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-біріне келтірілмейді; 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.
Эдвард Миллс Парселл
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.
Қазіргі физика магниттік 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.
Электр және магнит өрістері
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 күштер д.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:
- магнит өрісін электр тогы (қозғалысқа түскен зарядтар) тудырады;
- 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.
Магнит өрісіндегі тогы бар тұйықталған контур.
Магнит өрісін зерттеу үшін, еңтәуірі өлшемдері шағын (магнит өрісі елеулі өзгеретіндей ара қашықтықтармен салыстырғанда) тұйық контур алу. Магнит өрісін тек электр тогы ғана емес, тұрақты магниттердің де тудыратыны белгілі.
Электор өрісі
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 – спектроскопиясы
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 түрі арасындағы алмасу кинетикасын зерттеуге болады. Егер әр түрлерінің өмір сүру уақыты ЯМР әдісінің сипаттаушы уақытынан үлкен болса, осы түрлер жеке байқалады. Ішкі молекулалық өзгерістердің басқа (баяулатқан ішкі айналу. таутомерия, циклдардың инверсиясы. конформациялирлың өзгеруі т.б.). молекула аралық алмасу реакцияларды да, баска да тепе-теңдік химиялық реакцияларды да (протонды алмасудың әр түрлі, лигандты алмасу, ионлардың рекомбинациясы т.б.) зерттеуге болады. Мысал ретінде сірке кышқылының су ерітіндісіндегі протондық алмасуы келтірсек, алмасуда сызыктардың арасындағы химиялық ығысу мен әрбір сызықтың ені өзгеретіні көрініп тұр. Осы параметрлердің өзгеруінен алмасу жылдамдығы жөнінде сөз етуге және тепе-теңдік тұрақтыларын табуға болады.
Қос радикалдардың аралық түзілуімен өтетін химиялық реакциялар «ядролардың химиялық поляризация’ құбылысы аркылы зерттеледі.. Құбылыстың маңызы — қос адикалдардың құраушылары сонғы өнімдерге айналғанда, осы өнімдердің ЯМР-спектрлері түзілуден кейінгі алғашқы уакытта поляризацияланган болып шыгады, яғни сигналдарының интенсивтіктері жоғарылау (жұту) немесё сигналдары «теріс» (шығару). Олар бірге-бірте кәдімгі сигналдарға ауысады.
| Ағзаға әсер ететін негізгі факторлар | Фактор сипаттамасы | Фактор әсерінің режимі | Әдістер атауы |
| Бірінші топ: контактілі қабаттасқан электродтар арқылы токпен әсер ету | Тұрақты бағыттағы ток
Төменгі және орташа жиілік тегі ауыспалы ток Жоғары жиіліктегі ауыспалы ток
|
Үздіксіз
Импульсті Үздіксіз Импульсті |
Гальванизация, емдік электрлі форез
Фарадизация. Электр стимул-дегіш және электрлі диагнос-тика. Әртүрлі импульсті токтар. Электроұйқы Синусоидалық модульдеуші ток. Интерференциялы ток, кең спектрлі жиілігі бар ток Диатермия, электрлі хирургия. Жергілікті дарсонвализация |
| Екінші топ:
контактісіз қабаттасқан электродтарға өріспен әсер ету |
Төменгі жиіліктегі тұрақты немесе ауыспалы магниттік өріс
Индукция ның магниттік құраушы өрістері Сәулеленудің электромагниттік өрісі Индукция-ның электрлік құраушы өрістері Тұрақты электр өрісі |
Төменгі жиіліктегі тұрақты немесе ауыспалы магниттік өрі
Индукция Үздіксіз Импульсті Импульсті Үздіксіз Импульсті Үздіксіз Импульст |
Магнитті терапия
Индуктотермия Жалпы дарсонвализация Микротолқындық және ДЦВ терапияЭлектр өрісі терапиясы (УЖЖ -терапия) ИмпульстіУЖЖ-терапия Франклинизация (статикалық душ) Аэроионотерапия.
|
Қазіргі кездегі МТР.
