автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Комплексный релаксационный контроль контрастных веществ для магнитной томографии

На правах рукописи

ГАТАУЛЛИН АЙРАТ МУХАМЕДОВИЧ

КОМПЛЕКСНЫЙ РЕЛАКСАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ КОНТРАСТНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ МАГНИТНОЙ ТОМОГРАФИИ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Казань-2004 г.

Работа выполнена на кафедре «Физика» Казанского государственного энергетического университета и в лаборатории молекулярной радиоспектроскопии Казанского физико-технического института Казанского научного центра Российской Академии Наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

Гумеров Фарвд Мазидович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Усачёв Александр Евгеньевич

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Иванова Татьяна Алексеевна

Ведущая организация:

Казанский государственный технологический университет

Защита состоится «// » ^л/т&у л*у г. в час. мин, на заседании диссертационного совета Д %12.0§2.01 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д. 51, зал заседаний Учёного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного энергетического университета

Автореферат разослан «/? » А-д,? _2004 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Володин А.Г.

-------

аоо?-*/

463&6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Контрастность ЯМР-изображения от различных объёмов образца определяется различием значений компонент намагниченности этих объёмов и обусловлена спиновой плотностью и значением времён продольной и поперечной протонной релаксации. Искусственно вводя в объект исследования вещества, влияющие на времена релаксации можно усилить контрастность ЯМР-изображения. Известно, что ион вс!3+ по сравнению с другими парамагнитными ионами наиболее эффективно сокращает времена протонной релаксации в водных растворах, то есть обладает наибольшей релаксационной эффективностью (1^). Поэтому в настоящее время ведётся интенсивный поиск новых контрастных веществ для магнитной томографии на основе комплексов иона Ос13+ [1]. При диагностировании патологических образований часто используется, например, релаксационный агент вё-БТРА [2]. Аквакомплексы вс!3+ могут использоваться также в составе тест-объектов для калибровки времён протонной релаксации и тестирования ЯМР-томографов;' в качестве парамагнитных зондов для неразрушающего контроля веществ, материалов, изделий и окружающей среды магнитными

Очевидно, что для целенаправленного поиска новых контрастных веществ на основе комплексов вс13+ представляется актуальным изучение процесса парамагнитной релаксации акваиона Ос13+. В качестве модельного раствора целесообразно использовать водный раствор Сс1(МОэ)з, ввиду его лучшей растворимости в воде по сравнению с другими солями, содержащими Ос13+. Согласно теории Соломона-Бломбергена [3] зависит от времени продольной парамагнитной релаксации (ТО. Значение Т1 в свою очередь определяется такими параметрами как время корреляции (тг), симметрия ближайшего окружения, координационное число я, значение параметра тонкой структуры спектра ЭПР (Е)), радиус аквакомплексов вё3* (г), концентрация парамагнетика (С), температура (Т). Поэтому для контроля разрешающей способности, обусловленной временем поперечной парамагнитной релаксации (Тг), чувствительности к времени Т1 (определяемой отношением приращения продольной намагниченности образца ткани к приращению ТО [4], избирательной способности (определяемой отношением Т[ к Тг) ЯМР-томографов и усиления контрастности ЯМР-изображения важно как можно более точно определять параметры Т» и Т2> и связанные с ними величины тп я, Б и г в широком диапазоне температур и концентраций.

Для применения ионов вс!3* в качестве парамагнитных зондов для контроля проницаемости биологических мембран, необходимо точно определять радиус аквакомплексов Ос13+ (г) в широком диапазоне концентраций.

методами.

РОС. к ии;онм:-и ^

Г1»Ь.1!!101ЕКЛ

Для увеличения эффективности криопротекторов (веществ, предотвращающих гибель живых клеток и тканей в процессе их замораживания, хранения и оттаивания), содержащих редкоземельные элементы [4], а также в связи с отсутствием в литературе соответствующих фазовых диаграмм, большой интерес представляет изучение структуры, фазового состояния замороженных водных и водно-глицериновых растворов <Зс13+с учётом динамики изменения параметра Т1 в зависимости от температуры.

В большинстве случаев времена электронной релаксации оценивают из ширин линий ЭПР. Однако часто проявляющееся неоднородное уширение линий ЭПР (особенно для систем с электронным спином Б>1/2) делает какие-либо количественные оценки времён релаксации только таким способом малообоснованными. Применение традиционных для определения Т| и Т2 стационарных и импульсных методов встречает определённые трудности, связанные с электропроводностью растворов и малой величиной (короче 10'8с) времён релаксации. Метод нерезонансного парамагнитного поглощения (НПП) позволяет получать прямые сведения о временах электронной релаксации короче 10'8с систем, содержащих парамагнитные ионы, концентрация которых больше 0.1 моль/литр [б, 7], поэтому представляется актуальным применение метода НПП для контроля времён электронной релаксации контрастных веществ.

Очевидно, что совместное использование взаимодополняющих методов ЭПР и НПП позволяет с высокой степенью достоверности и эффективности вести поиск новых контрастных веществ на основе комплексов СЙ3+.

Цель диссертационной работы.

Цель настоящей работы состояла в применении комплексного релаксационного метода неразрушающего контроля контрастных веществ для магнитной томографии на основе аквакомплексов Сс13+.

Для выполнения поставленной цели необходимо:

- совместно использовать методы НПП и ЭПР для изучения особенностей парамагнитной релаксации аквакомплексов Ос13+ в водных и водно-глицериновых растворах;

- корректно определять времена спин-решёточной, спин-спиновой релаксации аквакомплексов бс! для увеличения точности настройки, чувствительности и разрешающей способности метода ЯМР-томографии. Определить диапазон изменений параметров Т| и Тг в зависимости от концентрации растворённой соли;

- определить значения параметра Б аквакомплексов вс!3+ путём построения теоретических спектров ЭПР для получения наиболее полных данных о Т|$

- изучить температурные зависимости ширин линий ЭПР и получить данные о временах корреляции комплексов ионов Ос13+ в водных и микрогетерогенных системах для контроля зависимости оттг;

- изучить особенности стеклования замороженных водных растворов Эй3* и получить данные о температуре эвтектики, эвтектическом составе, параметре тонкой структуры спектра ЭПР в широком диапазоне концентраций и температур водных и водно-глицериновых растворов Сс1(ГТОз)з.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. С помощью применённого комплексного подхода НПП и ЭПР изучен механизм релаксации аквакомплексов вс!3* в водных и водно-глицериновых растворах в диапазоне концентраций парамагнитных ионов 0.1+3.6 моль/л.

2. Параметр Ть определяющий при комнатной температуре в водных растворах изменяется в пределах (3.7+2.7) 10"9с в диапазоне концентраций 0.5+3.6 моль/л. Параметр Т2 обратно пропорционален концентрации растворённой соли. Для определения Т] и Т^ аквакомплексов вс!3* применён метод НПП.

3. Параметры тонкой структуры спектра ЭПР аквакомплексов, сосуществующих в водном растворе Ос13+ и обуславливающие ^ равны: Б1=(18±0.9)мТ, Б2=(58±2.8)мТ, Б3=(124±6.2)мТ, В4=(84±4.2)мТ.

4. Изучены температурные зависимости ширин линий ЭПР, определено максимальное время корреляции вращательного движения комплексов (тг~10'11с), приводящего к модуляции анизотропных членов тонкой структуры спектра ЭПР.

