‬
‫00.01. יש לשים לב לעובדה , שמערכת המיתוג‬   ‫ה-‪ RF‬מתקבל ממקור הפועל בתדר קבוע של ‪MHz‬‬
   ‫טיפוסית:‬   ‫כוללת זמן מת בו אין שידור ואין קליטה. בסכמה הבאה מוצגת מערכת ‪Pulse NMR‬‬

                                 ‫דוגמה‬          ‫אלקטרומגנט‬
          ‫‪Gaussmeter‬‬


          ‫‪Stabilized‬‬
            ‫‪power‬‬
            ‫‪supply‬‬

              ‫‪Hall Probe‬‬

                                 ‫& ‪Switch‬‬
                                 ‫.‪preamp‬‬
                                                 ‫‪Receiver‬‬
                                                                   ‫‪‬‬

                                 ‫‪Transmitter‬‬


                                    ‫‪Gate‬‬          ‫‪10 MHz‬‬
                                                  ‫.‪osc‬‬
                                   ‫‪Timer‬‬
                                         ‫שים לב לאמצעי הזהירות הדרושים בהפעלת המערכת:‬
                                  ‫א. יש להפעיל את מערכת הקירור לפני הזרמת הזרם בסלילים.‬
‫ב. אין להכניס חפצים מתכתיים או מגנטיים, כגון שעונים וכרטיסי אשראי לתחום השדה המגנטי.‬


                                                                                   ‫תכנון הניסוי:‬
                                                          ‫תכננו ניסוי שבאמצעותו תבדקו את:‬
                                                                       ‫א. היחס הג'ירומגנטי.‬
                                                                                            ‫*‬
                                                                                         ‫ב. 2‪. T‬‬

                                                                        ‫ג. 2‪( T‬בשתי שיטות).‬

                                                                        ‫ד. ‪( T‬בשתי שיטות).‬
                                                                                       ‫1‬
‫(היונים‬   ‫4‪CuSO‬‬    ‫ה. ריכוזיהן של תמיסות לא ידועות הכוללות יונים פראמגנטיים של המלח‬
                                                                              ‫2+‬
                                                                          ‫‪.)Cu‬‬     ‫ו-‬   ‫2-4‪SO‬‬


                                                                      ‫תכנון הניסוי צריך לכלול:‬
  ‫המתאים) בה יעשה שימוש בכל שלב.‬      ‫א. הגדרה של טכניקת ה – ‪ ( NMR‬ה – ‪Pulse sequence‬‬
                                         ‫ב. אופן ההתמודדות עם רעש ושגיאות סטטיסטיות.‬
                                                           ‫ג. הפרמטרים שימדדו\ ירשמו.‬
                                                                       ‫ד. האנליזה שתבוצע.‬
‫(עוצמת שדה , משך פולסים , משך אינטרוולים בין‬      ‫ה. הערכת פרמטרי ההפעלה של המערכת‬
                                                                                 ‫הפולסים).‬


                                                                                   ‫ביצוע הניסוי:‬

‫כיילו את המערכת לקבלת יחס אות לרעש מקסימלי . בצעו זאת בעזרת סדרת הפולסים: – 09‬                     ‫1.‬

‫אופטימלי יש לכייל שלושה משתנים סימול טנית: גודל השדה המגנטי ,‬          ‫,‪ .t‬כדי ל קבל ‪SNR‬‬
‫נע סביב ‪ .6  sec‬בחר את הערכים‬   ‫אורך פולס ‪ , 90‬והזמן ‪ .t‬יטודת ה-‪ .RF‬אורכו של פולס ‪90‬‬
                                                             ‫המתאימים למשתנים אלה.‬


‫הכיול משמ ש בין השאר להכרת אופן פעולת המערכת . הניסוי הראשון הו תחלו הוא מדידת‬                     ‫2.‬
                                                                 ‫*‬
‫2‪ .T‬לאחר שהבנתם את המערכת עדכנו את תכנו ן הניסוי הזה , ובצעו‬         ‫היחס הג 'ירומגנטי ו –‬
                                                                                        ‫אותו.‬


‫המשיכו לשלבי הניסוי הבאים ע"פ הסדר המופיע בסעיף תכנון הניסוי. במקרים בהם מוזכרות‬                   ‫3.‬
‫) בצעו את המדידה בשיטה הראשונה‬       ‫שתי שיטות אפשריות לביצוע מדידה (מדידת 2‪ T‬ו 1‪T‬‬
‫עבור כל התמיסות (כולל התמיסות בעלות הריכוז הלא ידוע ), ובשיטה השניה עבור 5 דוגמאות‬
                                                                     ‫נבחרות, לשם השוואה.‬
                                                                       ‫עיבוד התוצאות:‬
                                                            ‫עיבוד התוצאות צריך לכלול:‬
                           ‫*‬
                       ‫מציאה של זמני הדעיכה השונים בכ"א מהדוגמאות ( ‪.) T2 , T2 , T‬‬
                                     ‫1‬                                                ‫1.‬
                                                         ‫מציאת היחס הג'ירומגנטי.‬      ‫2.‬
                      ‫מציאת ההתאמה בין ריכוזי היונים הפאראמגנטיים לזמני הדעיכה.‬       ‫3.‬
                                                ‫מציאת ריכוזי התמיסות הלא ידועות.‬      ‫4.‬


                                                                           ‫דו"ח הניסוי:‬
‫, כמתואר בתדריך להכנת דו "חות באתר המעבדה ).‬     ‫דו" ח הניסוי יכתב במבנה של מאמר מדעי‬
                                                                  ‫דגשים להכנת הדו"ח:‬