Гальванизациялауға арналған құрал – бұл ауыспалы ток торабының түзеткіші, пульсті тегістеуге арналған, шығушы реттегіш потенциометрлі фильтр-мен жабдықталған және өлшегіш құрал.
Гальванизациялауға арналған аппараттың принципиальді электрлік схемасы.
Импульстік токты қолдану аумақтарын былай жіктеуге болады:
- электрлі диагностика;
- электрлі терапия;
а) электрлі стимулдегіш;
б) электроұйқы;
в) басқа да емдік процедуралар.
ЖОҒАРЫ ЖИІЛІКТІ ТЕРАПИЯ НЕГІЗДЕРІ
Жоғары жиілікті тербелістердің емдік әсерінің механизмі, заттарға, яғни ағза тканіндегі атомдар мен молекулаларға бастапқы әсер етуіне байланысты болады. Жоғары жиілікті тербелістер әсері – екі негізгі эффект топтарына бөлінеді: жылулық эффект және спецификалық эффект.
Бұлшық ет пен май ткань-дерінің меншікті кедергісінің жиіліктен тәуелділігі.
УЖЖ-терапия – электрмен емдеу әдісінің кең тараған түрі. Ауру адам денесінің тканіне (УЖЖ) ультра жоғары жиілікті электр өрісімен әсер етеді. УЖЖ-терапия кезінде (25-50МГц) иондық өткізгіш арқылы тканьде біршама шығындармен қатар, дипольдік белоктық молекулалар-дың ориентациялық тербелісі әсерінен диэлектрлік шығындарға ұшырайды.
УЖЖ-терапия кезіндегі электродтардың эквива-ленттік электрлік схемасы.
Микротолқындық және ДЦВ-терапия электромагниттік толқын ағза тканінде болатын біртекті емес диэлектрикте таралғандағы энергия-ның жылуға айналуы эффектісіне негізделген.
Микротолқындармен әсер еткен кездегі біртекті диэлектриктегі температура жоғарылауының (салыстырмалы бірлікте) таралу графиктері. 1 – 2375 МГц жиілік; 2–460 МГц жиілік. Қоршаған ортамен жылу алмасқандағы температураның жоғарылауы пунктир сызықтармен көрсетілген
МАГНИТТІ ТЕРАПИЯ
Магнитті терапия – ауру адам тканіне ауыспалы төменгі жиілікті магнит өрісімен немесе индукторлы-электромагниттердің, индукторлы-соленоидтардың көмегімен тұрақты магнит өрісімен немесе тұрақты магнитпен, сонымен қатар эластикалық магниттермен әсер ету арқылы емдеу әдісі.
Магнит өрісінің өкпеге әсері.
Атомдар мен молекулалардың физикалық қасиеттерін зерттеу өрітердің, сеулеленудің немесе бөлшек ағынының анықталатын затпен әсерлесу теориясына негізделген, соған байланысты осы заттың және оны кұраушы бөлшектердің қасиеттері ашылатын ғылымныц жеке бөлімнің мақсаты болып табылады. Физикалық зерттеу әдітерінің әpбip түpi үшін өзіне арнап дамыған физикалық теориясы бар және оныц нәтижелері сол әдісті icкe асыратын аспаптардың жұмыс icтey принципін анықтайды. Физикалық зерттеу әдістерін қолдану ушін әдістердің физикалық негізін білу қажет.