5. В замороженных при 77К водно-гйицериновых (15+20)об.% растворах Ос1(МОз)з для С=(0.2+3.6) моль/л образуется стекло с равномерным распределением парамагнитных центров по объёму образца. Показано, что замороженные при 77 К чисто водные растворы Ос1(Ж)з)з при исходных концентрациях вс!3* (0.2+1.8) моль/л стеклуются в мйкрообластях постоянного состава с повышенными локальными концентрациями (СЛ(Ж=3.бмоль/л), при 01.8 моль/л водный раствор стеклуется уже по всему объёму. Температура эвтектики равна (185±5) К.

На защиту выносятся следующие научные положения

1. С цомощью использованного комплексного подхода НПП и ЭПР изучен механизм релаксации аквакомплекса вс13+ в водных и водно-глицериновых растворах в диапазоне концентраций парамагнитных ионов 0.1+3.6 моль/л. Подтверждено, что вращательное движение комплекса приводит к модуляции анизотропных членов тонкой структуры спектра ЭПР аквакомплексов вс!3*.

2. Параметр Ть определяющий К], при комнатной температуре в водных растворах изменяется в пределах (3.7+2.7) 10"9 с в диапазоне концентраций 0.5+3.6 моль/л и обусловлен внутримолекулярными механизмами релаксации. Параметр Тг, определяющий разрешающую способность ЯМР-томографов, обратно пропорционален концентрации растворённой соли.

3. Установлено, что вс!3* заметно взаимодействует со стенками капилляра, что не было характерно для ранее исследованных систем. Рассчитаны значения Б для аквакомгшексов, сосуществующих в растворе. При этом аквакомплексы с параметрами В)=(18±0.9)мТ (отнесены к 8-координированным аквакомплексам) и Р2=(58±2.8)мТ (отнесены к 9-координированным аквакомплексам) сосуществуют в объёме раствора, а аквакомплексы с параметрами П3=(124±6.2)мТ и Э4=(84±4.2)мТ -адсорбируются на поверхности измерительных капилляров. Аквакомплексы с параметрами Б3 и Б4 обуславливают уменьшение ^ при концентрациях вс13+ (0.1+0.5) моль/л.

4. Изучены температурные зависимости ширин линий ЭПР и показано, что величина ¿1 для раствора с С=0.1 моль/л, обусловленная параметром т„ равна минимуму при температуре (370±5) К.

5. Изучены особенности стеклования замороженной водных растворов в{13+ и установлено, что в замороженных при 77К водно-глицериновых (15+20)об.% растворах для 0(0.2+3.6) моль/л образуется стекло с равномерным распределением парамагнитных центров по объёму образца. Температура эвтектики равна (185±5) К. Обнаружено, что обусловленная внутрисферной релаксацией, определяется координационными числами я=8 и ц=9, причём относительное количество комплексов первого типа растёт с ростом температуры. Параметр Т| в точке фазового перехода (соответствует температуре 185±5 К) уменьшается по величине на два порядка..

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

- Комплексный релаксационный метод контроля времён электронной спин-решёточной Ть спин-спиновой Т2 релаксации, параметра тонкой структуры (Р), параметров тг и г аквакомплексов Ос13+ йолезен для подготовки тест-объектов, контроля точности настройки, избирательной способности, чувствительности метода ЯМР-томографии;

- Изучение структуры водного раствора Ос1(ЫОз)з в широком диапазоне температур в области малых концентраций позволило получить данные о параметрах тонкой структуры спектра ЭПР, которые могут оказаться полезными для ЭПР и ЯМР-диагностики состояния почв, замороженных растворов солей, замороженных пористых сред, где в качестве парамагнитных зондов могут быть использованы акваионы Ос13+, а также для целенаправленного поиска тест-объектов;

- Результаты изучения фазовых переходов в водных и водно-глицериновых растворах ионов Ш3+ могут быть применены для построения фазовых диаграмм, отсутствующих в литературе и использованы для более целенаправленного поиска, увеличения эффективности криопротекторов, содержащих редкоземельные элементы;

- Анализ температурных и концентрационных зависимостей ширин линий ЭПР водных и водно-глицериновых растворов Gd3+ позволил получить данные о радиусе аквакомплексов, которые могут быть полезными для контроля проницаемости биологических мембран;

- Комплексная методика НПП и ЭПР является уникальной и может быть полезной при поиске новых видов контрастных веществ для магнитной томографии на основе комплексов гадолиния.

Достоверность результатов работы определяется совместным использованием методов НПП и ЭПР, непротиворечивостью полученных результатов и их согласием с существующими теоретическими моделями.

Апробация работы.

Материалы исследований докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- IV научно-практической конференции молодых учёных и специалистов Республики Татарстан, Казань, 2001 г;

- XXXI Congress AMPERE, Poznan, 2002 г;

- Vin Всероссийском совещании «Высокотемпературная химия силикатов и оксидов», Санкт-Петербург, 2002 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации отражено в трёх тезисах докладов международной, республиканской и всероссийской конференций, трёх научных статьях в журналах федерального уровня, переведённых также на английский язык.

Личный вклад автора в опубликованных соавторами работах:

- приготовление водных и водно-глицериновых образцов для ЭПР измерений;

- проведение ЭПР измерений;

- обработка и интерпретация полученных экспериментальных результатов.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 96 страницах машинописного текста, содержит 18' рисунков. Список цитируемой литературы включает 90 наименование.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, цели и задачи диссертационной работы, формулируются основные результаты, изложено краткое содержание глав диссертации.

В первой главе. представляющей обзор литературы, проанализированы результаты предшествующих работ, посвящённых парамагнитной релаксации и ЭПР в жидких и замороженных растворах ионов Gd3+.

Во второй главе описаны методики экспериментов и приготовления образцов. Спектры ЭПР снимали на радиоспектрометрах JES-3BS-X и РЭ-

1308 в Х- и (2- диапазонах длин волн. Времена электронной релаксации Т] и Т2 были получены методом НПП на интегрирующем релаксометре, сконструированном в КФТИ КНЦ РАН.

Третья глава посвящена изучению процессов парамагнитной релаксации с привлечением методов НПП и ЭПР для получения наиболее точных и полных сведений о параметрах тг, я, Б, влияющих на

Согласно теории внутримолекулярной релаксации Бломбергена-Моргана в растворах для систем, обладающих начальным расщеплением в нулевом магнитном поле, средние значения скоростей релаксации для спина 8=7/2 имеют вид:

Т,/ 5 11 + шХ2 1 + 40>Я2

' (2>

Для центрального перехода (1/2 <-> -1/2) [7]:

1 , (10.5±0.5)тс (1.5±0.5)2тс

Т2 1 +(0.637 ±0.006)0)^ 1 + (9.2±3.1)ф0

Здесь Д2=(3/2В2+2Е2) - эффективный в релаксации параметр тонкой структуры; если параметр ромбичности Е=0, аксиальное искажение локальной симметрии комплекса характеризуется величиной Д = , тс -время корреляции соответствующего движения, модулирующего величину расщепления в нулевом магнитном поле, ш0 - частота Лармора.

Нами установлено, что основной вклад в релаксацию, особенно при условии СО ¿т * > 1 , даёт переход +1/2<н-1/2. Поэтому для извлечения микроскопических параметров из ширин линий ЭПР следует пользоваться формулой (3).

Методом НПП измерены времена спин-решёточной Т( и спин-спиновой Т2 релаксации ионов Ос13+. Установлено, что значения Т1 практически не зависят от концентрации 0<13+ (Т1=3.7"10"9с при С =0.5 моль/л и Т1=2.7'10"9 с при С=3,6 моль/л), т.е. определяются внутримолекулярными механизмами релаксации, тогда как величины Т2 изменяются с ростом концентрации (Т3~С"') и определяются преимущественно диполь-дипольными взаимодействиями при С>0.1 моль/л.

