Kernspinresonantie: verschil tussen versies

4.917 bytes toegevoegd ,  4 jaar geleden
Geschiedenis van NMR
k
(Geschiedenis van NMR)
 
==Principe==
SommigeNet als elektronen hebben sommige [[atoomkern]]en hebben een [[Spin (kwantummechanica)|spin]] die men zich enigszins kan voorstellen door aan te nemen dat de atoomkern om zijn as draait, hoewel dergelijke voorstellingen van zaken al spoedig mank gaan als men ze te ver doordrijft. Daarom wordt aangenomen dat de spin een soort onbepaalde (kwantum)fysische eigenschap is. Doordat een atoomkern een geladen deeltje is, ontstaat door deze spin een [[magnetisch veld]].
 
Wordt er nu een uitwendig magnetisch veld aangelegd dan kan dit magnetisch veld van zo'n atoomkern een aantal [[kwantumtoestand]]en aannemen: een [[proton (deeltje)|proton]] (waterstofkern) bijvoorbeeld kan met het veld mee (parallel) of tegen het veld in (antiparallel) gericht staan; deze twee kwantumtoestanden hebben dus een [[energie]]verschil omdat er [[arbeid (natuurkunde)|arbeid]] moet worden verricht om een kern van de 'mee'-toestand in de 'tegen'-toestand te zetten. Dit energieverschil is recht evenredig met de [[magnetische veldsterkte]] en bij een voldoende sterk magneetveld is de benodigde energie in de orde van grootte van een radiofrequent [[foton]]. Het bestralen met radiostraling van een monster dat protonen bevat zal dus een aantal kernspins doen 'omklappen'. Als men daarna even wacht, zullen de [[Excitatie (kwantummechanica)|geëxciteerde spins]] ook weer (met een bepaalde [[halveringstijd]], de zogenaamde [[relaxatietijd]]) terugvallen onder uitzending van [[radiostraling]].
{{Clearboth}}
 
== Geschiedenis ==
{| class="toccolours collapsible vatop" style="width:270px; float:right; margin-left: 1em; font-size: 85%;"
! colspan="2" align=center | Tijdlijn van kernspinresonantie<ref>{{en}}{{Citeer web |url=http://chemwiki.ucdavis.edu/@api/deki/files/9450 |titel=NMR-History |uitgever=UCDavis ChemWiki |bezochtdatum=2016-03-27}}</ref>
|-
| width="15%" | 1922
| [[Otto Stern|Stern]] en [[Walther Gerlach|Gerlach]] ontwikkelen de moleculaire bundelmethode.
|-
| 1925
| [[George Uhlenbeck|Uhlenbeck]] en [[Samuel Goudsmit|Goudsmit]] ontdekken het concept van elektronenspin.
|-
| 1937
| [[Isidor Isaac Rabi|Rabi]] neemt voor het eerst kernspinresonantie waar.
|-
| 1944
| Rabi ontvangt de Nobelprijs voor de ontdekking van kernspinresonantie.
|-
| 1945
| [[Edward Mills Purcell|Purcell]], Torrey en Pound tonen kernspinresonantie experimenteel aan in parafine.
|-
| 1946
| [[Felix Bloch|Bloch]], Hansen en Packard demonstreren kernspinresonantie in water.
|-
| 1957
| [[Paul Lauterbur|Lauterbur]] en Holm nemen voor het eerst het [[koolstof-13]] spectrum waar.
|-
| 1961
| De eerste NMR-spectrometer is commercieel verkrijgbaar.
|-
| 1971
| [[Raymond Damadian|Damadian]] maakt de eerste 2D MRI-beelden.
|-
| 1991
| [[Richard R. Ernst|Ernst]] ontvangt de Nobelprijs voor zijn bijdragen in hoog-resolutie NMR.
|-
| 2002
| [[Kurt Wüthrich|Wüthrich]] ontvangt de Nobelprijs voor de ontwikkeling van 3D NMR.
|-
| 2003
| [[Paul Lauterbur|Lauterbur]] en [[Peter Mansfield|Mansfield]] ontvangen de Nobelprijs voor hun werk op het gebied van MRI.
|}
Kernspinresonatie of magnetische resonantie van atomen werd voor het eerst wetenschappelijk beschreven en gemeten in moleculaire bundels door [[Isidor Isaac Rabi]] in 1938. Hierbij maakte hij gebruik van de techniek van het Stern-Gerlach-experiment, een proef in 1922 uitgevoerd door [[Otto Stern]] en [[Walther Gerlach]]. In dit experiment namen Stern en Gerlach waar dat een moleculaire bundel die een magnetisch veld passeert in twee delen wordt opgesplitst. Dit fenoneem kon in 1925 worden verklaard door de ontdekking van [[elektron]]enspin door [[George Uhlenbeck|Uhlenbeck]] en [[Samuel Goudsmit|Goudsmit]]. In 1933 had Stern met zijn moleculaire bundelmethode ook het magnetisch moment (of spin) van het proton bepaald.
 
