5. Các bước thực hiện
5.3. Thống kê boltzman
Khi các spin trong từ trường có sự sắp xếp trong 1 hoặc 2 vị trí định hướng . Tại nhiệt độ phòng, số lượng các spin ở mức năng lượng thấp hơn, N+ , có sự trội hơn không đáng kể về số lượng so với các spin ở mức năng lượng cao hơn, N-, thống kê Boltzman cho thấy kT E e N N (5.16)
E là hiệu mức năng lượng giữa 2 trạng thái spin K là hằng số Boltzman k= 1,3805.10-23 J/K T là nhiệt độ tuyệt đối ( K )
Khi nhiệt độ giảm, tỉ số N- / N+ giảm còn khi nhiệt độ tăng, tỉ số này sẽ tiến tới 1
Các tín hiệu trong máy phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân là kết quả từ sự khác biệt giữa các mức năng lượng được hấp thụ bởi các spin, mà từ đó tạo ra một dịch chuyển từ trạng thái năng lượng thấp sang trạng thái có năng lượng cao, và năng lượng phát ra bởi các spin đồng thời cũng tạo ra một dịch chuyển từ trạng thái năng lượng cao về trạng thái năng lượng thấp. Vì vậy tín hiệu này tỉ lệ thuận với sự khác biệt về mật độ giữa hai trạng thái năng lượng. Cộng hưởng từ hạt nhân có độ nhạy quang phổ tốt hơn vì nó có khả năng phát hiện những khác biệt dù nhỏ nhất của mật độ. Đó là do sự cộng hưởng hay chuyển đổi năng lượng ở một tần số cụ thể giữa các spin và quang phổ kế, điều này đem đến độ nhạy cho NMR.
Sự khác nhau giữa năng lượng hấp thụ bởi spin tạo ra sự chuyển trạng thái từ mức năng thấp lên mức năng lượng cao hơn, hoặc sự phát xạ của spin khi chuyển trạng thái từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn nói chung đều tạo ra năng lượng bởi spin, tạo ra tín hiệu trong phổ kết quả cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Vì thế tín hiệu
này tương ứng với sự khác nhau giữa các trạng thái. Đây là sự cộng hưởng hoặc sự thay đổi năng lượng tại tần số riêng biệt giữa spin và quang phổ kế, tạo ra mật độ phổ NMR Hai nhân tố khác có tác động đến tín hiệu NMR là sự đa dạng tự nhiên của các đồng vị và tính đa dạng sinh học
Sự đa dạng tự nhiên của đồng vị là sự phân mảnh trong hạt nhân, có cùng số khối
Ví dụ như có 3 đồng vị của H2 là 1H, 2H, 3H. Sự đa dạng tự nhiên của 1H là 99,985% Bảng sau cho thêm một số loại đồng vị hạt nhân đáng quan tâm trong MRI.[5].
Bảng 5.3: Hàm lượng tự nhiên của một số nguyên tố [4].
Nguyên tố
Kí hiệu Sự đa dạng tự nhiên Hidro 1H 99,985 1H 0,015 Carbon 13C 1,11 Nitrogen 14N 99,63 15N 0,37 Natri 23Na 100 Phosphorus 31P 100 Kali 39K 93,1 Calcium 43Ca 0,145 Sự đa dạng sinh học tồn tại trong một dạng phân tử Bảng 5.4: Hàm lượng sinh học Phân tử Sự đa dạng Hidro 0,63 Natri 0,00041 Phosphorus 0,0024 Carbon 0,94 Oxygen 0,26 Calcium 0,0022 Nitrogen 0,015