Проанализированы температурные зависимости ширин линий и с поправкой на диполь-дипольные взаимодействия, измеренные в Х- и (}-диапазонах длин волн для 0.1 моль/л Ос1(ЫОз)з в растворителях, содержащих 104-95% глицерина.

Несмотря на качественное согласие в температурных и вязкостных зависимостях величин Д, определенных методами НПП и ЭПР, количественно они существенно различаются. Показано, что причиной такого разногласия является неоднородное уширение линий ЭПР. Прямым

доказательством наличия такого уширения является неравенство

8Н,пр>8Нрм. Здесь 5Ни =2(—+—)/у7з, а Т1 и Т2 измерены методом НПП.

Т, Т,

Например, лри С=0.2моль/л бНЭ1ф=30мТ, 5Нр„=8.5мТ; при С=2моль/л 5НЗПр=49 мТ, 5НРел=21.5мТ. Установлено, что причиной неоднородного уширения линий ЭПР является адсорбция акваионов 0(13+ на поверхности измерительных капилляров. Взаимодействуя со стенками капилляра, аквакомплексы связываются поверхностью и по своей подвижности приближаются к молекулам твердого вещества (физическая адсорбция). В результате в разбавленных водных растворах 0с1(М03)3 наблюдается лишь частично разрешенная тонкая структура спектров ЭПР (рис. 1), которая описывается спин-гамильтонианом:

(4)

с Б«Ьу и Б»Е.

0° I 1 I | I | I 90° 1111111

1-1-- 1---1-1-1---1---1---

2000 asoo 3000 ЗвОО 4000; 4000 * Н,Гс

Рис. 1 Спектр ЭПР 0.1 моль/л водного раствора Gd(N03)3 при 298 К и рассчитанное положение линий тонкой структуры для величины D = 180 Гс

toco за» ЭССЧ КОС BOX

н.0

Рис. 2. Спектр ЭПР застеклованного при 77К 0.1 моль/л водного раствора Gd(N03)3 (с добавлением 15 об. % глицерина) в Х- диапазоне длин волн. Пики в слабых полях соответствуют величине D2 = 580 Гс.

Тонкая структура спектров ЭПР обнаружена нами в застеклованных при 77 К растворах Gd3+ с добавлением 15-7-20 об. % глицерина (рис. 2). Симуляция теоретического спектра (программа любезно предоставлена Константиновым В.Н.) даёт результаты, совпадающие с

экспериментальными данными при Б1=(18±0.9) мТ и В2=(58±2.9) мТ (1Т=104Гс).

При уменьшении концентрации раствора изменяется соотношение между числом свободных аквакомплексов в объеме раствора и числом комплексов, адсорбированных на поверхности капилляра. Поэтому сигнал от адсорбированных комплексов с понижением концентрации растворенной соли сильнее проявляется в спектрах ЭПР и становится более сложным.

Неоднородное уширение линий ЭПР в разбавленных водных растворах вс!(НОз)з объясняет наблюдаемое возрастание ширин линий при концентрациях СМ3+ С<0.1 моль/л и маскирует проявление диполь-дипольных взаимодействий вплоть до концентраций ~0.5 моль/л (рис. 3). Заметим, что при измерении времён релаксации методом НПП явление адсорбции не проявляется, так как раствор помещается в ампулы диаметром ~1 см. Величина параметра тонкой структуры Б=(18±9) мТ, определённая из положения крайних компонент спектра (рис. 2), согласуется с величиной Б, полученной из данных по Т1 в водных 0.1-г1 моль/л растворах нитрата гадолиния.

При уменьшении толщины приповерхностного слоя жидкости спектр усложняется, и наблюдаются два типа комплексов с В1=(84±4.2)мТ и Б2=(124±б.2)мТ.

еоо <f

*еоо

700 600 ЕОО 400

зоо

8Н,0

I i V

200 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.0 0.s 1.0 1.s 2.0 2.6 3.0 3.5 4.0

С [Gd(NO,)J, М

Рис. 3. Зависимость ширин линий ЭПР при 298К от концентрации Gd(N03)3 в водных растворах.

н,о

I Рис. 4. Спектры ЭПР: 0.1 моль/л водного раствора Ос1(ЫОз)з при 298К

(а) и рассчитанное положение линий тонкой структуры для величины Б1=180Гс; 0.0025 моль/л водного раствора при 100К (Ь); после удаления основного объема 0.0025 моль/л раствора из капилляра при 298К (с); симулированный спектр (с') с величинами Т>2 = 840Гс, 5Н = 250Гс и Бз =1240Гс, 8Н=550 Гс. Спектры (а), (с) записаны для образцов, помещенных в кварцевые капилляры, спектр (Ь) - в стеклянном капилляре.

Понижение симметрии комплексов может быть обусловлено взаимодействием гадолиния с атомами кислорода самого стекла (химическая адсорбция) (рис. 4). Промывание капилляра в проточной воде приводит к исчезновению обоих сигналов.

В четвёртой главе изучены процессы парамагнитной релаксации водных растворов Оё(ЫОз)з в области низких температур (температура жидкого азота) для получения наиболее полных данных о релаксационных параметрах Ос13+.

В данном разделе диссертации приведены результаты исследований методом ЭПР, с привлечением данных НПП, фазовых переходов и распределения ионов нитрата Ос!3* в замороженных водных растворах. О характере такого распределения судят по сопоставлению исходных (С) и локальных (Слок) концентраций парамагнитных ионов, причём информация о последних может быть получена по дипольному уширению линий ЭПР.

—--1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

12600 12600 13000 13200 <3400 13600

Н,0

Рис. 5. Экспериментальный спектр (а) для 0.1 моль/л Сб3+ в водно-глицериновых растворах (85% глицерина + 15% воды) при 298К в (^-диапазоне длин волн и симулированный спектр (б) с величинами Б=110 Гс и 8Н=50 Гс, соответствующими данным НПП.

гн, о

^ацыо.у.м

Рис. б. Зависимость ширин линий ЭПР от концентрации Ос13+: О-в быстрозамороженных при 77 К водных растворах; ▼ - в застеклованных водно-глицериновых растворах; сплошная линия - ширины линий ЭПР симулированных спектров с учётом диполь-дипольных взаимодействий и величины концентрационно независимой ширины спектра бНо=Ю0 Гс.

Наш интерес к исследованию процессов, происходящих при замораживании водных растворов Ос1(МОэ)э определяется, в частности, отсутствием в литературе соответствующих фазовых диаграмм (температур эвтектики, кристаллизации, эвтектического состава).

В квазизасгеклованных при 298 К растворах Ос13+ с добавлением 70+90 об.% глицерина (рис. 5) анализ спектра даёт величину В3=(11±0.55)мТ.

Мы изучили также микроструктуру замороженных водных растворов Сс1(МОз)з при различных режимах охлаждения: быстром, путём погружения в жидкий азот (~ 5 секунд), и медленном, при котором процесс охлаждения от 293 К до 100 К проходил за 8-10 часов.