       ‫התקציר מהווה סיכום של כל הדו"ח. כולל מטרה, הקדמה, שיטות, תוצאות ומסקנות.‬            ‫‪‬‬
‫ההקדמה תכלול תשוב ות לשאלות הדו "ח המכין , הפנייה למקורות בהם נעשה שימוש , ומשפט‬           ‫‪‬‬
                                                    ‫מסכם לגבי מטרת הניסוי שיתואר.‬

      ‫פרק השיטות והחומרים צריך לכלול פירוט של כל השיטות בהן נעשה שימוש ובכלל זה:‬           ‫‪‬‬
                               ‫כל הפרמטרים הטכניים הנוגעים להפעלת המערכת.‬     ‫‪‬‬
                                                        ‫אופן רכישת האותות.‬    ‫‪‬‬
                                             ‫פרוטוקול הניסוי בו נעשה שימוש.‬   ‫‪‬‬
                                                        ‫אופן ביצוע האנליזה.‬   ‫‪‬‬
‫פרק זה אמור לאפשר שיחזור מלא של כל אחד משלבי הניסוי והאנליזה באופן שיאפשר לקורא‬
                                               ‫לשחזר את התוצאות המתוארות בדו"ח.‬

                                                 ‫פרק התוצאות צריך לכלול בין השאר:‬          ‫‪‬‬
‫תר שימים של אותות מייצגים שנדגמו לתיאור איכות המערכת , התוצאות והאופן בו‬      ‫‪‬‬
                                                            ‫בוצעה האנליזה.‬

         ‫גרפים המתארים את התוצאות ומאפשרים השוואה בין הדוגמאות השונות.‬        ‫‪‬‬
                                                          ‫טבלאות מסכמות.‬      ‫‪‬‬
                                        ‫הערכות שגיאה לכל גודל המצויין בפרק.‬   ‫‪‬‬
                                                ‫פרק הדיון והמסקנות יכלול בין השאר:‬         ‫‪‬‬
                                  ‫דיון במידת ההתאמה של התוצאות לתיאוריה.‬      ‫‪‬‬
                ‫הערכה השוואתית של מהימנות השיטות השונות בהן נעשה שימוש.‬       ‫‪‬‬
                                                             ‫הצעות לשיפור.‬    ‫‪‬‬
‫הדו"ח צריך להיות רהוט ונעים לקריאה (לא בהכרח מודפס ), יש לצרף אליו את דפי הטיוטה‬           ‫‪‬‬
‫‪ ,)Log‬ותוכנות (עם הערות) וקבצים שנכתבו לשם אנליזה (בהדפסה, בדיסקט‬   ‫של הניסוי (‪Book‬‬
                                                               ‫או בדואר אלקטרוני).‬
                       ‫נספח: נושאים ללימוד לקראת מעבדת ‪NMR‬‬


            ‫המנגנון הפיזיקלי של תופעת ה – ‪ :NMR‬תיאור בגישה הקלאסית ובגישה הקוונטית.‬
                                                 ‫מושגים בסיסיים נדרשים (רשימה חלקית):‬
                                            ‫ספינים בשדה מגנטי אחיד (קלאסי וקוונטי).‬
                                                                       ‫מומנט מגנטי.‬
                                                                   ‫היחס הג'ירומגנטי.‬
                                      ‫מערכת עצמית ומערכת המעבדה, פרצסיית לרמור.‬
                                   ‫פיצול, איכלוס ומעברים בין רמות אנרגטיות גרעיניות.‬

                                                    ‫החומרים מהם מתקבל אות ‪.NMR‬‬


              ‫- הגדרתם, אופן תלותם בסוג החומר ובתנאים אחרים.‬    ‫זמני דעיכה: *2‪T1, T2, T‬‬
                                                 ‫מושגים בסיסיים נדרשים (רשימה חלקית):‬
                                                              ‫דעיכה אורכית, ורוחבית‬
                                   ‫השפעת שדה מגנטי לא הומוגני, ופלוקטואציות בשדה.‬
                                                              ‫טרנסלצייה מולקולרית.‬
                                                              ‫התפלגות סטפן-בולצמן.‬
                                                                   ‫יונים פראמגנטיים.‬


 ‫‪ :NMR‬הכרת כל הרכיבים במערך הניסוי , הבנת אופן ביצוע העירור והרישום של‬        ‫מערך ניסוי‬
‫האותות, הכרת סדרי הגודל (תדרים, משכי זמן ועוצמות ) של האותות השונים המעורבים בניסוי‬

‫(השדה המגנטי ‪ ,BZ‬אותות 09, 081, ההד המוחזר וכו '). מושגים בסיסיים נדרשים (רשימה חלקית):‬
                     ‫אלקטרומגנט, מעורר פולסים, סליל שידור-קליטה, מקלט, אותות 09, 081.‬


‫סדרות פולסים שונות : הכרת סדרות הפולסים הבסיסיות , אופן פעולתן על הספינים במערכת ,‬
                ‫השימוש הנעשה בכל אחת מן הסדרות, תלות ה אות המתקבל בפרמטרי הסדרה.‬
                                                  ‫סדרות בסיסיות נדרשות (רשימה חלקית):‬
 ‫‪90 – t, 180 – t, Spin Echo, CP/CPMG, Inversion Recovery, TE (Time to Echo), TR (Time of‬‬
                                                                            ‫.)‪Repetition‬‬


‫הדמייה מגנטית גרעינית (‪ :)MRI‬הכרת המערך הניסיוני המאפשר ביצוע הדמייה בתהודה מגנטית‬
                                         ‫גרעינית. מושגים בסיסיים נדרשים (רשימה חלקית):‬
                                                               ‫הפעלת גראדינטי שדה.‬
                                                            ‫בחירת פרוסות בגוף הנדגם‬
                                    ‫בחירת פיקסלים בפרוסה – קידוד תדר, וקידוד פאזה.‬

								
To top