Химиядағы физикалық зерттеу әдістерінің түрлері бүгінгі күнде өте көп, сондықтан ғалым-химик оларды жақсы түсініп, мүмкіндіктерін, әлсіз-күшті жағын білуі қажет, мәселелерді шешуде қолдана білуі керек.Химиктердің практикасында кең тараған эмиссиялық спектроскопия, инфрақызыл (ИҚ) спектроскопиясы, жарықтың комбинациялық шашырау (ЖКШ) спектроскопиясы, ультракүлгін (УК) спектроскопиясы, электрондық парамагниттік резонанс (ЭПР) спектроскопиясы, ядролық магнитті резонанс (ЯМР) спектроскопиясы, массспектрометрия, газды хроматография сияқты физикалық зерттеу әдістері қарастырылады. Жоғарыда келтірілген әдістердің кең таралған себебі, мысалы, органикалық химия бойынша жазылған жұмыстарда алынған заттар ИҚ-спектроскопия, масс-спектрометрия немесе ЯМР-спектроскопия әдістерімен сипатталмаса, халықаралық журналдар осындай мақалаларды басылымға жібертпейді.
Химиядағы негізгі мәселелердің бірі — молекуланың химиялық құрылымын идентификациялау және анықтау. Қазіргі кезде осы мәселені шешу үшін көбінесе үлкен мүмкіндігіне, сезімталдығына және дәлдігіне байланысты, практикада қолданылу жеңілдігіне қарай (оларды қолданғанда уақыт көп ж-ұмсалмайды) физикалық зерттеу әдістері қолданылады. Алдымен зат идентификацияланады (теңестіру), яғни келесі этаптармен сапалық талдау
жасалады (егер талданатын қоспа болса, онда сандық талдау да жасалады)
Магнитрезонансты әдістер көмегімен зат және сәуленің магнит компонентасының әрекеттесуін зерттейді. Оларға радиоспектроскопияның екі әдісі жатады – мана айтып кеткендей, ядролык магниттік резонанас (ЯМР) және электрондық магниттік резонанас (ЭПР). Осындай спектрлердегі ауысуларға сәйкес келетін энергия айырымы өте кіші (жиіліктері 40 МГц- 10000 МГц радиодиапазонында жатады). Демек, бұл әдістердің бөлу қабілеті және сипаттаушы уақыттары жоғары, бірақ сезімталдықтары төмен. Бұдан басқа, әрекеттесулерге қатысатын энергия деңгейлері меншікті емес, себебі олар тек сыртқы магнит өрісінде пайда болады, бұл деңгейлер бөлшектердің химиялық құрылысына тәуелді.
Магнит резонансты әдістердің физикалық негіздерін тұрақты магнит моменті бар бөлшектер (атомдар, молекулалар, иондар) кіретін жүйемен айнымалы электромагнит өрісінің энергиясын резонансты жұту құрайды. Мұндай бөлшектер парамагнитті бөлшектер деп аталады. Эффект жүйенің сыртқы магнит өрісіндегі энергия деңгейлерінің азғындауы жойылғандықтан болатын бөлшектердің магнит моменттерінің кеңістікте әртүрлі бағытталу нәтижесінде байқалады.
Бөлінген деңгейлер арасында (Зееман деңгейлері) жұтудан пайда болатын ауысулар басталады.
Егер ауысулар атом ядроларының магнит моменттерімен байланысты деңгейлер арасында жүретін болса, құбылыс ЯМР деп аталады. Ауысулар электрондардың магнит моменттерінің әртүрлі бағытталуымен байланысты деңгейлеріне негізделген болса, құбылыс ЭПР деп аталады.
Электрондардың магнит моменттері ядролардікінен бірнеше ондық ретіне үлкен, осы себептен ЭПР сигналы ЯМР сигналынан интенсивті. Бірақ атомдардың электрон кабықшаларының толықтырылған жағдайында электрондардың магниттік және механикалық моменттері компенсацияланады. Демек, электрондардың магнит моменттерімен байланысты резонансты кұбылыстар тек жұптаспаған электрондары бар бөлшектерде байқалуы мүмкін.
Қазіргі кездегі МТР.
