NQR spectroscopy - design of measurement methods

Nukleární kvadrupólová spektroskopie je moderní analytická metoda, která využívá speciální vlastnost atomových jader některých izotopů, jejich kvadrupólový moment. Metoda nukleární kvadrupólové rezonance (NQR) je v principu velmi podobná dnes již poměrně rozšířené nukleární magnetické rezonanci (NMR), proto jsou základní principy objasňovány na NMR. Práce se zabývá principem samotné NQR, nastíněny jsou způsoby výpočtu rezonančních kmitočtů NQR aktivních látek. Teoretická část popisuje využití této metody pro detekci některých látek, např. výbušnin, drog, a jiných chemikálií, ale i potenciální využití v řadě dalších oborů. Další část práce se zabývá obvodovým řešením NQR detektoru, metodami zajištění dostatečné citlivosti příjmu, obvodovým oddělením, přizpůsobením, apod. Praktická část obsahuje návrh, realizaci a proměření několika pí-článků a impedančních transformátorů, výpočet a zhotovení experimentální sondy, navinutí a proměření měřicí cívky. V další části práce bylo sestaveno pracoviště NQR detektoru, na kterém byly detekovány předložené chemické látky KClO3, NaClO3 a NaNO2 a určeno minimální detekovatelné množství chlorečnanu draselného, jakožto zástupce nejsilnějšího ze signálů.Nuclear quadropole spectroscopy is a modern analytical method for detecting specific solid state materials, e.g. explosives, drugs etc. It uses phenomenon of atomic nucleus called nuclear quadrupole moment. NQR method is very similar to common nuclear magnetic resonance (NMR) that is why major principles are explained using NMR. The thesis deals with basic principle of NQR, its usage for explosives detection and also detection of other chemical compounds and many other useful applications. The thesis deals with specific circuit design, techniques for sufficient sensitivity, impedance matching and circuit isolation. Practical part consists of simulations as well as designs of a few impedance transformers, pi-networks, and coils. Also experimental probe was created. In the last part, NQR workplace was assembled and a few chemical compounds were detected. These were KClO3, NaClO3 and NaNO2 . Finally minimum detectable amount of potassium chlorate as the strongest signal of these was determined.

Exploitng sparse signal representations in capturing and recovery of nuclear magnetic resonance data

Tato práce se věnuje problematice nukleární magnetické rezonance, zejména spektroskopii a spektroskopickému zobrazování, řídké reprezentaci signálů a aproximaci s nízkou hodností. Využití spektroskopických zobrazovacích metod v klinické praxi se stává čím dál populárnější, jeho rozšíření však stále brání zejména dlouhé časy měření a nízké rozlišení. Práce se zabývá využitím řídké reprezentace signálů a reprezentace s nízkou hodností pro vylepšení stávajících zobrazovacích metod. Fenomén komprimovaného snímání je nejprve demonstrován na příkladu zobrazování pomocí magnetické rezonance a při hyperspektrálním zobrazování. Následně je navrženo schéma získávání spektroskopických dat založené na komprimovaném snímání. Práce se dále zabývá návrhem algoritmu MRSMP pro kvantifikaci in vivo spekter.This thesis deals with the nuclear magnetic resonance field, especially spectroscopy and spectroscopy imaging, sparse signal representation and low-rank approximation approaches. Spectroscopy imaging methods are becoming very popular in clinical praxis, however, long measurement times and low resolution prevent them from their spreading. The goal of this thesis is to improve state of the art methods by using sparse signal representation and low-rank approximation approaches. The compressed sensing technique is demonstrated on the examples of magnetic resonance imaging speedup and hyperspectral imaging data saving. Then, a new spectroscopy imaging scheme based on compressed sensing is proposed. The thesis deals also with the in vivo spectrum quantitation problem by designing the MRSMP algorithm specifically for this purpose.