На рис. б представлены ширины линий ЭПР быстро замороженных водных растворов в зависимости от концентрации в^ОзЬ Здесь же приведены экспериментальные зависимости 5Н(С) для застеклованных при 77 К водно-глицериновых растворов и ширины линий симулированных спектров с учётом диполь-дипольных взаимодействий:

m=mQ+зoAлo20g$Js(s+Yjc,

где не зависящий от концентрации вклад 5Но = 10 мТ. Наблюдаемый в области С~1.5 моль/л перегиб возникает в результате возрастающего с усилением диполь-дипольных взаимодействий перекрывания отдельных тонких компонент спектра ЭПР, характерного для малых величин параметра тонкой структуры Б.

При малых исходных концентрациях (С<0.2 моль/л) наблюдается резкий рост 8Н, зависящий от величины С. В диапазоне концентраций 0.2<С<1.5моль/л появляется платообразный участок с величиной 5Н=(11б±5)мТ. Постоянство величины 5Н(С) позволяет утверждать, что вне зависимости от исходной концентрации соли растворённое вещество в процессе кристаллизации воды вытесняется в микрообласти постоянного состава, которые содержат достаточно большое число частиц. Количество таких микрообластей по объёму раствора зависит от исходной концентрации соли. В зависимости от исходной концентрации Ос1(Ш3)з степень концентрирования растворённой соли в микрообластях Сяок/С меняется от 18 при С=0.15 моль/л до 2.4 при С=1.5моль/л.

При концентрации 0сЗ(Н03)3 С=1.8 моль/л зависимость 5Н(С) в быстро замороженных водных растворах согласуется с аналогичной зависимостью в застеклованных водно-глицериновых растворах, т.е. выше 1.8 моль/л водный раствор стеклуется по всему объёму. Определено, что ион Ос13+ в 1.8 моль/л водном растворе помимо первой гидратной оболочки образует вторую, состоящую из 8 - 9 молекул воды. Оценка из данных ЭПР радиуса комплекса даёт величины г=4.87 А для С=1.8 моль/л и г=3.87 А для С=3.6 моль/л. Последняя величина хорошо согласуется с рентгеновскими данными (г=3.81А).

В процессе медленного охлаждения водных растворов Ос1(МОз)з в области температур 270*180 К наблюдается резкое возрастание ширин линий ЭПР, которое объяснено кристаллизацией свободной воды и сегрегацией растворённого вс^Оз^ в микрообластях с повышенными локальными концентрациями (Слок > С) (рис. 7). При температуре эвтектики жидкие области с растворённым веществом затвердевают, и ширина линии ЭПР, в

соответствии с предсказаниями теории для межмолекулярных взаимодействий в твёрдом теле, перестаёт зависеть от дальнейшего понижения температуры. Измерение времён спин-решёточной релаксации подтвердило, что вплоть до Т=(185±5) К микрообласти являются жидкими (Ti=10"9 с), а ниже этой температуры микрообласти затвердевают (Ti-10'7 с).

Таким образом, температуру (185±5) К можно считать температурой эвтектики, а соответствующий ширине линии 5Н = (115 ± 5.5)мТ состав (Слок=3.б моль/л) - эвтектическим составом.

£н, g

*

00g 2,ом

1 0 i

1,2 М

»I *

о.б м

т,к

Рис. 7. Температурная зависимость ширин линий ЭПР для водных растворов Ос1(НОз)з различных концентраций в процессе их медленного охлаждения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Изучены механизмы релаксации акваиона вс13+. Определены параметры Ть Т2, Б, тс, г (от которых в свою очередь зависит релаксационная эффективность контрастных агентов в широком диапазоне концентраций и температур. Параметр Ть определяющий 1*1, обуславливается внутримолекулярными механизмами релаксации акваиона Сс13+, параметр Т2 - межмолекулярными.

2. Значения параметра Т[ аквакомплексов Сс13+ меняются в пределах (3.7+2.7) 10'9 с в диапазоне концентраций 0.5+3.6 моль/л, а значение параметра Т2, определяющее разрешающую способность ЯМР-томографов, обратно пропорционально концентрации растворённой соли (С). Величина

отнесена к более симметричным 8-координированным (я=8), а величина Б2 - к менее симметричным 9-координированным (я=9) аквакомплексам Ос13+. Комплекс с Б| более симметричен и эффективен в релаксации. Уменьшение величины Б в растворах с большим содержанием глицерина по

сравнению с D в водных растворах и, соответственно, увеличение контрастности, можно объяснить симметризацией локального окружения иона Gd3+ за счёт связывания молекул воды из внешних гидратных оболочек молекулами глицерина.

3. Построена модель механизма релаксации в диапазонах концентраций парамагнитных ионов 0.1+3.6 моль/л и подтверждено, что анизотропные члены тонкой структуры спектра ЭПР модулируются вращательным движением комплекса. Изучены температурные зависимости ширин линий ЭПР, определён температурный минимум (Т=320 К) зависимости контрастного действия парамагнитных агентов от тг, определены значения т, (-10 11 с).

4. Смоделированы теоретические спектры ЭПР разбавленных водных (С<0.2 моль/л) растворов Gd(N03)3 при комнатной температуре и определены параметры тонкой структуры спектра ЭПР аквакомплексов Gd3+, сосуществующих в растворе и обусловленных взаимодействием со стенками измерительных капилляров. Определена тонкая структура спектров ЭПР этих растворов: D,-(18±0.9)mT, D2=(58±2.8)mT, D3=(124±6.2)mT, D4=(84±4.2)mT.

5. Изучена микроструктура водных растворов Gd(N03)3 в процессе их охлаждения с различными скоростями. Определены локальные концентрации Gd3+ в микрообластях и концентрационная граница, при которой раствор стеклуется по всему объёму (С=1.8 моль/л). Установлены температура стеклования жидких микрообластей (температура эвтектики Т=185±5 К) и эвтектический состав (соответствующий С=3.6 моль/л). Параметр Ti в точке фазового перехода (соответствует температуре 185±5 К) уменьшается по величине на два порядка. Изучены температурные и концентрационные зависимости ширин линий ЭПР водных и водно-глицериновых растворов акваионов Gd3+ и определены радиусы аквакомплексов г = 3.87 Á для С = 3.6 моль/л.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Бамбер Дж., Тристам М., Лич М., Джонс К., Уэбб С., Хилл К., Бентли Р., Физика визуализации изображений в медицине: В 2-х томах. Т 2: Пер. с англ. // Под ред. Уэбба. - М.: Мир, 1991.-408 е., ил., с. 170-171.

2. Hall L.D., Hogan P.G. Paramagnetic pharmaceuticals for functinal studies Functional Studies Using MMR II ed Gready V. R., Leach M. O. and Ell P.I.. - London Springer, pp. 107, p. 27.

3. Solomon // Phys. Rev., 1955, v. 99, p. 559.

4. Андреев H.K., Хакимов A.M., Идиятуллин Дж. Ш. Импульсные последовательности для усиления Тг и T]T2- контрастов в ЯМР-интроскопии //ПТЭ.1988.№2, с. 114-119.

5. Лакин K.M., Маневич Е.М., Муляр А.Г., Миронюк Е.П., Новикова Н.В. Действие антагонистов кальция на агрегацию тромбоцитов. // Журн. Фармакология и токсикология, М., 1987, N 5, с. 78-85.

РНБ Русский фонд

2007-4 . 16826

6. Вишневская Г.П. // Сб. Радиоспектроскопия конденсированных сред. Наука, М., 1990, с 13-45.

7. Вишневская Г.П., Фролова E.H., Фахрутдинов А.Р., // Журн. физ. химии, 2002, т. 76, N 5, с 874 • 882.

