Magnetic Resonance Methods in Biophysics - NBCM112

• Title: Metody magnetické rezonance v biofyzice
• Guaranteed by: Department of Low Temperature Physics (32-KFNT)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2021
• Semester: summer
• E-Credits: 4
• Hours per week, examination: summer s.:3/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: Mgr. Václav Římal, Ph.D.; prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
• Classification: Physics > Biophysics and Chemical Physics

Annotation

English

Last update: G_F (07.01.2003)

Methods of magnetic resonance. Phenomenological description. Magnetic interaction of nuclei and electrons, quadrupolar interaction. High resolution NMR spectroscopy.

Czech

Last update: G_F (07.01.2003)

Metody magnetické rezonance. Fenomenologický popis. Magnetická interakce jader a elektronů, kvadrupólová interakce. Spektra NMR vysokého rozlišení.

Aim of the course

English

Last update: T_KFNT (11.04.2008)

Basic course on methods of magnetic resonance.

Czech

Last update: T_KFNT (11.04.2008)

Základní kurs metod magnetické rezonance.

Course completion requirements

English

Last update: Mgr. Václav Římal, Ph.D. (28.04.2020)

Oral exam

Czech

Last update: Mgr. Václav Římal, Ph.D. (24.01.2024)

Ústní zkouška.

Literature

Last update: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc. (14.02.2017)

Materiály k přednáškám

Prosser V. a kol., Experimentální metody biofyziky, Academia Praha 1989

Englich J., Sedlák B., Pilař J., Experimentální metody biofyziky II, skriptum MFF UK, Praha 1984

Hore P. J., Nuclear Magnetic Resonance, Oxford Sci. Publ. 2000 a pozdější vydání

Keeler J., Understanding NMR spectroscopy, Wiley 2011 (2nd edition)

Friebolin H., Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, Wiley 2010 (5th edition)

Macomber R. S., A Complete Introduction to Modern NMR Spectroscopy, J. Wiley & Sons, New York 1997

Sanders J. K. M., Hunter B. K., Modern NMR Spectroscopy - A Guide for Chemists, OUP Oxford 1993

Cavanagh et al., Protein NMR Spectroscopy, Principles and Practice, Elsevier 2006 (2nd edition)

Gunther H., NMR Spectroscopy (Basic Principles, Concepts and Applications in Chemistry), J. Wiley & Sons, 1995

Slichter C.P., Principles of Magnetic Resonance, rev. vyd. Springer Verlag, Berlin 1990

Abragam A., Principles of Nuclear Magnetism, Oxford Science Publications, Clarendon Press, 1986

Ernst R. R., Bodenhausen G., Wokaun A., Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions, Claredon Press, Oxford 1987

Loesche A., Kerninduktion, Deutscher Verlag d. Wissensch., Berlin 1957

Requirements to the exam

English

Last update: Mgr. Václav Římal, Ph.D. (28.04.2020)

Questions during the oral exam are posed according to the syllabus and the lectures given. A solution of an exercise may be required during the exam, too.

Czech

Last update: Mgr. Václav Římal, Ph.D. (24.01.2024)

Zkouška je ústní, otázky jsou kladeny dle syllabu, požadavky odpovídají rozsahu výkladu. Zkouška může zahrnovat i prezentaci řešení zadané úlohy.

Syllabus

English

Last update: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc. (14.02.2017)

1. Introduction.
Principle of magnetic resonance, basic characteristics. Theory of linear response. Electromagnetic moments of electron, of electron system and nucleus. Gyromagnetic particle in static and radiofrequency magnetic field. Paramagnetism of weak interacting particles. Spin-lattice and spin-spin relaxations.

2. Phenomenological description
Bloch equations. Steady state and pulse solutions. Linewidth, inhomogeneous line broadening. Free induction decay, spin echo. Measurement of relaxation rates.

3. Experimental technique.
Basic concept, excitation and detection of signal, data treatment, improvement of signal/noise ratio. Microvawe spectrometer, pulse spectrometer NMR.

4. NMR imaging.

5. NMR in condensed matter.
Dipol-dipol interaction, time averaging of interaction in liquids. Solution for solid state, simple configurations of spins, method of moments. Methods of high resolution in solids.

6. Magnetic interaction of electrons and nuclei.
Concept of spin Hamiltonian. Hyperfine interaction. Diamagnetic and paramagnetic shielding - chemical shift, indirect spin-spin coupling, consequences in spectra of solids and liquids.

7. NMR spectra of high resolution in liquids.
Spectral analysis. Approximation of equivalent nuclei, spectra of AkXl type. Decoupling, polarisation transfer, nuclear Overhauser effect. Study of dynamical processes. Influence of paramagnetic atoms.

8. 2D NMR spectroscopy.
Basic ideas. Resolved and correlated spectra.

9. Quadrupolar interaction.
Effect of quadrupolar interaction in NMR spectra of solids and liquids.

10. Electron paramagnetic (spin) resonance (EPR, ESR).
Spectra EPR (ESR). Spin hamiltonian. Hyperfine structure of spectra. Spectra of free radicals in solutions.

Czech

Last update: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc. (14.02.2017)

1. Úvod
Princip metody magnetické rezonance, základní charakteristika. Teorie lineární odezvy. Elektromagnetické momenty elektronu, elektronové soustavy a jádra. Gyromagnetická částice ve statickém a radiofrekvenčním magnetickém poli. Paramagnetismus souboru slabě interagujících částic. Spin-mřížková a spin-spinová relaxace.

2. Fenomenologický popis
Formulace Blochových rovnic (BR). Stacionární a pulsní řešení. Šířka čáry, nehomogenní rozšíření. Signál volné precese (FID), spinové echo, víceimpulzové excitace, měření relaxačních dob.

3. Experimentální technika
Obecná charakteristika, excitace a detekce signálu, zpracování dat. Mikrovlnný spektrometr, pulzní spektrometr NMR.

4. Princip prostorového zobrazení (NMR Imaging).

5. NMR v kondenzovaných látkách
Dipól-dipólová interakce, časové středování v kapalinách. Řešení pro pevnou látku, jednoduché konfigurace spinů, metoda momentů. Metody vysokého rozlišení v pevných látkách.

6. Magnetická interakce jader a elektronů
Metoda spinového hamiltoniánu. Hyperjemná interakce. Diamagnetické a paramagnetické stínění - chemický posuv, nepřímá spin-spinová interakce, projevy ve spektrech pevných látek a kapalin.

7. Spektra NMR vysokého rozlišení v kapalinách
Analýza spekter. Aproximace ekvivalentních jader, spektra typu AkXl. Dekapling, transfer polarizace, nukleární Overhauserův jev. Studium dynamických procesů. Vliv paramagnetických atomů.

8. 2D NMR spektroskopie
Základní koncepce. Rozlišená a korelovaná spektra.

9. Kvadrupólová interakce
Projevy kvadrupólové interakce ve spektrech NMR ve spektrech pevných látek a kapalin.

10. Elektronová paramagnetická (spinová) rezonance (EPR, ESR)
Spektra EPR (ESR). Spinový hamiltonián. Hyperjemná struktura spekter. Spektra volných radikálů v roztoku.