Rabi, een voormalig postdoc-student van Stern, breidde en verbeterde Sterns moleculaire bundelmethode uit door het magnetisch moment van een (ongeladen) molecuul te meten. Belangrijkste innovatie van Rabi was het toevoegen van een extern [[radiogolf]]veld loodrecht op het magneetveld. Hij slaagde erin atoomkernen op bepaalde overgangen in resonantie brengen en daarbij de spin van de kern om te draaien. Hiermee kon hij de magnetische eigenschappen van atoomkernen vastleggen.
 
Een volgende belangrijke doorbraak van kernspinresonantie kwam in 1946 toen twee onderzoeksteam, onafhankelijk van elkaar, erin slaagden om magnetische resonantie te detecteren in vloei- en vaste stoffen. Aan het Massachussetts Institute of Technology slaagden [[Edward Mills Purcell]], Henry Torrey en [[Robert Pound]] erin kernspinresonantie waar te nemen en te meten in een kilogram blok [[paraffine]]. Tegelijkertijd wisten [[Felix Bloch]], William Hanson en Martin Packard van de Stanford-universiteit kernspinresonantie op te wekken in een vat gevuld met twee kubieke centimeter water. In 1952 ontvingen Purcell en Bloch gezamenlijk de [[Nobelprijs]] voor deze ontdekkingen.
 
Wetenschappers realiseerden al snel dat kernspinresonantie ook bruikbaar was op gebieden buiten de natuurkunde, bijvoorbeeld in de scheikunde maar vooral in de biochemie om de eigenschappen en structuur van complexe koolwaterstofmoleculen te bestuderen. Pioniers op dit gebied waren de Zwitsers [[Richard R. Ernst]] en [[Kurt Wüthrich]]. Ernst slaagde in de jaren zestig erin de lage gevoeligheid van NMR-spectroscopie sterk verhoogd kon worden met de introductie van korte, energierijke microgolfpulsen. Tevens introduceerde hij het gebruik van computers voor het doorberekenen van de meetdata. Later ontwikkelde Ernst collega Wüthrich een methode om met kernspinresonantie de driedimensionale structuren van proteïnes en nucleïnezuren te bepalen. Voor hun werk ontvingen Ernst en Wüthrich in respectievelijk 1991 en 2002 de Nobelprijs voor de Scheikunde.
 
De grootste doorbraak (en de bekendste) van het gebruik van kernspinresonantie lag op het gebied van de medisch diagnose. Kernspinresonantie bleek met name zeer geschikt te zijn voor het meten van waterstofatomen die in koolstofverbindingen voorkomen. De eerste stappen van [[kernspintomografie]] (MRI) werden begin jaren zeventig onder andere gezet door [[Raymond Damadian]], [[Paul Lauterbur]] en [[Peter Mansfelt]]. Voor hun toepassing van MRI in de medische wereld ontvingen Lauterbur en Mansfelt in 2003 de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde.
 
==Berekeningen==
* {{en}} [http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Simplified_MRI Interactief Java-applet] dat de werking van kernspinresonantie illustreert
 
{{Appendix}}
{{Commonscat|Nuclear magnetic resonance}}
 
40.415

bewerkingen