8. Powell Dil., Merbach А.Е., Gonzales G. et all // Helvetica Chimica Acta, 1993, v. 76, p. 2129 - 2137.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фролова E.H., Вишневская Г.П., Гатауллин A.M. Подвижность комплексов Gd3+ в водно-глицериновых растворах по данным электронной релаксации // Тезисы докл. IV Респуб. научно-практ. конференции молодых учёных и специалистов Республики Татарстан, Казань, 2001 г., с. 31.

2. Вишневская Г.П., Фролова E.H., Гумеров Ф.М., Гатауллин А.М., Фахрутдинов А.Р. Микроструктура жидких и замороженных водных растворов высокоспиновых комплексов Gd3+ // Всерос. сборник статей «Структура и динамика молекулярных систем». М., 2002. Вып. IX, т. 1, с. 103-J09.

3. Vishnevskaya G.P., Frolova E.N., Gumerov F.M., Gataullin A.M. ESR spectra and structural shanges in aqueous solutions of Gd(NOj>3 during the freezing process И Procedings of the XXXI Congress AMPERE. Poznan. 2002. P. 120.

4. Вишневская Г.П., Фролова E.H., Гумеров Ф.М., Гатауллин А.М. Разновидности стеклообразных систем в водных растворах Gd(NÜ3)3 // Тезисы докл. VIII Всероссийского совещания «Высокотемпературная химия силикатов и оксидов».,.Санкт-Петербург. 2002 г. с. 137.

5. Вишневская Г.П., Фролова E.H., Гатауллин A.M. ЭПР аквакомплексов Gd3+ в застеклованных водных растворах и адсорбированных на поверхности капилляров // Физика тв. тела, 2003 г. т. 45, вып. 5, с. 818-822.

6. Вишневская Г.П., Фролова E.H., Гумеров Ф.М., Гатауллин A.M., Фахрутдинов А.Р. Структурные изменения и фазовые переходы водных растворах нитрата гадолиния в процессе их замораживания // Физика тв. тела, 2003 г. т. 45, вып. 7, с. 1263 - 1266.

Лиц № 00743 от 28.08.2000 г. Подписано к печати Гарнитура «Times» Физ. печ. Л. 1.1

Тираж 100 экз. _

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская 51

15.11.2004 г. Вид печати РОМ Усл. печ. л. 1.04 Заказ №

16

Формат 60 х 84/16 Бумага офсетная Уч.-изд.л. 1.1

1 э I-¡Q;M

t п I.

lü u ;

Р" ¡¿ Р

a ¡i

4? § k

V É ß

ni

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДОВ НПП И ЭПР ДЛЯ ОЦЕНКИ ВРЕМЁН ЭЛЕКТРОННОЙ РЕЛАКСАЦИИ.

§ 1.1. Методы интерпретации спектров ЭПР в растворах для ионов парамагнитных металлов со спином 8>1/2.

§ 1.2. Электронная релаксация в растворах гадолиния (III).

§ 1.3. Оценка времени поперечной парамагнитной релаксации.

§ 1.4. Влияние структуры замороженных водных растворов на спектры ЭПР и времена релаксации.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ

ОБРАЗЦОВ.

§ 2.1. Методика измерений НПП, ЭПР, вязкости растворов.

§ 2.2. Обоснование применения метода НПП для контроля времён парамагнитной релаксации.

§ 2.3. Условия приготовления образцов. Температурные режимы регистрации сигнала ЭПР.

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ПАРАМАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ И СТРУКТУРЫ

ВОДНОГО РАСТВОРА ПО ДАННЫМ ЭПР И НПП.

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ И ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ НИТРАТА ГАДОЛИНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ

ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПО ДАННЫМ ЭПР И НПП.

Актуальность проблемы.

Контрастность ЯМР-изображения от различных объёмов образца определяется различием значений компонент намагниченности этих объёмов и обусловлена спиновой плотностью и значением времён продольной и поперечной протонной релаксации. Искусственно вводя в объект исследования вещества, влияющие на времена релаксации можно усилить контрастность л I

ЯМР-изображения. Известно, что ион С<1 по сравнению с другими парамагнитными ионами наиболее эффективно сокращает времена протонной релаксации в водных растворах, то есть обладает наибольшей релаксационной эффективностью (Я;). Поэтому в настоящее время ведётся интенсивный поиск новых контрастных веществ для магнитной томографии на основе комплексов иона [83]. При диагностировании патологических образований часто используется, например, релаксационный агент Оё-БТРА [84]. Аквакомплексы Ос13+ могут использоваться также в составе тест-объектов для калибровки времён протонной релаксации и тестирования ЯМР-томографов; в качестве парамагнитных зондов для неразрушающего контроля веществ, материалов, изделий и окружающей среды магнитными методами.

Очевидно, что для целенаправленного поиска новых контрастных

5 I веществ на основе комплексов Ост представляется актуальным изучение

Л I процесса парамагнитной релаксации акваиона С<1 . В качестве модельного раствора целесообразно использовать водный раствор Ос1(МОз)з, ввиду его лучшей растворимости в воде по сравнению с другими солями, содержащими Ос13+. Согласно теории Соломона-Бломбергена [85] Я; зависит от времени продольной парамагнитной релаксации (ТО. Значение Т1 в свою очередь определяется такими параметрами как время корреляции (тг), симметрия ближайшего окружения, координационное число q, значение параметра тонкой структуры спектра ЭПР (О), радиус аквакомплексов Ос! (г), концентрация парамагнетика (С), температура (Т). Поэтому для контроля разрешающей способности, обусловленной временем поперечной парамагнитной релаксации (Т2), чувствительности к времени Т] (определяемой отношением приращения продольной намагниченности образца ткани к приращению Т]) [86], избирательной способности (определяемой отношением Т1 к Т2) ЯМР-томографов и усиления контрастности ЯМР-изображения важно как можно более точно определять параметры Т] и Т2, и связанные с ними величины тг, я, Б и г в широком диапазоне температур и концентраций. л .

Для применения ионов вс! в качестве парамагнитных зондов для контроля проницаемости биологических мембран, необходимо точно определять радиус аквакомплексов Ос13+ (г) в широком диапазоне концентраций.

Для увеличения эффективности криопротекторов (веществ, предотвращающих гибель живых клеток и тканей в процессе их замораживания, хранения и оттаивания), содержащих редкоземельные элементы [87], а также в связи с отсутствием в литературе соответствующих фазовых диаграмм, большой интерес представляет изучение структуры, фазового состояния замороженных водных и водно-глицериновых растворов Ос13+с учётом динамики изменения параметра Т] в зависимости от температуры.

В большинстве случаев времена электронной релаксации оценивают из ширин линий ЭПР. Однако часто проявляющееся неоднородное уширение линий ЭПР (особенно для систем с электронным спином 8>1/2) делает какие-либо количественные оценки времён релаксации только таким способом малообоснованными. Применение традиционных для определения Т] и Т2 стационарных и импульсных методов встречает определённые трудности, о связанные с электропроводностью растворов и малой величиной (короче 10" с) времён релаксации. Метод нерезонансного парамагнитного поглощения (НПП) позволяет получать прямые сведения о временах электронной релаксации короче 10"8с систем, содержащих парамагнитные ионы, концентрация которых больше 0.1 моль/литр [80, 88], поэтому представляется актуальным применение метода Hlili для контроля времён электронной релаксации контрастных веществ.

Очевидно, что совместное использование взаимодополняющих методов ЭПР и НПП позволяет с высокой степенью достоверности и эффективности вести поиск новых контрастных веществ на основе комплексов Gd3+.

Цель диссертационной работы.

