Электромагниттік өзара әсерлердің таралу жылдамдығы

Кіріспе
Негізгі бөлім

1. ЯМР және ЭПР тарихы
2. ЯМР және ЭПР құбылыстарды медициналық зерттеулерде қолдану.
3. Қазіргі кездегі МТР
4. МТР клиникалық түрде қолданылуы
5. МТР қарсы көрсеткіші
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер.

Кіріспе
Электромагниттік өрістің «бөлшектері»-фотондар-сәуле шығарушы денеден жарық порциясы немесе радиотолқын (дәлірек айтсақ-өріс энергиясынъң порциясы) ретінде өз еркімен қозғалып жүре алады. Қазіргі кванттық механикаға сай кез-келген бөлшекке толқын немесе толқынның үзілісі сәйкес келеді. Тағы да әрбір бөлшекке өзінің өрісі сәйкестендіріледі. Мұндай мағынада бөлшектер мен өрістің табиғаты бір екенін көруге болады. Алайда екеуі бір-бірінекелтірілмейді; кезінде бөлшекті өрістің бөлігі деп көрсетпекші де болған. Қазіргі кезде бұлар корпускулалык, және толқындық аспектілердің бірлігі деп қарастырылады. Өте тереңгі деңгейде қарастырғанда микрообъектілер бөлшектер де, толқындар да емес. Гравитациялық және электромагниттік өзара әсерлесулерден басқа, элементар бөлшектер әлемінде өзара әсерлердің басқа да түрлері кездеседі. Олардың, мысалы, атом бомбаларындағы және ядролық реакторлардағы жүріп жатқан ядролық реакцияларда, сәуле шығарып тұрған жұлдыздардағы термоядролық реакцияларда алатын орны үлкен, мәні зор. Табиғаттағы барлық процестерді жеке бөлшектердің, денелердің және өрістердің өзара әсерлесуінің нәтижесі деп қарастыруға болады. Бүкіләлемдік тартылыс мұның айқьн мысалы. Жоғарыда келтірілген тартылыс заңының классикалық ньютондық тұжырымы тек салыстырмалы әлсіз өрістер үшін орынды. Күшті гравитациялық өрістер үшін және тағы да үлкен жылдамдықтағы қозғалыстар үшін дәлірек сипаттаманы жалпы салыстырмалылық теориясы береді. 1925 жылы А.Эйнштейн біртұтас өріс теориясын құру туралы проблема көтерді. Жоғарғы температураларда әртүрлі өзара әсерлесулерді бір-біріне бере алатын барлық бөлшектер- фотондар және гравитондар, сонымен қатар глюондар (кварктерді байланыстыратын; күшті ядролық өзара әсерлесу) және аралықтағы векторлық бозондар (әлсіз өзара әсерлесу), осылардың барлықтары суперкүштің әсерін жеткізе отырып бірігуі қажет. Атап айтсақ, дәл осындай суперкүш сингулярлық моментте Үлкен Жарылысқа әкелген болуы керек бірақта біртұтас өріс теориясы әлі шешілген жоқ.
ЯМР және ЭПР құбылыстарды медициналық зерттеулерде қолдану.
ЯМР-ді 1945-1946 жылдары Ф. Блох пен Э. Персилл ашқан болатын. ЯМР деп — тұрақты магнит өрісіндегі параметрлік ядролардың электромагниттік толқын энергиясын жұтуы кенет өтетін құбылысты айтады.
Электромагниттік толқынның магнит өрісінің әсерінен атом бір энергетикалық деңгейден екінші энергетикалық деңгейге өтеді. Осы құбылысты 1944 жылы Е. К. Завойский ашқан және ол электрондық параметрлік резонанс деп аталады.

ЭПР- ді зертеуге арналған аспаты радиоспектрометр дейді. Ол біртекті күшті магнит өрісін тудыратын 1- электромагниттен, 2- электромагниттік толқын генераторларынан, 3- зерттелінетін нұсқадан, спектрді жазуға арналған 4- электрондық схемадан, 5-спектрді бақылауға арналған жүйеден тұрады.

