Radyasyon sönümleme olayının 400 MHz NMR ile H2O-D2O çözeltilerinde ölçülen inversion recovery ve spin eko eğrileri üzerinden izlenmesi
Monitoring radiation damping event by inversion recovery and spin echo curves obtained with 400 MHz NMR in H2O-D2O solutions
Yazar: AYDIN ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. ALİ YILMAZ
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Albüminler = Albumins ; Kızılötesi = Infrared ; Radyasyon = Radiation ; Spin = Spin ; Çözeltiler = Solutions ; İnversiyon = Inversion

Özet:
Günümüzde kullanılan yüksek alan NMR spektrometrelerde elde edilen şiddetli proton mıknatıslanmaları, RF bobininde zararlı indüksiyon akımları oluşturmaktadır. Bu akımlar NMR piklerinin şeklini bozmakta ve durulma zamanlarının ölçümlerini zorlaştırmaktadır. Bu etkiye radyasyon sönümleme (radyasyon damping-RD) adı verilmektedir. Radyasyon sönümlemenin etkilerini ortadan kaldırmak için pek çok yöntem geliştirilmiştir. Ancak bu yöntemler hem ek elektronik donanım hem de ek bilgisayar programı kullanımını gerektirmektedir. Bu nedenle radyasyon sönümlemeye yol açan sinyali, diğer yöntemlerle küçültmek de önemlidir.  Bu çalışmada su sinyalinin şiddetini, yüksek miktarda D2O ve az miktarda H2O kullanarak düşürmeye çalışan   araştırmalar temel alınmıştır. Artan bekleme zamanı adımları, genişleyen ölçüm aralığı, ardışık gün ölçümleri, su miktarının arttırılması ve protein ekleme gibi faktörlerin RD üzerindeki etkilerini incelemek hedeflenmiştir.  Bu gaye ile elektronik devre ve program kullanmadan, sinyal şiddetini düşürmeyi hedefleyen çalışmalara yol göstericilik de amaçlanmıştır.
Bu amaçla, 0.1 ml H2O + 0.90 ml D2O içeren örneklerin inversion recovery (IR) eğrileri; artan bekleme zamanı adımları ve artan ölçüm zamanı aralıkları kullanılarak bulundu. Aynı çözeltinin IR eğrileri yine farklı bekleme zamanı adımları ve farklı ölçüm aralığı seçilerek peş peşe gün ve haftalarda ölçüldü. Aynı çözeltiye albümin eklenerek de IR eğrileri, değişik adımlar ve değişik ölçüm aralığı için bulundu. Ayrıca D2O çözeltisindeki H2O'nun oranı arttırılarak ve de değişik bekleme zamanı ile TE admları kullanılarak farklı ölçüm aralıkları için hem IR hem de SE (spin echo) eğrileri bulundu.  
Kullanılan adımlar ve ölçüm aralığı küçük iken IR yöntemiyle peş peşe ölçülen geri kazanım mıknatıslanmalarının sayısı fazla olmaktadır.  Ancak bu durumda geri kazanılan mıknatıslanmaların şiddeti küçüktür ve zararlı indüksiyon akımının yarattığı mıknatıslanma baskındır. Bu nedenle de böyle ölçümlerde, iç içe giren pek çok IR eğrisi gözlemleniyor.  Ölçüm aralığı büyüdükçe geri kazanılan mıknatıslanmaların şiddeti artıyor ve bu artış zararlı mıknatıslanmanın etkilerini azaltıyor. Bu tür ölçümlerde de IR eğrilerinin sayısı teke doğru azalıyor ve şekilleri nispeten düzeliyor. Hazırlanan örnekler üzerinde peş peşe günlerde yapılan ölçümlerden ise, IR profilinin değişmediği yani örneğin en az 15 gün değişmeden kaldığı ortaya kondu. Örnekteki suyu arttırmanın IR profilini bozduğu da gözlemlendi. Bu beklenen durumdur. Çünkü proton mıknatıslanmasının şiddeti artmaktadır. Örneğe albümin ekleme IR sinyalini düzeltici etki yapmaktadır. Çünkü protein artışı, 1/T2 yolu ile sinyali genişletmekte ve sinyal yüksekliğini küçültmektedir. SE ölçümleri için dar bir ölçüm aralığının seçilmesi, radyasyon sönümlemenin etkilerini azaltmaktadır. Bunun nedeni de küçük ölçüm aralığında, proton mıknatıslanmaların az defaze olmaları ve proton sinyal şiddetlerinin yüksek olmasıdır. Bu şiddetteki eko mıknatıslanmaları, radyasyon sönümlemenin etkilerini azaltma rolü oynar.
Bu çalışma ile geniş ölçüm aralığı, bekleme zamanları için büyük adım, çözeltide minimum su oranı ve çözeltiye protein ekleme gibi parametrelerin radyasyon sönümleme etkilerini küçültücü rol oynadığı sonucuna varılmıştır. SE ölçümlerinde ise dar ölçüm aralığının, RD etkilerini azalttığı sonucu elde edilmiştir.

Abstract:
Novaday high proton magnetizations obtained with high field NMR spectrometers create harmful induction currents in the RF coil. These currents distort the shape of the NMR peaks and complicate the measurement of the relaxation times. This effect is called Radiation damping (RD). Many methods have been developed to eliminate radiation damping effects. However, these methods require the use of both additional electronic hardware and additional computer software. Therefore, it is also important to reduce the radiation damping signal by other means. This study is based on research that tries to reduce the intensity of the water signal by using a high amount of D2O and a small amount of H2O. It was aimed to examine the effects of factors such as increased delay time steps, extended measurement range, consecutive day measurements, increasing the amount of water and adding protein to H2O +D2O solvvent. With this goal, it is also aimed to guide the studies aiming to reduce the signal intensity without using electronic circuits and programs.
For this purpose, inversion recovery (IR) curves of the samples containing 0.1 ml H2O + 0.90 ml D2O were found using increasing delay time steps and increasing measurement time intervals. The IR curves of the same solution were also measured in successive days and weeks by choosing different delay time steps and different measurement intervals. By adding albumin to the same solution, IR curves were found for different steps and different measuring ranges. In addition, by increasing the ratio of H2O in the D2O solution, both IR and SE curves were found for different measurement intervals with diferent delay time and SE steps 
While the steps used and the measuring range are small, the number of successive recovery magnetizations measured by the IR method is high. In this case, the strength of the recovered magnets is small and the magnetization created by the harmful induction current is dominant. This is why measurements like this show many interpenetrating IR curves. As the measuring range gets larger, the intensity of the recovered magnetizations increases and this increase reduces the effects of harmful magnetization. In such measurements, the number of IR curves decreases towards one and their shape becomes relatively smooth. From the measurements made on the prepared samples on consecutive days, it was revealed that the IR profile did not change, that is, the sample remained unchanged for at least 15 days. It was also observed that increasing the water in the sample deteriorated the IR profile. This is the expected situation. Because the intensity of proton magnetization increases. Adding albumin to the sample has a corrective effect on the IR signal. Because protein increase enlarges the signal via 1/T2 pathway and decreases the signal height. Choosing a narrow measuring range for SE measurements reduces the effects of RD. The reason for this is that the proton magnetizations are less uniform in the small measuring range and the proton signal intensities are high. Echo magnetizations of this intensity play a role in reducing the effects of RD.
With this study, it was concluded that parameters such as wide measurement range, large step for waiting times, minimum water ratio in the solution and adding protein to the solution play a role in reducing the effects of RD. In SE measurements, on the other hand, it was concluded that the narrow measurement range reduced the effects of RD.