Цель настоящей работы состояла в разработке и применении комплексного метода неразрушающего контроля контрастных веществ для магнитной томографии на основе изучения резонансных и релаксационных характеристик сигналов от парамагнитных ионов.

Для выполнения поставленной цели необходимо:

- совместно использовать методы НПП и ЭПР для изучения особенностей парамагнитной релаксации аквакомплексов Gd3+ в водных и водно-глицериновых растворах;

- корректно определять времена спин-решёточной, спин-спиновой релаксации аквакомплексов Gd3+ для увеличения точности настройки, чувствительности и разрешающей способности метода ЯМР-томографии. Определить диапазон изменений параметров Т| и Т2 в зависимости от концентрации растворённой соли;

- определить значения параметра D аквакомплексов Gd3+ путём построения теоретических спектров ЭПР для получения наиболее полных данных о Ть

- изучить температурные зависимости ширин линий ЭПР и получить

1 I данные о временах корреляции комплексов ионов Gd в водных и микрогетерогенных системах для контроля зависимости Rj от тг;

- изучить особенности стеклования замороженных водных растворов Gd3+ и получить данные о температуре эвтектики, эвтектическом составе, параметре тонкой структуры спектра ЭПР в широком диапазоне концентраций и температур водных и водно-глицериновых растворов Gd(N03)3.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. С помощью применённого комплексного подхода НПП и ЭПР изучен механизм релаксации аквакомплексов Gd3+ в водных и водно-глицериновых растворах в диапазоне концентраций парамагнитных ионов 0.1-5-3.6 моль/л.

2. Параметр Ть определяющий Rj, при комнатной температуре в водных растворах изменяется в пределах (3.7-ь2.7)-10"9с в диапазоне концентраций 0.5-f-3.6 моль/л. Параметр Т2 обратно пропорционален концентрации растворённой соли. Для определения Ti и Т2 аквакомплексов Gd3+ применён метод НПП.

3. Параметры тонкой структуры спектра ЭПР аквакомплексов, сосуществующих в водном растворе Gd и обуславливающие Rj равны: Di=(18±0.9)mT, D2=(58±2.8)mT, D3=(124±6.2)mT, D4=(84±4.2)mT.

4. Изучены температурные зависимости ширин линий ЭПР, определено максимальное время корреляции вращательного движения комплексов (тг~10*пс), приводящего к модуляции анизотропных членов тонкой структуры спектра ЭПР.

5. В замороженных при 77К водно-глицериновых (15-г20)об.% растворах Gd(N03)3 для С=(0.2-т-3.6) моль/л образуется стекло с равномерным распределением парамагнитных центров по объёму образца. Показано, что замороженные при 77 К чисто водные растворы Gd(N03)3 при исходных концентрациях Gd3+ (0.2-И.8) моль/л стеклуются в микрообластях постоянного состава с повышенными локальными концентрациями (СЛ0к=3.6моль/л), при С> 1.8 моль/л водный раствор стеклуется уже по всему объёму. Температура эвтектики равна (185±5) К.

На защиту выносятся следующие научные положения

1. С помощью использованного комплексного подхода НПП и ЭПР изучен механизм релаксации аквакомплекса Gd3+ в водных и водно-глицериновых растворах в диапазоне концентраций парамагнитных ионов

0.1 -гЗ. 6 моль/л. Подтверждено, что вращательное движение комплекса приводит к модуляции анизотропных членов тонкой структуры спектра ЭПР аквакомплексов Оё3+.

2. Параметр Ть определяющий Я;, при комнатной температуре в водных растворах изменяется в пределах (3.7+2.7)-10"9 с в диапазоне концентраций 0.5-К3.6 моль/л и обусловлен внутримолекулярными механизмами релаксации. Параметр Т2, определяющий разрешающую способность ЯМР-томографов, обратно пропорционален концентрации растворённой соли.

3. Установлено, что Ос13+ заметно взаимодействует со стенками капилляра, что не было характерно для ранее исследованных систем. Рассчитаны значения Б для аквакомплексов, сосуществующих в растворе. При этом аквакомплексы с параметрами 01=(18±0.9)мТ (отнесены к 8-координированным аквакомплексам) и 02=(58±2.8)мТ (отнесены к 9-координированным аквакомплексам) сосуществуют в объёме раствора, а аквакомплексы с параметрами Бз=(124±6.2)мТ и 04=(84±4.2)мТ адсорбируются на поверхности измерительных капилляров. Аквакомплексы с

1 I параметрами Из и 04 обуславливают уменьшение Я; при концентрациях Ос1 (0.1-5-0.5) моль/л.

4. Изучены температурные зависимости ширин линий ЭПР и показано, что величина Я; для раствора с С=0.1 моль/л, обусловленная параметром тг, равна минимуму при температуре (370±5) К.

5. Изучены особенности стеклования замороженных водных растворов вс! и установлено, что в замороженных при 77К водно-глицериновых (15+20)об.% растворах для С=(0.2+3.6) моль/л образуется стекло с равномерным распределением парамагнитных центров по объёму образца. Температура эвтектики равна (185±5) К. Обнаружено, что Яь обусловленная внутрисферной релаксацией, определяется координационными числами я=8 и q=9, причём относительное количество комплексов первого типа растёт с ростом температуры. Параметр Ti в точке фазового перехода (соответствует температуре 185±5 К) уменьшается по величине на два порядка.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

- Комплексный релаксационный метод контроля времён электронной спин-решёточной Ть спин-спиновой Т2 релаксации, параметра тонкой I структуры (D), параметров тг и г аквакомплексов Gd полезен для подготовки тест-объектов, контроля точности настройки, избирательной способности, чувствительности метода ЯМР-томографии;

- Изучение структуры водного раствора Gd(NC>3)3 в широком диапазоне температур в области малых концентраций позволило получить данные о параметрах тонкой структуры спектра ЭПР, которые могут оказаться полезными для ЭПР и ЯМР-диагностики состояния почв, замороженных растворов солей, замороженных пористых сред, где в качестве парамагнитных зондов могут быть использованы акваионы Gd , а также для целенаправленного поиска тест-объектов;

- Результаты изучения фазовых переходов в водных и водноо » глицериновых растворах ионов Gd могут быть применены для построения фазовых диаграмм, отсутствующих в литературе и использованы для более целенаправленного поиска увеличения эффективности криопротекторов, содержащих редкоземельные элементы;

- Анализ температурных и концентрационных зависимостей ширин линий

Л I

ЭПР водных и водно-глицериновых растворов Gd позволил получить данные о радиусе аквакомплексов, которые могут быть полезными для контроля проницаемости биологических мембран;

- Комплексная методика Hi 111 и ЭПР является уникальной и может быть полезной при поиске новых видов контрастных веществ для магнитной томографии на основе комплексов гадолиния.

Достоверность результатов работы определяется совместным использованием методов НПП и ЭПР, непротиворечивостью полученных результатов и их согласием с существующими теоретическими моделями.

Л)

Апробация работы.

Материалы исследований докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- IV научно-практической конференции молодых учёных и специалистов Республики Татарстан, Казань, 2001 г;

4 - XXXI Congress AMPERE, Poznan, 2002 г;

- VIII Всероссийском совещании «Высокотемпературная химия силикатов и оксидов», Санкт-Петербург, 2002 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации отражено в трёх тезисах докладов международной, республиканской и всероссийской конференций, трёх научных статьях в журналах федерального уровня, переведённых также на английский язык.

