Quantenmechanische Feinstruktur und molekulare Dynamik gekoppelter Spin-1/2-Systeme in der In-vivo-NMR-Spektroskopie

In Experimenten an Modell-Lösungen und am lebenden Gewebe (in vivo) wurden die Spin-1/2-Systeme der körpereigenen Metaboliten Kreatin, Taurin, Citrat, Carnosin und Adenosin-5'-triphosphat (ATP) mit 1H-NMR-Spektroskopie bzw. 31P-NMR-Spektroskopie (für ATP) an einem konventionellen Ganzkörper-MR-Tomographen bei 1,5 T untersucht. Die Systeme weisen sowohl skalare als auch residuale dipolare Spin-Spin-Kopplungen verschiedener Stärken auf. Daraus resultieren unterschiedlich starke Drehungen der Eigenbasis eines 2-Spin-Systems, die den Spektren eine charakteristische Feinstruktur in Form veränderter Linienpositionen und -intensitäten aufprägen. Im Fall des Carnosins wurde durch Übertragung der Theorie der 1H-Hyperfeinstruktur auf das System zweier dipolar koppelnder Protonen-Spins eine verallgemeinerte Breit-Rabi-Gleichung hergeleitet, um die residuale Wechselwirkung zweier Ringprotonen des Moleküls nachzuweisen. Aus der Quantifizierung der dipolaren Kopplungsstärken konnte der Ordnungsparameter S verschiedener Molekül-Untereinheiten der Metaboliten bestimmt werden. Dadurch wurden qualitative Aussagen über die Molekulardynamik in vivo mit einer nicht-invasiven Technik möglich. Für ATP wurden aus der Feinstruktur die Clebsch-Gordan-Koeffizienten der gekoppelten Spins ermittelt, um eine Verbesserung der Quantifizierung hochaufgelöster 31P-NMR-Spektren der menschlichen Wade zu ermöglichen. Theoretische und experimentelle Betrachtungen zeigten, daß bei einer Grundfeldinduktion von 1,5 T für alle hier untersuchten Metaboliten der Übergang vom Zeeman- zum Paschen-Back-Effekt noch nicht vollständig stattgefunden hat und quantenmechanische Korrekturen - vor allem der Linienintensitäten - für hochaufgelöste Spektren nicht vernachlässigt werden können.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Heidelberg

Year

2003

Author dc:creator

• Schröder, Leif

Contributors dc:contributor

• Bachert, Peter

Repository record source_url

http://www.ub.uni-heidelberg.de/archiv/4088

OAI identifier oai:identifier

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