Measurement of selected samples relaxations by use of NMR

Práce se zabývá nukleární magnetickou rezonancí a principy měření relaxačních a difúzních konstant. Magnetická rezonance je jev, kdy se látce v magnetickém poli o indukci B0 dodá energie v podobě RF impulzu s Larmorovou frekvencí a tím se částice vybudí do vyšších energetických hladin. Pro měření relaxačního času T2 stačí změřit FID po 90° RF impulzu a ze spektrální čáry získáme . Dále můžeme pro měření příčného relaxačního času použít metodu Spin echo, která využívá 90° RF impulz a sled 180° RF impulzů. Z naměřených hodnot získáme přímo relaxační čas T2 (nehomogenity se vyruší). Pro měření podélného relaxačního času T1 jsou v práci popsány klasické metody: Saturation recovery využívající 90° RF impulzy a Inversion recovery využívající opakovaný sled RF impulzů (180° - - 90°). Dále jsou pro měření T1 uvedeny metody využívající sledu RF impulzů s různě velkými sklápěcími úhly. Tyto metody byly původně vyvinuty pro měření relaxačních časů polarizovaných plynů.The work deals with nuclear magnetic resonance and principles of relaxation measurement and diffusion constants. Magnetic resonance is phenomenon, when energy in the form of RF pulse with Larmor frequency is added to this material in the magnetic field B0, the elements will be excited to a higher energy level. When you measure FID up to 90° RF pulse, from the absorption line, you will acquire . Further we can, for measurement of the transverse relaxation time T2, use the Spin echo method, that makes use of the 90° RF pulse and the series of 180° RF pulses. From measured values, the T2 relaxation time is directly acquired (inhomogeneity will prevent existence).

Measurement of tissue embryos by MR imaging methods

Cílem práce je zjistit objem vody v tkáňových kulturách smrku metodami MR zobrazování a změny během růstu. Byla proměřena sada vzorků, u kterých byl vyhodnocen obsah shluku v jednotlivých řezech. Je zde popsána metoda spin-echo, která byla použita při měření. V této práci je uveden popis způsobu pořízení, výpočtu, vyhodnocení a grafické znázornění naměřených hodnot.The aim of this work is to determine the volume of water in tissue cultures of spruce MR imaging methods and changes during growth. Was measured set of samples, where was found contain of cluster in each cuts. It describes spin-echo method, which was used for measurement. In this work is given a description of the acquisition, calculation, evaluation and graphical representation of measured values.

Stability of humic substances

Tato bakalářská práce je zaměřena na studium stability huminové kyseliny. Práce je rozdělena do dvou částí, první část je teoretická, kde se seznámíme se strukturou, vlastnostmi a významem huminových kyselin a druhá část je praktická, kde se zabýváme stabilitou huminové kyseliny. Náplní práce bylo prozkoumání vlivu extrakčních činidel na stabilitu huminové látky. Jako extrakční činidla byla použita 1M HCl, 1M MgCl2 a MiliQ voda. Ke studiu termooxidační stability byly použity metody termické analýzy, jako je termogravimetrická analýza (TGA) a diferenční kompenzační kalorimetrie (DSC). Změny huminové kyseliny, které nastaly v důsledku její extrakce, byly sledovány pomocí FT-IR spektrometrie a elementární analýzy. Výsledky všech měření extrahované huminové kyseliny byly srovnány s původní huminovou kyselinou.This bachelor´s thesis is focused on the study of stability of humic acid. Thesis is divided in two parts, the first part is theoretical. In the theoretical part is dealing with the structure, property and point of humic acid and in the experimental part is dealing with stability of humic acid. The objective of this thesis was to investigate the effect of the extraction agents on stability of humic acid. 1M HCl, 1M MgCl2 and MiliQ water was used like extraction agents. Thermo-oxidative stability was tested trough thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). Changes of humic acid that occured after extraction were investigated by FT-IR spektrometry and elementary analysis. The results of the measuring were compared with original humic acid.