Личный вклад автора в опубликованных соавторами работах:

- приготовление водных и водно-глицериновых образцов для ЭПР измерений;

- проведение ЭПР измерений; обработка и интерпретация полученных экспериментальных результатов;

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 96 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков. Список цитируемой литературы включает 90 наименование.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан комплексный метод изучения резонансных и релаксационных характеристик сигналов от парамагнитных ионов, позволяющий оценивать тест-объекты для МРТ и ЯМР томографии.

2. Изучены механизмы релаксации акваиона Gd3+. Определены параметры Ть Т2, D, тс, г (от которых в свою очередь зависит релаксационная эффективность контрастных агентов R;) в широком диапазоне концентраций и температур. Параметр Ть определяющий Ri5 обуславливается внутримолекулярными механизмами релаксации акваиона Gd3+, параметр Т2 -межмолекулярными. л I

3. Значения параметра Tj аквакомплексов Gd меняются в пределах (3.7-Т-2.7)- 10"9 с в диапазоне концентраций 0.54-3.6 моль/л, а значение параметра Т2, определяющее разрешающую способность ЯМР-томографов, обратно пропорционально концентрации растворённой соли (С). Величина Dj отнесена к более симметричным 8-координированным (q=8), а величина D2 - к менее симметричным 9-координированным (q=9) аквакомплексам Gd3+. Комплекс с Di более симметричен и эффективен в релаксации. Уменьшение величины D в растворах с большим содержанием глицерина по сравнению с D в водных растворах и, соответственно, увеличение контрастности, можно объяснить

Д I симметризацией локального окружения иона Gd за счёт связывания молекул воды из внешних гидратных оболочек молекулами глицерина.

4. Построена модель механизма релаксации в диапазонах концентраций парамагнитных ионов O.l-f-З.б моль/л и подтверждено, что анизотропные члены тонкой структуры спектра ЭПР модулируются вращательным движением комплекса. Изучены температурные зависимости ширин линий ЭПР, определён температурный минимум (Т=320 К) зависимости контрастного действия парамагнитных агентов от тг, определены значения хт (~10-п с).

5. Смоделированы теоретические спектры ЭПР разбавленных водных (С<0.2 моль/л) растворов 0ё(М03)3 при комнатной температуре и определены параметры тонкой структуры спектра ЭПР аквакомплексов Ос13+, сосуществующих в растворе и обусловленных взаимодействием со стенками измерительных капилляров. Определена тонкая структура спектров ЭПР этих растворов: Г)1-(18±0.9)мТ, Б2=(58±2.8)мТ, 03=(124±6.2)мТ, 04=(84±4.2)мТ.

6. Изучена микроструктура водных растворов Оё(ЫОз)з в процессе их охлаждения с различными скоростями. Определены локальные концентрации 0<г в микрообластях и концентрационная граница, при которой раствор стеклуется по всему объёму (С=1.8 моль/л). Установлены температура стеклования жидких микрообластей (температура эвтектики Т=185±5 К) и эвтектический состав (соответствующий С=3.6 моль/л). Параметр Т1 в точке фазового перехода (соответствует температуре 185±5 К) уменьшается по величине на два порядка. Изучены температурные и концентрационные зависимости ширин линий ЭПР водных и водно-глицериновых растворов акваионов Ос13+ и определены радиусы аквакомплексов г = 3.87 А для С = 3.6 моль/л.

7. Анализ полученных результатов показал, что аквакомплексы Ост обладают наибольшей эффективностью в качестве контрастных веществ для ЯМР-томографии.

1. D. Kivelson. Theory of line widths in ESR spectra. J. Chem. Phys. v. 38. 1960, P. 1094-1106.

2. А. Керрингтон, Э. Мак-Лечлан. Магнитный резонанс и его применение в химии. Мир. М. 1970. 448 с.

3. В.Н. McGarvey. Line widths of the EPR of transition ions in solutions. J. Phys. Chem., v. 61,1957, p. 1232 1237.6R. Poupko, Z. Luz. Mol. Phys. V. 36, 1978, p. 733-752.

4. R. Poupko, A. Baram, Z. Luz. Mol. Phys. V. 27,1974, p. 1345-1357.

5. A.G. Redfield. The theory of relaxation processes. Adv. Magn. Res., 1965, v. 1, p. 1-86.

6. A.D. Mc. Lachlan. Proc. R. Soc. London. Ser. A. v. 280, 1964, p. 271.10N. Bloembergen, L.O. Morgan. Proton relaxation times in paramagnetic solutions. Effects of electron spin relaxation. J. Chem. Phys., v. 34,1961, p. 842 850.

7. G.H. Red, J.S. Leigh, J.E. Pearson. Electronic paramagnetic relaxation and line shapes of manganous ion complexes in aqueous solutions. Frequency and ligand dependence. J. Chem. Phys., 1971, v. 55, N 7, p. 3311 3316.

8. Корст H.H. Теория спин-решёточной релаксации в вязких средах. Автореферат диссерт. на соискание уч. ст. д. ф.-м. н. М.: АН СССР, ИХФ. 1973. с. 32.

9. С.А. Альтшулер, К.А. Валиев. К теории продольной релаксации в жидких растворах парамагнитных солей. ЖЭТФ, 1958, т. 35, N 10, с. 947 958.

10. К.А. Валиев, М.М. Зарипов. К теории спин решеточной релаксации в жидких растворах электролитов. ЖЭТФ, 1961, т. 41, N 3(9), с. 751 - 756.

11. М.М. Зарипов. О влиянии ангармоничности внутренних колебаний парамагнитных комплексов на скорость спин решеточной релаксации. Оптика и спектроскопия, 1965, т. 18, N 2, с. 245 - 250.

12. М.М. Зарипов. Теория электронной парамагнитной релаксации в жидких растворах. Теор. и эксп. Химия, 1976, т. 12, N 4, с. 501 507.

13. М.М. Зарипов. Температурная зависимость скорости электронной парамагнитной релаксации в водном растворе нитрата хрома. Теор. и эксп. Химия, 1976, т. 12, N 4, с. 508 511.

14. М.М. Зарипов. О влиянии лигандного обмена на электронную парамагнитную релаксацию в водных растворах парамагнитных солей. Теор. и эксп. Химия, 1978, т. 14, N 4, с. 546 549.

15. Я.И. Френкель. Кинетическая теория жидкости. Собрание избр. трудов, т. 3. М. Л.: изд-во АН СССР, 1959, с. 460.

16. К.И. Замараев, Ю.Н. Молин, К.М. Салихов. Спиновый обмен. Новосибирск: Наука, 1977, с. 317.

17. R. Kubo, Т. Tomita. General theory of magnetic resonance absorption. J. Phys. Soc. Japan, 1954, v. 9, p. 888 - 919.

18. P.W. Anderson, P.R. Weise. Exchange narrowing in paramagnetic resonance. -Rev. Mod. Phys., 1953, v. 25, p. 269 276.

19. Р.Х. Тимеров. Теория электронного парамагнитного резонанса в растворах. -ДАН СССР, 1962,т. 142, N 4, с. 870 873.

20. Р.Х. Тимеров. О влиянии движения и обменных взаимодействий на форму линий электронного и ядерного парамагнитного резонанса. Дис. на соискание уч. ст. канд. физ. мат. наук. Казань: КФТИ КФАН СССР, 1962, 92 с.

21. J. Reuben. Electron spin relaxation in aqueous solutions of gadolinium (III). Aqua cacodylate and borine albumin complexes. J. Phys. Chem., 1971, v. 75, n. 20, p. 3164-3165.