МРТ – динамикалық түрде дамып келе жатқан сәулелендіруші диагностиканың бір түрі. Бұның ескі атауы “ЯМР томография” деп аталады. МРТ- жоғарғы дәрежелі жіңішке – жұмсақ контраска ие және пациенттің кез-келген анатомиялық ерекшелігіне байланысты зерттеу жүргізе алады. Сонымен қатар МРТ инвазивті емес диагностиканың ерекше және жалғыз тәсілі болып табылады. Ол арнайы сезімтал болып келеді және МРТ арқылы сүйек тканьдерінің ісігін және инфильтрациясын анықтауға болады.
МТР физикалық принциптері.
1973 жылы американдықғалым П. Лотербур аймақтық сигналдардың локализациясы үшін ауыспалы магниттік өріске ЯМР феноминін толықтыруды ұсынды. Сол арқылы ол ағлаш рет тірі ағзаның МР томографиясын ала алды. 2003 жылы Лотербур мен Мэнсфилд физиология мен медицина бойынша Нобель сыйлығына ие болды. Қазір әлемде 25 мыңға жуық МР- томографовтар бар, олар күніне жарты миллионға жуық зерттеулер жүргізеді.
МТР клиникалық түрде қолданылуы.
Ең алғаш рет МРТ бас миын зерттеулерде қолданылды, ол неврологияның әрі қарай дамуына септігін тигіді. МРТ арқылы жасуша мембранасындағы молекулалардың қозғалысын бағалауға болады(Диффузионная МРТ ), капилляр арқылы қанның жылжуын, метаболиктердің концентрациясын анықтауға болады(Перфузионная МРТ ). Функционалды МРТ арқылы қозғалыс және сөйлеу орталығын анықтауға болады. Ишемиялық инсультқа ие науқастың МРТ ми инфарктысының алдын ала бола ма жок па болжам жасай алады.
МРТ ангиология және кардиологиялық зерттеулерде де қолданылады. Ол ұйқы артериясы, кеуде және тағы басқа қан тамырларын зерттеуде қолданылады. МРТ туа пайда болған жүрек ақауларын, миокардың өмір сүру мүмкіншілігін анықтайды.
МР – томографиясы остеоартроздың нақты сатысын анықтауға мүмкіндік береді.
ЭПР спектроскопиясы
ЭПР спектроскопиясы әр түрлі химиялық мәселелерді шешуде кең қолданылады. Осы әдістің негізгі құндылығы — жұптаспаған электрондары бар бөлшектердің өте кіші концентрацияларын байқау, өлшеу және олардың энергиялық күйері мен локализациясын сипаттауына мүмкіндік беретінімен байланысты. Үлгі осындай талдау әдісін қолданғанда бұзылмайды да, өзгермейді де. Жұптаспаған электрондары бар бөлшектер химиялық реакциялар өтетін жүйелерде өте маңызды роль атқарады, себебі, олардың химиялық активтігі өте жоғары. Сондықтан оларды байқау көп жағдайда реакция механизмін анықтауға жол ашады. ЭПР құбылысын Ресей ғалымы Е.К.Завойский 1944 жылы ашқан.
- Жұптаспаған электрондары бар бөлшектерге кейбір атомдар, иондар, бос радикалдар, триплетті күйдегі молекулалар жатады, оларды екі топқа бөлуге болады:
- жұптаспаған электроны бір атоммен байланысты: (Н, О, галоген атомдары, Ғеп+, Соп+, ауыспалы элементтердің иондары, жартылай өткізгіштер);
жұптаспаған электрон бүтіндей молекуламен немесе оның үлкенірек бөлігімен байланысты (бос радикалдар, ион-радикалдар, триплетті- қоздырылған молекулалар), оның орбиталі бір жерде жинақталмаған.
Әдетте парамагнитті бөлшектер диамагнитті матрицада тарағандағы анализ шарттарын іздестіреді. Мұндай шарттарды парамагнитті бөлшектер сәуле түсіргенде түзілетін ерітінді немесе қатты дене тәрізді үлгілер қанағаттандырады. Ауыспалы металдар иондарын зерттегенде диамагнитті заттың торының орнын изоморфты парамагнитті ион басқан монокристалды өсіру техникасын жиі қолданады. Осындай монокристалды өсіру жолы болмаса, бірге тұнбалау арқылы алынған парамагнитті иондары бар ұнтақтарды пайдаланады. Қатырылған ерітінділер әдетте шыны түрінде алынады, ол үшін сай келетін еріткіштерді немесе олардың қоспаларын таңдайды.
