Тірі ағзаға электр және магнит өрістерінің әсері. ЯМР және ЭПР құбылыстарды медициналық зерттеулерде қолдану

1.

2.

Жоспар
Кіріспе:
Негізгі бөлім:
Физикалық құбылыстар
Тірі ағзаға электр және магнит өрістерінің әсері.
ЯМР және ЭПР құбылыстарды медициналық
зерттеулерде қолдану.
Электр өрісі
Магнит өрісі
ЭПР спектроскопиясы
ЯМР – спектроскопиясы
Адам ағзасына физикалық сипаттағы факторлармен әсер ететін электрлі
терапияның негізгі әдістерінің классификациясы
Қорытынды бөлім:
Пайдаланылған әдебиеттер

3.

Физикалық құбылыстар әртүрлі типті болады. Бүкіл әлемдік
тартылыс заңына сәйкес бір-біріне тартылыстағы екі планетаны
қарастырайық.
Планеталар-астрофизиканың,
яғни
аспан
денелері физикасының зерттейтін объектілері. Ал тартылыс? —
Бұл да физиканың зерттейтін объектісі; дегенмен де планеталар
мен тартылыс -мүлдем бір-бірінен өзгеше объектілер. Егер
планеталар-атомдардан, молекулалардан, одан да күрделі
қосылыстардан түзілген ірі денелер болса, ал тартылыс-қоршаған
кеңістікте таралған денелердің касиеті. Дегенмен де, ол-массасы,
тығыздығы бар жоне басқа да сипаттамаларға ие болатын,
сонымен қатар гравитон деп аталынатын бөлиектерден құралған
материялық, объект, "өріс". Әзірге гравитациялық өріс туралы
ақпарат көп емес, есесіне, атомдар мен молекулаларды бүтіндей
және де бүкіл тіршілік дүниесін біріктіріп байланыстыратын
электромагниттік өріс жайлы деректер мол. Барлығымызға
белгілі, жалпы күштік өріс деп берілген күш әсері сезілетін
кеңістікті айтамыз.

4.

Электромагниттік күштер гравитациялық күштерге қарағанда
әлдеқайда күштірек. Электромагниттік күштер кейбір мезеттерде
білінбейді, өйткені оларльң әрі тартылыс және әрі тербеліс күштері
болып келуінде. Сондықтан да система үшін бұл қарама-қарсы
күштер бірін-бірі өте дәл компенсациялап тұрады. Ал
гравитациялық күштер тек тартылыс күштері болып табылады.
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 бірбіріне 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.

5.

Тірі ағзаға электр және магнит өрістерінің әсері ЯМР
және ЭПР құбылыстарды медициналық зерттеулерде
қолдану.
Электрлік зарядталған денелердің қасиеттері адамзатқа қазіргі
кезден 2,5 мың жылдай бұрын белгілі болған. Зарядтардың 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).

6.

Бірақ та осы күнге дейін электрон зарядының
табиғаты және зарядтың бір таңбасының
екіншісінен айырмашылық мәні түсініксіз. Зарядтың
квантталу себебі түсініксіз-не себепті барлық
зарядтар элементар зарядқа еселенген, неге оның
шамасы келтірілген мәнге тең. Осының бәрі
физиканың әлі де болса ашылмаған үлкен сырларьньң
бірі болып табылады. Дегенмен де, бір қызығы,
зарядталған денелердің қозғалысы, әсерлесулері
толығымен мұқият зерттелінген және алдын-ала
болжауға да болады.

7.

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. Егерде 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.

8.

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.
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.

9.

Электр өрісі
Фарадей идеялары. Фарадей идеясы бойынша
электр зарядтары бір біріне 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 әлсірей береді.
Электромагниттік өзара әсерлердің таралу
жылдамдығы. Фарадейдің идеяларына сүйене
отырып, Максвелл теория жүзінде электромагниттік
өзара әсердің кеңістікте шекті жылдамдықпен
таралатынын дәлелдей алды.

10.

Ядролық магниттік резонанс
Ядролық магниттік резонанс (ЯМР) – қатты, сұйық және газ тәріздес
денелерде радиожиілік диапазонындағы электрмагниттік энергияның
резонанстық жұтылуы. Мұндай резонанстық жұтылу құбылысы сыртқы
магнит өрісіне орналасқан зат ядроларының магнетизміне байланысты
пайда болды. Бұл құбылыстың резонанстық сипаты қозғалыс мөлшерінің
моменті мен магниттік моменті бар ядролардың қасиетіне сәйкес
анықталады. Мұндай ядроның сыртқы магнит өрісімен (Н0) әсерлесуі
меншікті, яғни пресцессия жиілігін (ω0) анықтайды: ω0=γН0, мұндай γ –
гиромагниттік қатынас, яғни ядроның магниттік моментінің оның қозғалыс
мөлшері моментіне қатынасы. Тәжірибеден негізінен осы меншікті жиіліктің
мәні анықталады. Көптеген ядролар үшін бұл жиілік 1 – 10 МГц
аралығында. Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде ядролардың
магниттелушілігі әлсіз (электрондық парамагнетизмнен 106 – 108 есе кем)
болады. Резонанстық жиіліктегі радиожиіліктік өріс ядролардың айналуы
бағытын өзгертеді, яғни ядролық магниттелушіліктің прецесс. қозғалысын
тудырады. Бұл қозғалыс зерттелмекші затты қоршаған индуктивтілік
орамада пайда болатын индукциялық ЭІК арқылы анықталады. ЯМР
ядролардың магниттік моментін өлшеуге, заттың магниттік құрылымын
зерттеуге, химиялық анализде т.б. кеңінен пайдаланылады.

11.

Адам ағзасына физикалық сипаттағы факторлармен әсер
ететін
электрлі
терапияның
негізгі
әдістерінің
классификациясы
Атомдар мен молекулалардың физикалық қасиеттерін зерттеу
өрістердің, сәулеленудің немесе бөлшек ағынының анықталатын
затпен әсерлесу теориясына негізделген, соған байланысты осы
заттың және оны кұраушы бөлшектердің қасиеттері ашылатын
ғылымның жеке бөлімнің мақсаты болып табылады.
Физикалық зерттеу әдістерінің 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.

12.

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, массспектрометрия немесе ЯМР-спектроскопия әдістерімен сипатталмаса,
халықаралық
журналдар
осындайм
ақалаларды
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.

13.

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.

14.

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.

15.

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 земан
деңгейлерінің арасындағы резонансты ауысулар зерттеледі. Осы екі
әдістің арасындағы айырмашылығы теория мен эксперименттегі
айырмашылықтарға келтіретін - зерттелетін бөлшектердің 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.

16.

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.

17.

Молекулалардың құрылымын анықтаудан басқа, ЯМР
спектрлеріндегі сызықтардың интенсивтіктері сандық
талдау
жасау
үшін
пайдаланылуы
да
мүмкін.
Оверхаузердің ядролық эффектісімен байланысты, ЯМРдің 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.

18.

Заттың құрылымын анықтау үшін, ең алдымен,
химиялық ығысулардың корреляциялық кестелерін
пайдаланып, ЯМР спектрлері бойынша шыңдардың
әр тобының 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.

19.

Пайдаланған әдебиеттер:
http://www.medicallasers.ru
http://www.stinscoman.com/laserarea
http://student.km.ru/
http://www.rhbz.info/rhbz3.4.2.1.html