Informacje - szczegóły

«  Dodaj Informację

Antropologia (15) | Archeologia (492) | Astronomia (518) | Biologia (166) | Biotechnologia (38) | Chemia (82) | Ciekawostki (1728) | Ekologia (466) | Ekonomia i Biznes (319) | Etnologia (20) | Filozofia (28) | Fizyka (93) | Fundusze, granty, stypendia (137) | Genetyka (127) | Geografia (46) | Geologia (53) | Gimnazjum (22) | Historia (709) | Historia sztuki (103) | Imprezy kulturalne (353) | Informatyka (311) | Inne (495) | Językoznawstwo i filologie (79) | Konferencje i imprezy naukowe (484) | Konkursy (359) | Kształcenie zintegrowane (9) | Liceum / Technikum (113) | Literatura (75) | Ludzie nauki (249) | Matematyka (37) | Medycyna (1393) | Miasta i regiony (32) | Muzyka (35) | News bulletin - English (627) | Paleontologia (44) | Prawo (112) | Przyroda (402) | Psychologia (229) | Religie (72) | Rozrywka (56) | Socjologia (321) | Sport (55) | Studia wyższe (185) | Szkoła podstawowa IV-VI (15) | Sztuka (12) | Świat (1177) | Targi (52) | Technika i technologie (489) | Turystyka (15) | Uczelnie wyższe (512) | Unia Europejska (79) | Współpraca naukowa (32) | Wszystkie etapy szkolne (152) | Wychowanie przedszkolne (18) | Z życia szkoły (36) | Żywienie (131)

Jak dźwięczą atomy?
2008-02-26 10:04:25

Krzysztof Kazimierczuk, doktorant na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, dzięki swoim odkryciom w znaczący sposób usprawnił działanie tzw. spektrometru jądrowego rezonansu magnetycznego - informuje Justyna Jasiewicz-Hall z Biura Prasowego uczelni. Urządzenie to stosowane w Laboratorium Badań Strukturalnych służy m.in. do określania struktury białek. Jak wyjaśnia sam Kazimierczuk, zagadnienie o którym mowa, choć skomplikowane i trudne do zrozumienia przez laika, łatwo można przełożyć na język muzyki. Niektóre jądra atomowe (np. jądro wodoru, niektóre izotopy azotu czy węgla) pod wpływem pola magnetycznego zachowują się bowiem jak małe dzwoneczki. Podobnie jak pobudzony uderzeniem dzwonek wydaje dźwięk o częstości charakterystycznej dla jego wielkości, kształtu i materiału, z którego jest zbudowany, tak jądro atomowe pobudzone promieniowaniem radiowym potrafi "dźwięczeć", wysyłając fale radiowe charakterystyczne dla siebie i swojego otoczenia chemicznego.

Uderzeń w atomowe dzwoneczki dokonuje właśnie spektrometr, który wytwarzając ogromne, stałe pole magnetyczne sprawia, że jądra atomów w badanej próbce potrafią "dzwonić". Jak tłumaczy Kazimierczuk, "dźwięczenie" to w tym przypadku nic innego, jak wysyłanie fal radiowych w odpowiedzi na wcześniejsze pobudzenie działaniem silnego promieniowania elektromagnetycznego. Sam spektrometr, oprócz pobudzania atomów, pełni jednocześnie rolę "ucha" rejestrującego dźwięk.
Doktorant podkreśla, że prowadzenie pomiarów w tym zakresie nie jest jednak łatwe. Problem stanowi nie tylko fakt, że fale wysyłane przez jądra atomowe są bardzo słabe, ale również to, że ich częstotliwości różnią się od siebie w bardzo niewielkim stopniu. W związku z tym działanie spektrometru musi być niezwykle precyzyjne. "Aby pomiary były właściwe, wytwarzane przez spektrometr pole magnetyczne musi być stabilne z dokładnością do 0,000001 proc. - tłumaczy Kazimierczuk. - Już same warunki tego rodzaju są bardzo trudne do spełnienia. Jeśli zdamy sobie sprawę z przeszkód, z jakimi naukowcy borykają się w dużym mieście, wyzwanie stanie się jeszcze większe. Otóż uzyskanie stabilnego pola magnetycznego w mieście jest niezwykle trudne, a szczególnie groźne zakłócenia niskoczęstotliwościowe pochodzą przede wszystkim od linii energetycznych zasilających tramwaje i metro".