Электрлік зарядталған денелердің қасиеттері адамзатқа қазіргі кезден 2,5 мың жылдай бұрын белгілі болған. Зарядтардьң оң және теріс деп, шартты түрде, аталынған екі түрлі болатындығы мәлім. Дененің аттас зарядтары бір- бірінен тебіледі, ал әр аттас зарядтар-тартылады. Олардың өзара әсерлесу күші Кулон заңымен сипатталады, яғни ол зарядтардың шамаларының көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың өзара арақашықгығыньң квадратына кері пропорционал болады. Барлык, зарядтар шамасы е~1,6*10 К кулонга тең минимал элементар зарядқа еселенеді. Дәл осындай заряд теріс зарядталған электронда болады және де барлық басқа зарядталған элементар бөлшектерде: оң протондар мен позитрондар да,оң және теріс мезондарда болады (қос элементар зарядтары болатын кейбір резонан бөлшектерден басқа).
Максвелл теңдеулер жүйесінің ерекшелігі-оның электрлік және магниттік шамаларға қатысты симметриялы еместігі. Теңдеулерге магниттік зарядтарды енгізгенде ғана симметриялылыққа ие болуы мүмкін. Бұл жөнінде атақты ағылшын физигі П.Дирак магниттік зарядтардьң да болуы мүмкін деген болжам айтып, монопольдар (бір полюсты) теориясын ұсынған болатын, бірақ та олар «табылып» дәлелденген жоқ.
Табиғатта оң және теріс электр зарядтары бар бөлшектер тұрақты түрде бақыланады, ал бір «таңбалы» (монопольды) магниттік «зарядтар» ешуақытта жеке әлі кездескен емес. Магниттің екі ұшы әркашан да, әсер ету шамасы бойынша тендей, екі полюске ие боладьі; ол қанша ұсақ бөлікке бөлінсе де ұштарында бәрібір екі түрлі полюс қалады. Магниттік монополъдардың тіптен болмауы да мүмкін.
ЭПР және ЯМР әдістері арқылы мембранадағы фосфолипидтер молекуласының қозғалғыштығы өте үлкен, ал тұтқырлығы
ŋ≈ 0,3- 1 Па* с

Липидтердің тұтқырлығы аз болса олар тез қозғалады, аз тұтқырлығы көп болса керсінше баяу қозғалады. Липидтік молекулалардың молекулалардың қозғалғыштығының үлкен болуы латеральдық диффузияға әсер етеді. Латеральді диффузия деп липидтер мен ақуыздар молекулаларының мембрана жазықтығында хаостық жылулық қозғалысын айтады. Латеральді диффузтияда липидтердің қатар орналасатын молекулалары орындарын тез ауыстырады. Осындай орын ауыстырудың нәтижесінде молекула мембрана бетін жанай қозғалады.Уақыт бірлігінде диффузия салдарынан молекулалардың орын ауыстыруының орта кв-тық мәні Эйнштейн формуласымен анықталады:
S кв = 2 Dt

Қазіргі физикамагниттік күштерді электр күштерінің релятивистілік қасиеттерінің көрінуі деп есептейді. Қозғалмайтын электр заряды барлық бағыт бойында бірдей күш өрісін туғызады Ал қозғалыстағы зарядтың, оньң қозғалыс бағытындағы электрлік өзара әсерлесу күші, қозғалмайтын санақ жүйесінде өлшеулер жүргізгенде, релятивистік эффектілерге байланысты оньң көлденең бағыттағы мәнінен аз болады; осы көлденең құраушысы магниттік құраушысы деп аталды да, бұл, шаманың зарядтың қозғалыс жылдамдығымен (немесе электр тогыньң күшімен) байланысы дұрыс табылды. Сондықтан оны өзгертудің ешқандай мағьнасы жоқ. Магниттік монопольдар эксперимент жүзінде ашылмаса да электромагниттік әсерлесудің зандылықтары әрдайым орынды және процестерді дұрыс сипаттайды.