Processing of images of early spruce needles scanned by MR technology

Semestrální projekt se zabývá filtrací obrazů snímaných při nukleární magnetické rezonanci (NMR) a její uplatnění v praxi. Práce obsahuje popis principu nukleární magnetické rezonance, číslicových filtrů, základní struktury bank číslicových filtrů, teorii Vlnkové transformace a popis výpočtu poměru signál/šum v obraze. Základy filtrace MR signálu jsou srhnuty v teoretické části práce. V experimentální části práce jsou popsány vytvořené filtrační metody navržené pro odstranění šumu, vytvořené v programovém prostředí Matlab. Metody jsou založeny na Vlnkové transformaci, bankách filtrů s vhodně zvolenými prahovacími technikami. Účinnost navržených metod byla ověřena na 2D obrazech sejmutých na MR tomografu Ústavu přístrojové techniky Akademie věd v Brně.This semester project deals with filtering of the images detected by use of NMR obtained by NMR application measurement of nuclear magnetic resonance (NMR). This thesis includes the theory of nuclear magnetic resonance, digital filters, basic digital filter banks structures, theory of Wavelet transformation and description of Signal to Noise Ratio calculation. Basic procedure of the MR signal denoising is summarized in the theoretical part of the thesis. The denoising of the images detected by nuclear magnetic resonance is described. In experimental part filtering methods for images denoising are described, which are implemented in program Matlab. These methods are based on Wavelet transformation, digital filter banks with proper thresholding. Effectiveness of filtering methods designed was verified on 2D NMR images. All of these 2D images were measure on MR tomography in the Institute of Scientific Instruments Academy of Science of the Czech Republic in Brno.

Propoasl of a laboratory workplace for verifying the NMR principle

Bakalářská práce se zabývá návrhem laboratorní úlohy, která má ověřit základní principy nukleární magnetické rezonance. V teoretické části projektu jsou shrnuty základní poznatky o nukleární magnetické rezonanci (NMR) a popsán postup, jímž se vyhodnocují výsledky získané z NMR signálu. Návrhová část je zaměřena na sestavení blokového schématu NMR spektrometru, návrh rezonančního obvodu a NMR sond. V praktické části je specifikován technologický postup výroby NMR sond a jejich následné nastavení. V experimentální části jsou vyhodnoceny výsledky srovnání navrhovaných sond.This project deals with the design of a laboratory workplace for verifying the basic principles of nuclear magnetic resonance. In the theoretical part of the project a basic knowledge of nuclear magnetic resonance are summarized, and the process of evaluation the results obtained from NMR signal is described. The proposed part of work is aimed at a design of a NMR spectrometer block diagram and a proposal of a resonant circuit and NMR probes. In the practical part the technologic process of the probes production and their settings are specified. The results of the designed probes comparison are in the last, measuring, part.

Study of substances transport in plants stalks

Práce popisuje princip nukleární magnetické rezonance a dále tři ze základních měřicích technik NMR. Magnetická rezonance využívá toho, že každý proton i neutron má svůj určitý moment hybnosti. Je založena na sledování odezvy jader umístěných do magnetického pole B0 a na interakci s vysokofrekvenčním elektromagnetickým vlněním. Měření odezvy signálu se liší v přivádění RF impulzu. Metoda spinového echa (SE) je založena na dvou po sobě jdoucích impulzech 90° a 180° na rozdíl od metody Inverse Recovery (IR), kdy se přivádí jako první 180° impulz následovaný 90°. U metody Hahn echo (měření efektivního relaxačního času T2*) je přiveden 90° impulz. Pro všechny metody je výsledný signál po skončení děje zachycen v příjmací cívce.This thesis deals procedure nuclear magnetic resonance and next three of basic measuring technics NMR. Magnetic resonance exploit, that anyone proton and neutron have dynamics moment. Is based on monitoring response coring situated to magnetic field B0 and on interaction with HF electromagnetical wave. Measuring of response signal differ in feed RF pulse. Method spin echo (SE) is based on two pulses 90° and 180° in contrast by Inverse recovery (IR), where is it conversely.By method Hahn echo (measuring efficient relaxation time T2*) is brought 90° pulse. For all methods is final signal over stopping process captured in receiving inductor.

