Sanayi ve güvenlik uygulamaları için zaman boyutlu nmr cihazının geliştirilmesi
Development of time-domain nmr device for industrial and security applications
Yazar: AYŞE MARAŞLI
Danışman: DOÇ. DR. GEORGY MOZZHUKHIN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Endüstriyel uygulamalar = Industrial applications ; Gevşeme zamanı = Relaxation time ; Manyetik alanlar = Magnetic fields ; Manyetik rezonans spektroskopi = Magnetic resonance spectroscopy

Özet:
Zaman Boyutlu Nükleer Manyetik Rezonans (TD-NMR) cihazı sabit mıknatıs teknolojisine dayandığı için son derece düşük maliyetli, kullanımı kolay bir yöntem olarak hem sanayi hem de güvenlik uygulamalarında etkin bir şekilde kullanılabilmektedir. TD-NMR yöntemi malzemenin kimyasal yapısına, bağ uzunluklarına, yoğunluk ve viskozite gibi özelliklerine bağlı olarak değişen T1 (spin-örgü veya boyuna) ve T2 (spin-spin veya enine) durulma zamanlarının ölçülmesine dayalıdır. TD-NMR'da T1, T2 parametrelerinin belirlenmesi tehlikeli ve tehlikesiz sıvı grupları arasında ayrım yapılmasını, gıda ve ilaç sanayinde kalite kontrol yapılmasını mümkün kılmaktadır. Hem tehlikeli hem de farmakolojik maddelerin önemli bir kısmı içeriğinde nitrojen atomu bulundurmaktadır. Bu sebeple hem tehlikeli maddelerin tespitinde hem de içeriğinde nitrojen atomu ihtiva eden diğer sanayi alanlarında malzeme analizi için 1H TD-NMR ile 1H TD-NMR'da yapmak ölçümlerin daha doğru alınmasına ve sonuçların daha iyi değerlendirilmesine imkân tanımaktadır. Geleneksel TD-NMR cihazların aksine, numune bir tüp aracılığıyla radyo frekans (RF) prob içerisinde solenoid şeklindeki bobine yerleştirilmek yerine malzeme kendi kabından çıkarılmadan analizinin yapılabilmesi için düzlemsel RF prob yanına konularak NMR analizi yapılmaktadır. NMR'da sinyal gürültü oranı (SNR)'ı etkileyen önemli faktörlerden biri manyetik alan homojenliğidir. Sabit mıknatıs teknolojisine dayanan NMR sistemlerindeki en büyük problem homojen manyetik alan oluşturmanın zor olmasıdır. C-şekilli ya da O-şekilli manyetik sistemlerde kullanılan (polecap) olarak adlandırılan manyetik kutup başlıkları yani mıknatıs kutupları üzerine yerleştirilen yumuşak demir diskler sayesinde görece daha iyi manyetik alan elde edilmektedir. Fakat mıknatıs kutbuna silindirik disk başlık yerine farklı parabolik veya diğer polinomial geometrilerde başlık kullanmak manyetik alan homojenliğini önemli ölçüde arttırmaktadır. Bu çalışmada kullanılacak teknik hem sanayi hem de güvenlik uygulamalarında non-invaziv bir yöntem olarak kullanılabilecek sabit mıknatıs ve algılama probundan oluşan kompakt TD-NMR cihazı geliştirilmiştir.

Abstract:
Since the Time Domain Nuclear Magnetic Resonance (TD-NMR) device is based on permanent magnet technology, it can be used effectively in both industrial and security applications as an extremely low cost, easy to use method. The TD-NMR method is based on the measurement of T1 (spin-latice, or longitudinal) and T2 (spin-spin, or transverse) relaxation times, which vary depending on the chemical structure of the material, bond lengths, density and viscosity. Determination of T1, T2 parameters in TD-NMR makes it possible to distinguish between hazardous and non-hazardous liquid groups, and to perform quality control in the food and pharmaceutical industry. An important part of both dangerous and pharmacological substances contains nitrogen atoms. For this reason, making 14N TD-NMR together with 1H TD-NMR for material analysis both in the detection of dangerous substances and in other industrial areas containing nitrogen atoms allows more accurate measurements and better evaluation of the results. Unlike traditional TD-NMR devices, instead of placing the solenoid-shaped coil in the RF probe through a tube, the sample is placed next to the planar RF probe so that the material can be analysed without removing it from its own container, and NMR analysis is performed. One of the important factors affecting the signal to noise ratio (SNR) in NMR is magnetic field homogeneity. The biggest problem in NMR systems based on permanent magnet technology is that it is difficult to create a homogeneous magnetic field. Thanks to the pole caps (soft iron discs placed on the magnet poles) used in C-shape or O-shape magnetic systems, a relatively better magnetic field is obtained. However, using pole caps made in the form of parabolic or other polynomial geometries instead of pole caps in the form of cylindrical discs significantly increases magnetic field homogeneity. The technique developed in this study is a compact TD-NMR device consisting of permanent magnet and detection probe, which can be used as a non-invasive method in both industry and security applications.