Spectral analysis for nuclear magnetic resonance across ultralow to high magnetic fields
Çok düşükten yüksek manyetik alanlara nükleer manyetik rezonans için spektral analiz
- Tez No: 991196
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ AYBAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, geleneksel yüksek alan (1-23 Tesla) manyetik alan şiddetlerinden yeni ortaya çıkan sıfır ve ultra düşük alan (ZULF) rejimine kadar uzanır. Yüksek alanlı NMR'da Zeeman etkileşimleri baskındır ve kimyasal kaymalar ve J-bağlanma çoklu grupları ile karakterize edilen spektrumlar üretir; endüktif algılama, alan şiddetinin karesiyle orantılı hassasiyet sağlar. ZULF NMR'de J-bağlanma etkileşimleri spin Hamiltoniyenini yönetir ve öz durumlar tekli-üçlü tabanında toplam açısal momentum kuantum sayılarıyla tanımlanır; bu da SQUID'ler, Optik Olarak Pompalanmış Manyetometreler veya Azot-Boşluk merkezleri gibi ses aralığında frekanstan bağımsız hassasiyet sağlayan endüktif olmayan manyetometreler gerektirir. Tesla manyetik alanı çevresindeki diklorometanın deneysel karakterizasyonu, üstel ve salınımlı sinyal yöntemleri dahil olmak üzere çeşitli uydurma yaklaşımlarının sistematik değerlendirmesi yoluyla teorik çerçeveyi doğrular. Her ikisi de doğrudan frekans, faz ve gevşeme parametrelerini çıkararak puls kalibrasyonunu onaylamış ve üstel bozunma varsayımlarını doğrulamıştır. Bloembergen-Purcell-Pound gevşeme teorisi, moleküler gevşeme sürelerini başarıyla öngörmüş, alan homojenliksizliği etkileri nedeniyle deneysel ölçümler önemli ölçüde daha kısa çıkmıştır. Korelasyon zamanı analizi, beş büyüklük mertebesindeki alan gücü boyunca aşırı daralma rejiminde çalışmayı onaylamış, teori ile deney arasında yakın uyum elde edilerek homojenliksizlik baskın gevşeme mekanizması doğrulanmıştır. QuTiP kullanılarak yapılan kuantum mekanik simülasyonları, deneysel serbest indüksiyon bozunması sinyallerini ve spektrumlarını yüksek doğrulukla yeniden üretir; klasik Bloch denklemi ve kuantum Lindblad ana denklemi yöntemlerinin her ikisi de deneysel çözünürlük dahilinde spektral tepe noktası uyumu sağlar. Çoklu alan spektroskopik simülasyonları, rejimler boyunca sistematik spektral evrimi ortaya koyar: sıfır ve ultra düşük alanda hetero-nükleer sistemler saf J-bağlanma Hamiltoniyenlerinden karakteristik üçlü desenler sergiler; geçiş rejimi merkez tepe bölünmesi yoluyla kuantum simetri kırılmasını gösterir; yüksek alanda Zeeman etkileşimleri hakim oldukça geleneksel ikili desenler ortaya çıkar. Mikrotesla'dan Tesla aralıklarına alan bağımlı analiz, moleküler gevşemenin aşırı daralma rejiminde sabit kalırken, etkin koherans sürelerinin artan gradyan kaynaklı faz uyumsuzluğu nedeniyle daha yüksek alanlarda azaldığını göstererek hiçbir tek alan gücünün evrensel olarak optimal olmadığını belirler.
Özet (Çeviri)
Nuclear magnetic resonance spectroscopy spans magnetic field strengths from conventional high field (1-23 Tesla) to the emerging zero to ultralow field (ZULF) regime. In high-field NMR, Zeeman interactions dominate, yielding spectra characterized by chemical shifts and J-coupling multiplets, with inductive detection providing sensitivity scaling as the square of field strength. In ZULF NMR, J-coupling interactions govern the spin Hamiltonian, with eigenstates described by total angular momentum quantum numbers in the singlet-triplet basis, requiring non-inductive magnetometers such as SQUIDs, Optically Pumped Magnetometers, or Nitrogen-Vacancy centers providing frequency-independent sensitivity in the audio range. Experimental characterization of dichloromethane around a Tesla magnetic field validates the theoretical framework through systematic evaluation of several fitting approaches, including exponential and oscillating signal methods. Both directly extracted frequency, phase, and relaxation parameters, confirming pulse calibration and validating exponential decay assumptions. Bloembergen-Purcell-Pound relaxation theory successfully predicted molecular relaxation times, with experimental measurements substantially shorter due to field inhomogeneity effects. Correlation time analysis confirmed operation in the extreme narrowing regime across five decades of field strength, achieving close agreement between theory and experiment and validating the inhomogeneity-dominated relaxation mechanism. Quantum mechanical simulations using QuTiP reproduce experimental free induction decay signals and spectra with high fidelity, with both classical Bloch equation and quantum Lindblad master equation methods achieving spectral peak agreement within experimental resolution. Multi-field spectroscopic simulations reveal systematic spectral evolution across regimes: at zero and ultralow field, heteronuclear systems exhibit characteristic triplet patterns from pure J-coupling Hamiltonians; the transition regime demonstrates quantum symmetry breaking through center peak splitting; at high field, conventional doublet patterns emerge as Zeeman interactions dominate. Field-dependent analysis across microtesla to Tesla ranges shows that while molecular relaxation remains constant in the extreme narrowing regime, effective coherence times decrease at higher fields due to increasing gradient-induced dephasing.
Benzer Tezler
- Production of high performance and innovative materials based on polybenzoxazine
Polibenzoksazin esaslı yüksek performanslı ve yenilikçi malzemelerin üretilmesi
SEVİNÇ GÜLYÜZ
- Değişken rezolüzyonlu görüntü örnekleyici
Multi resolution image sampler
RIZA CAN TARCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. M. SAİT TÜRKÖZ
- Cereibacter sphaeroides ve Cupriavidus necator'un dört farklı karbon kaynağındaki PHB üretim verimliliklerinin karşılaştırılması
Comparison of PHB production efficiencies of Cereibacter sphaeroides and Cupriavidus necator using four different carbon sources
BESNA DALMIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
BiyoteknolojiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN KARS
- Türkiye'ye özgü kestane ballarının organik kimyasal içeriğinin ve şeker şuruplarıyla yapılan tağşişlerin nmr spektroskopisi ile kemometrik analiz yöntemleri kullanılarak belirlenmesi
Determination of the organic chemical composition and adulterations made with sugar syrups of chestnut honeys specific to Turkey using nmr spectroscopy and chemometric analysis methods
SEVİL MENTEŞ
- Tiyazol-ferrosen ile modifiye edilmiş kromenilyum-siyanin tabanlı ve çok kanallı yeni bir cıva (II) sensörün geliştirilmesi
Development of a novel multi-channel mercury (II) sensor based on chromenylium-cyanine modified with thiazole-ferrocene
ELİF YILMAZ