Naukowiec wyjaśnia, że właśnie tego typu efekty są obserwowane również na spektrometrach Wydziału Chemii UW, znajdujących się w budynku przy ulicy Pasteura w Warszawie. A ich występowanie podnosi poziom szumów aż dziesięciokrotnie! "Aby zlikwidować szkodliwy wpływ wahań pola magnetycznego wywołanych zmianami wartości zasilającego prądu, skonstruowałem proste urządzenie - mówi Kazimierczuk. - Dokonuje ono pomiaru pola magnetycznego z dużą częstotliwością i precyzją (około 200 razy na sekundę), a następnie koryguje pole magnetyczne uzyskiwane w spektrometrze o wartość zaburzenia".

Mimo prostoty konstrukcji, urządzenie okazało się uniwersalne w działaniu i jest już zainstalowane w kilku laboratoriach w Europie. "Powodzenie nowego przyrządu nie może dziwić, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że jego użycie potrafi podnieść stosunek sygnału do szumu nawet 10-krotnie. To oznacza stukrotny zysk na czasie pomiaru" - opowiada doktorant. Drugie usprawnienie, które opracował Kazimierczuk, dotyczy realizacji wielowymiarowych eksperymentów jądrowego rezonansu magnetycznego. Eksperymenty te pozwalają określić bardzo złożone struktury, np. białek. "Jądra w cząsteczkach białek, pobudzane działaniem silnego pola magnetycznego, wytwarzają fale radiowe o wielu zbliżonych do siebie częstotliwościach - wyjaśnia naukowiec. - Można powiedzieć, że jądra atomowe wytwarzają całą gamę zbliżonych do siebie dźwięków, których rozróżnienie wymaga wielogodzinnego lub nawet wielodniowego wsłuchiwania się w ich koncert. Jest to spowodowane wymaganiami Transformacji Fouriera - matematycznego algorytmu analizy sygnału który sprawia, że sonda spektrometru staje się wrażliwym +uchem+".

"To proste i efektywne odkrycie - jak określa je sam autor - pozwala znacznie skrócić czas prowadzenia analizy. Pozwala też wykonywać w naszym laboratorium eksperymenty unikatowe w skali światowej. Potrafimy w dwudniowym eksperymencie uzyskać rozdzielczość, która w innych laboratoriach wymaga eksperymentu dwumiesięcznego, czyli w praktyce jest nie do uzyskania. Warto bowiem pamiętać, że dzień pracy spektrometru NMR kosztuje kilkaset złotych".

***

Krzysztof Kazimierczuk jest absolwentem Wydziału Chemii (z 2005 roku) i Wydziału Fizyki (z 2007 roku) Uniwersytetu Warszawskiego. Obecnie pracuje nad rozprawą doktorską. W swojej pracy badawczej koncentruje się przede wszystkim na opracowywaniu ogólnej metody przetwarzania danych z szybkich, wielowymiarowych eksperymentów jądrowego rezonansu magnetycznego. Pracuje też nad dalszym udoskonaleniem Transformacji Fouriera - z jednej strony rozwijając algorytm, z drugiej podając przykłady aplikacji opracowanej procedury. Jest współautorem trzech prac naukowych dotyczących tego zagadnienia.

Badania Kazimierczuka zdobyły już uznanie na całym świecie. Kilku zagranicznych naukowców pracuje nad rozwinięciem opracowanej przez niego metody.

PAP - Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz

Jeżeli nie znalazłeś tego czego szukasz skorzystaj z poniższej wyszukiwarki.

Web www.eduskrypt.pl