Құрылымдық зерттеуден басқа, ЭПР спектроскопиясы химиялық реакциялардың механизмдері мен кинетикасын зерттегенде де қолданылады. Реакцияға түсетін жүйедегі парамагнитті бөлшектердің байқауының өзі де көп ақпарат береді, ал спектрдің құрылымы бойынша оны идентификациялауы мүмкін болса, жорамалданған механизмдері қосымша негізделеді. Соңында, жеке парамагнитті бөлшектердің концентрациясының уақыт бойынша өзгеруін байқау процестердің кинетикасы жөнінде информация береді. Сұйық және газды фазалар үшін ағындық әдістер пайдаланады, бұл әдістерде реакциялық резонатордағы ұяшықтар үлкен жылдамдықпен жіберіледі, спекр алу үшін керек уақыт аралығында өмір сүру уақыты аз радикалдардың концентрациясын жоғары деңгейде ұстауы мүмкін болады. Бұл процестің кейбір элементарлы сатыларының жылдамдық тұрақтыларын өлшеуге мүмкіндік береді. Газдар үшін матрицалық бөлшектеу әдісі де пайдаланылады (сұйық азот немесе гелий температурасында), бұл әдісте реакциялық қабілеті өте жоғары бөлшектерді (Н, СН3, С2Н5 т.б.) ұзақ уақытқа тұрақтыландыруға арналған шарттар орындалады. Және әр түрлі парамагнитті бөлшектердің ЭПР спектрлерін зерттеуден басқа, радиациялық және фотохимиялық процестерінің, адсорбция, т.б. құбылыстарының кинетикасы жөнінде мәлімет алынады. Сызықтардың түрі өзгеруі бойынша тез өтетін алмасу процестерінің кинетикасы зерттеледі (спиндік алмасу, электрон тасымалдау, т.б.).
Спиндік белгілер және спиндік ұстағыштар әдістері кең тараған. Бірінші әдісте диамагнитгі молекулаға стабилді радикалды — «белгіні» қосқанда, оның бос валенттігі қозғалмау керек, мысал үшін, нитроксилды радикал типі:
Алынатын ЭПР спектрі бастапқы молекула жөнінде ақпарат береді. Осы әдіс биология объектілеріндегі химиялык процестерін зерттегенде өте пайдалы, әсіресе, метаболизмді зерттегенде, себебі ЭПР спектроскопиясының парамагнитті бөлшектерінің төмен концентрацияларына сезімталдығы өте жоғары.
Спиндік «ұстағыштар» әдісінде зерттелген жүйеге парамагнитті емес «ұстағыш» молекуланы енгізеді, бұл молекуланың өмір сүру уақыты аз радикалмен реакцияға түсу нәтижесінде стабилді радикал түзіледі. Осының көмегімен зерттелетін жүйедегі процестердің кинетикасы және механизмі жөнінде мәліметтер алынады. Мысалы, органикалық қосылыстардың тотығу реакцияларында «ұстағыш» ретінде нитробензол пайдаланылады, ол түзілетін R радикалдары келесі сызба бойынша тұрақтандырылады:
Түзілген тұрақты радикалдың ЭПР спектрінің АЖҚ-сы бойынша бастапкы Я — радикал жөнінде сөз етеді.
ЭПР спектроскопиясы әдісі арқылы металдардың тотығу дәрежелерін және координациялық сандарын анықтайды, лигандтар жөнінде мәлімет алады. Кристалдағы, тұз балқымалардағы ұсталған электрондар, шыныланған ерітінділердегі гидратталған және басқа сольватталған электрондар т.б. зерттеледі.