Магниттік өрістің әсерлесуі әр алуан және өте көп. Электр тоғының, тұрақты магниттердің, Жердің магнит өрісі-барлығы магнит өрісінің айқын көріністері болып табылады.
Қозғалыстағы космостық сәулелердің зарядталған бөлшектерінің Жер магнит өрісіндегі ауытқуына байланысты, сол бөлшектер үшін тосқауылдар-радиациялық белдеулер- пайда болады. Бұл бөлшектер Жердің радиациялық белдеуінде өзінің энергиясын жоғалтқанша айнала қозғалады, циркуляция жасайды; яғни олардың әсері мүлдем төмендеп Жер бетіндегі тірі табиғат сақталады.
Электромагниттік өзара әсерлесуге реал өмірде бақыланатын көптеген күштер жатады, олар-серпімділік күші,үйкеліс күші, сұйықтардың беттік тартылыс күші; осылармен заттардың әртүрлі агрегаттық күйлерінің қасиеттері, қатты денелердің бүтінділігі, химиялық түзілістер, көптеген оптикалық құбылыстар және т.т. түсіндіріледі.
Мембраналар қызметінің режимі липидтік қос қабаттың микро тұтқрлығына, мембранадағы фосфолипидтер молекулаларының қозғалғыштығына және мембраналық липидтердің фазалық күйіне байланысты. Қалыпты жағдайда биологиялық мембралардың липидтік фазасы сұйық күйде болады. Ол ЭПР және ЯМР әдістерімен зерттелу арқылы дәлелденген.
Магнит өрісі
Электр зарядын қоршаған ортада белгілі бір физикалық қасиеттері бар электростатикалық өріс болатыны сияқты тоқтарды қоршаған ортада да магнит өрісі деп аталатын өрістің ерекше түрі пайда болады. Егеде электростатикалық өрістің бар жоғы оған әкелінген зарядталған денеге әсер етуші күш арқылы білінсе , магнит өрісі осы өріске әкелінген тогы бар өткізгішке әсер ететін күш арқылы білінеді. Сөйтіп, электрлік және магниттік құбылыстардың осындай өзара байланысын бірінші рет 1820 жылы Дат физигі Эрстед (1777-1851) ашқан болатын. Яғни, ағатын ток маңына магнит стрелкасын қойсақ, онда стрелканың ток бағытына қарай бағытын біршама өзгерткендігін байқаған. Эрстедтің бұл жаңалығы көптеген физиктерді қызықтырып, осыдан бастап олар электромагниттік құбылыстарды кеңінен зерттей бастады. Солардың бірі француз физигі Ампер (1775-1836) болды. Ампердің болжауынша магнит стрелкасына тек ток қана емес, ток жүріп тұрған өткізгіште әсер ете алады деді. Сөйтіп, ол мынадай тәжірибе жасады: тұақты магнит өрісіне тогы бар өткізгішті алып келгенде, онда өткізгішке магнит тарапынан күш әсер етіп, өткізгіштің қозғалатындығын байқады. Сонымен магнат стрелкасының тогы бар өткізгіштің маңында бағдарлануы өткізгіштің формасына, оның орналасуына және токтың шамасы мен бағытына байланыста болды.
Ток өткен өткізгіштердің өзара әсері, яғни қозғалыстағы электр зарядтарының арасындағы өзара әсерлерді — магниттік өрістер д..а. Ток өткен өткізгіштердің бір-біріне әсер ету күштерін магниттік күштерд.а.

Магнит өрісі — материяның ерекше бір түрі — электрлі зарядталып, қозғалысқа түскен бөлшектердің өзара әсері сол өріс арқылыжүзеге асырылады.
Магнит өрісінің тәжірибе жүзінде тағайындалған негізгі қасиеттері мыналар:
1. магнит өрісін электр тогы (қозғалысқа түскен зарядтар) тудырады;
2. магнит өрісі электр тогына (қозғалысқа түскен зарядтарға) тигізетін әсерден барып байқалады.
Магнит өрісі, электр өрісі сияқты, бізге тәуелсіз, біздің ол туралы білуімізге тәуелсіз нақтылы бар екендігі ақиқат.
Фарадей идеялары. Фарадей идеясы бойынша электр зарядтары бір біоіне тікелей әсер етпейді. Олардың әрқайсысы өзін қоршаған кеңістікте электр өрісін туғызады. Бір зарядтың өрісі басқа екінші зарядқа әсер етеді және керісінше осы екінші заряд өрісі бірінші зарядқа әсер етеді. Зарядтан қашықтаған сайын өріс әлірей береді.
Электромагниттік өзара әсерлердің таралу жылдамдығы. Фарадейдің идеяларына сүйене отырып, Максвелл теория жүзінде электромагниттік өзара әсердің кеңістікте шекті жылдамдықпен таралатынын дәлелдей алды.
Мұны былай түсінуіміз керек: егер А зарядты тұрған орнынан аздап қана қозғасақ, онда В зарядқ әсер ететін күште өзгереді. Бірақ бұл өзгеріс дәл сол мезетте емес, сәл уақыттан кейін болады:

T=AB
c
мұндағы АВ- зарядтардың ара қашықтығы, ал с- электромагниттік өзара әсерлердің таралу жылдамдығы. Яғни, 300 000 км с
Шекті уақыт ішіндегі өзара әсерлесетін денелер аралығындағы кеңістікте белгілі бір процестің бар болуы, міне осы, алыстан әсер ету теориясын ажырататын ең бастысы.
Электр өрісінің басты қасиеттері — оның электр зарядтарына белгілі бір күшпен әсер ететіндігінде. Сол зарядқа әсер етуіне қарай өрістің өзінің бар жоғын, кеңістікте қалай орналасып таралатындығын анықтайды, оның барлық сипаттамаларын зерттейді.
Сонымен, электр өрісі — біздің ол түсінігіміз туралы тәуелсіз өмір сүретін, материяның ерекше бір түрі.
ЯМР құбылысын алғаш рет американдық физиктер Ф.Блох пен Э.М.Парселл байқаған. ЭПР спектроскопиясындағыдай, бұл әдісте сыртқы магнит өрісінде пайда болатын спинді жүйелердің зееман деңгейлерінің арасындағы резонансты ауысулар зерттеледі. Осы екі әдістің арасындағы айырмашылығы теория мен эксперименттегі айырмашылыктарға келтіретін — зерттелетін бљлшектердің магнит моменттерінің абсолюттік мәндері мен таңбаларында және әрекеттесулерінде жатады. Сонымен қатар, зерттелетін объектілер мен шешілетін есептердің сипаттамалары ерекшеленеді.
ЯМР спектроскопия өзінше және басқа физикалық әдістермен қатар қолданылғанда молекулалардың химиялық құрылысын, олардың стереохимиялық конфигурациясын және конформацияларын зсрттеу үшін өте эффективті әдіс болып табылады. Кері есептерді шешу үшін ең алдымен спектрдің келесі параметрлері пайдаланылады:
1.Сигналдардың (мультиплеттердің) орталықтарынан анықталататын ЯМР сигналдарының химиялық ығысулары;
2.Әрекеттесуші ядролардың санымен және олардың спиндерімен байланысты мультиплеттіктері;
3.Ядролардың спин-спинді әрекеттесу тұрақтылары; 4.Мультиплеттердегі интенсивтіктердің таралуы;
5.Сигналдардың интегралдық интенсивтіктері.
Молекулалардың құрылымын анықтаудан басқа, ЯМР спектрлеріндегі сызықтардың интенсивтіктері сандық талдау жасау үшін пайдаланылуы да мүмкін. Оверхаузердің ядролық эффектісімен байланысты, ЯМР-дің фурье- спектроскопиясында сигналдың интегралдық интенсивтілігі ядролардың санына әрқашанда пропорционалды бола бермейді. Стационарлі ЯМР-әдісі үшін мұндай шектеу жоқ, және де фундаменталды ереже жұмыс істейді — бір ядроға келтірілген белгілі изотоптың ядроларының барлық топтарының розонанасты сигналдарының суммалық интенсивтіктерінің үлесі — тұрақты шама. Демек, сигналдардың интегралдық интенсивтіктерін салыстыру арқылы молекуладағы ядролардың әр түрінің салыстырмалы санын табуға болады.
Заттың құрылымын анықтау үшін, ең алдымен, химиялық ығысулардың корреляциялық кестелерін пайдаланып, ЯМР спектрлері бойынша шыңдардың әр гобының химиялық ығысуларын есептеп, оларды идентификациялайды. Содан кейін әрбір шынның аса жіңішке бөлінуіне қандай спин-спинді әрекеттесу келтіретінін айқындайды. Соңында, берілген заттың құрылым формуласын жорамалдап, шыңдардың интенсивтіктерін анықтайды да топтардағы зерттелетін магнитті ядролардың мөлшерінің қатынасын табады. Осы ядролардың жалпы саны белгілі екенін ескере отырып, (мысалы, элементтік талдау арқылы), олардың әрбір топтағы санын табуға болады.
ЯМР әдісінің көмегімен молекулалардың екі (немесе бірнеше) күйі немесе … жалғасы