Design and synthesis of selective manganese(II) chelators

Název: Design a syntéza selektivních chelatantů dvojmocného manganu Řešitel: Luděk Míka Ústav: Katedra anorganické chemie, Přírodovědecká fakulta Školitel: doc. RNDr. Jan Kotek, Ph.D. E-mail školitele: [email protected] Abstrakt:Abstrakt:Abstrakt:Abstrakt: Cílem této bakalářské práce byla příprava nových makrobicyklických ligandů odvozených od ethylenem přemostěného cyklamu, potenciálně vhodných pro komplexaci Mn2+ . U těchto komplexů se předpokládá jejich použití jako kontrastní látky v tomografii magnetickou rezonancí. Bylo nasyntetizovány celkem 3 ligandy. U syntetizovaných ligandů byla studována jejich schopnost komplexovat manganatý ion ve vodném a nevodném prostředí pomocí hmotnostní spektrometrie. Dále byly pomocí cyklické voltametrie studovány elektrochemické vlastnosti komplexů Mn2+ s běžnými chelatujícími ligandy a jedním nasyntetizovaným ligandem. Klíčová slova:Klíčová slova:Klíčová slova:Klíčová slova: cross-bridged cyklam, fosfonát, fosfinát, pendantní skupina, manganTitle: Design and synthesis of selective manganese(II) chelators Autor: Luděk Míka Department: Department of Inorganic Chemistry, Faculty of Science Supervisor: doc. RNDr. Jan Kotek, Ph.D. Supervisor's e-mail address: [email protected] Abstract:Abstract:Abstract:Abstract: The aim of this project is to synthetize new kind of macrobicyclic ligands derived from cross-bridged cyclam for complexation of Mn2+ ions. These complexes may be potentially used as contrast agents in magnetic resonance imaging. Three macrobicyclic ligand with various pendant arms were synthesized. The ability to complex manganese(II) ions were studied by Mass Spectroscopy. Electrochemical properties of manganese(II) complexes with general chelating agents and one synthesized ligand were studied using cyclic voltammetry. Keywords:Keywords:Keywords:Keywords: cross-bridged cyclam, phosphonate, phosphinate, pendant arms, manganeseKatedra anorganické chemieDepartment of Inorganic ChemistryPřírodovědecká fakultaFaculty of Scienc

pH-probes for Magnetic Resonance Imaging

Makrocyklické ligandy jsou známy pro svou schopnost vázat paramagnetické ionty kovů lanthanoidů za vzniku kineticky inertních a termodynamicky stabilních komplexů, které lze využít jako kontrastní látky pro MRI. Tato práce se zabývá studiem nových ligandů odvozených od známého ligandu H8DOTP - 1,4,7,10-tetraazacyklododekanu se čtyřmi pendantními methylenfosfonátovýmu skupinami. Připravené nové deriváty obsahují dvě různé dvojice pendantních skupin, vždy vzájemně v protějších polohách makrocyklu. Jednou z dvojic jsou skupiny methylenfosfonátové, druhou dvojicí jsou skupiny methylenfosfinátové s různými substituenty na atomu fosforu. Konkrétně se jedná o látku s P-H fosfinátovou skupinou (H6DO2P2PH ), fenylovou skupinou (H6DO2P2PPh ) a trifluorethylovou skupinou (H6DO2P2Ptfe ). V práci je popsána syntéza cílových látek, příprava jejich komplexů s paramagnetickými ionty Eu3+ a Yb3+ a jejich další studium pomocí NMR spektroskopie (pH NMR titrace a relaxometrická NMR měření). Klíčová slova: H4DOTA, H8DOTP, MRI, kontrastní látka, lanthanoidy, makrocyklické ligandy, paramagnetické komplexyMacrocyclic ligands are known for their ability to bind paramagnetic lanthanide metal ions to form kinetically inert and thermodynamically stable complexes that can be used as contrast agents for MRI. This thesis deals with the study of new ligands derived from the known parent ligand H8DOTP - 1,4,7,10-tetraazacyclododecane with four pendant methylenephosphonate groups. The prepared new derivatives contain two different pairs of pendant groups, always in opposite positions of the macrocycle. One of the pairs are methylenephosphonate groups, the other pair are methylenephosphinate groups with different substituents on the phosphorus atom. Specifically, it is a compound with a P-H phosphinate group (H6DO2P2PH ), a phenyl group (H6DO2P2PPh ) and a trifluoroethyl group (H6DO2P2Ptfe ). The thesis describes the synthesis of the target ligands, the preparation of their complexes with paramagnetic ions Eu3+ and Yb3+ and their further study using NMR spectroscopy (pH NMR titration and relaxometric NMR measurements). Keywords: H4DOTA, H8DOTP, MRI, contrast agent, lanthanides, macrocyclic ligands, paramagnetic complexesKatedra anorganické chemieDepartment of Inorganic ChemistryPřírodovědecká fakultaFaculty of Scienc