22. Г.П. Вишневская, Ф.М. Гумеров, А.И. Филипов. Теор. и эксперим. химия. 1981, т. 17, с. 72.

23. А.Ф. Каримова. Теор. и эксп. химия, 1981, т. 17, N 2, с. 268.

24. Г.П. Вишневская, А.Ф. Каримова, Б.М. Козырев. Электронная парамагнитная1. Л I

25. F.M. Gumerov, В.М. Kozyrev, G.P. Vishnevskaja. Electron paramagnetic resonance in aqueous solutions of manganese (II) ions. Molec. Phys., 1975,v. 29, N 3, p. 937-951.

26. Г.П. Вишневская, Ф.М. Гумеров, О.А. Нардид, В.А. Моисеев. Особенности спектров ЭПР и парамагнитная релаксация ионов Мп(И) в водно -полиэтиленгликолевых растворах. Журн. структ. химии, 1978, т. 19, N 6, с. 1020 - 1026.

27. Г.П. Вишневская, Б.М. Козырев. Парамагнитная релаксация и комплексообразование в растворах солей двухвалентного марганца. Журн. структ. химии, 1967, т. 8, N 4, с. 627 - 635.

28. Г.П. Вишневская, А.Ф. Каримова, Б.М. Козырев. Электронная парамагнитная1. Л Iрелаксация в вязких растворах Мп . Журн. структ. химии, 1971, т. 12, N 1, с. 40 - 46.

29. Г.П. Вишневская, А.Ф. Каримова, С.А. Лучкина. Радиоспектроскопические исследования водных растворов нитрата и толуоловых растворов диэтилдитиофосфата хрома(Ш). Теор. и экспер. химия, 1970, т. 6, в. 1, с. 128 -133.

30. A. Hudson, J.W. Lewis. Electron spin relaxation of 8S ions in solution. Trans. Farad. Soc., v. 66, v. 66, N 570, p. 1297 - 1301.

31. S.K. Sur, R.G. Bryant. J. Magn. Res. Ser. B111, 1996, p. 105-108.

32. Вишневская Г.П., Фролова E.H., Гумеров Ф.М., Гатауллин A.M.,

33. Фахрутдинов А.Р. Микроструктура жидких и замороженных водных растворов»высокоспиновых комплексов Gd // Всерос. сборник статей «Структура и динамика молекулярных систем». М., 2002. Вып. IX, т. 1, с. 103-109.

34. J. Reuben. Electron spin relaxation in aqueous solutions of gadolinium (III). Aqua cacodylate and borine albumin complexes. J. Phys. Chem., 1971, v. 75, n. 20, p. 3164-3165.

35. Я.С. Лебедев, C.H. Добряков. Журн. струк. химии, 1967, т. 8, с. 838-853.

36. R.V. Southwood-Jones, W.L. Earl, K.E. Newman, A.E. Merbach. J. Chem. Phys. 73, 1980, p. 5909.

37. Г.П. Вишневская, E.H. Фролова, A.P. Фахрутдинов. Журнал физ. химии, 2002, N5, т. 76.

38. А. Абрагам. Ядерный магнетизм. М.: ИЛ, 1963, 551 с.

39. О.А. Анисимов, А.Т. Никитаев и др. Теор. экспер. хим. т.7, 1971 г., с. 682.

40. Я.С. Лебедев, В.И. Муромцев. ЭПР и релаксация стабилизированных радикалов. Изд-во "Химия", М., 1972, 255 с.

41. Сергеев Г.Б., Батюк В.А. Реакции в многокомпонентных замороженных системах. Успехи химии. 1976. т. 45, № 5, с. 793 826.

42. Н.С. Пушкарь, A.M. Белоце. Введение в криобиологию. Киев: Наук. Думка, 1975.287 с.

43. A.S. Plachinda, E.F. Makarov. Chem Phys. Lett. 1974, v. 25, p. 364-368.

44. A.M. Афанасьев, В.Д. Горбаченко, И. Дези и др. ЖЭТФ, 1972, т. 62, с. 673.

45. А.С. Плачинда, Е.Ф. Макаров. Журн. неорг. хим. 1974, т. 19, с. 1308-1317. 60Н. Kanno, Y. Akama. J. Phys. Chem., 91, 1263 (1987).

46. В. Brunot, U. Hausser, W. Nenuirth. Z. Phisik., 1971, v. 249, p. 134-144.

47. R.L. Cohen, K.W. West. Chem. Phys. Lett. 1972, v. 13, p. 482-484.

48. J.A. Cameron, L. Keszthelyi, G. Nagy. J. Chem. Phys., 1973, v. 58, p. 4610-4616.

49. C.A. Angell, E.J. Sare. J. Chem. Phys., 1970, v. 52, p. 1058-1068.

50. Р.Ф. Хайрутдинов, K.H. Замараев. Изв. АН СССР, 1970, сер хим., с. 15241528.

51. Г.П. Вишневская, Ф.М. Гумеров, М.Ж. Ягфаров. Журн. физ. химии, L1I1,№ 3, 609 (1979).

52. Т. Ross. J. Chem. Phys., 42, 3919 (1965).

53. Г.П. Вишневская, Ф.М. Гумеров. Журн. физ. химии, L11/ № 8, 1884 (1978). 69Г.П. Вишневская, Ф.М. Гумеров. Журн. физ. химии, LV,№ 4, 955 (1981). 70Р.Х. Тимеров. ЖЭТФ, 1967, т. 40, с. 1101-1105.

54. Вишневская Г.П., Фролова Е.Н., Гумеров Ф.М., Гатауллин A.M., Фахрутдинов А.Р. Структурные изменения и фазовые переходы водных растворах нитрата гадолиния в процессе их замораживания // Физика тв. тела, 2003 г. т. 45, вып. 7.

55. О.Я. Гринберг, А.Т. Никитаев, К.И. Замараев, Я.С. Лебедев. Ж. струк. химии, т. 10, 1969 г., т. 10, с. 230-234.

56. К. Гортер. Парамагнитная релаксация. М.: ИЛ, 1943, с. 143.

57. К. Sandip, S.K. Sur, R.G. Bryant. // J. Magnetic Resonance. Series B, 1996, v. Ill, p. 105.

58. Фролова E.H., Вишневская Г.П., Гатауллин A.M. Подвижность комплексовл .

59. Gd в водно-глицериновых растворах по данным электронной релаксации // Тезисы докл. IV научно-практ. конференции молодых учёных и специалистов Республики Татарстан, Казань, 2001 г., с. 31.

60. К Vishnevskaya G.P., Frolova E.N., Gumerov F.M., Gataullin A.M. ESR spectra and structural shanges in aqueous solutions of Gd(NC>3)3 during the freezing process // Procedings of the XXXI Congress AMPERE. Poznan. 2002. P. 120.

61. Вишневская Г.П., Фролова Е.Н., Гатауллин A.M. ЭПР аквакомплексов Gd в застеклованных водных растворах и адсорбированных на поверхности капилляров // Физика тв. тела, 2003 г. т. 45, вып. 5 с. 817-821.

62. Т. Yamaguchi, М. Nomura, Н. Wakita, Н. Ohtaki. J. Chem. Phys. 89, 8, 5153 (1988).

63. Г.П. Вишневская E.H. Фролова, А.Р. Фахрутдинов. Журн. физ. химии, 76 (2002).

64. Р.Х. Тимеров, К.А. Валиев. ЖЭТФ, т. 41, 1962, с. 1566-1575.

65. В.И. Елфимов, В.Д. Джураев, М.Ф. Вуке. Молекулярная физика в биологии водных систем, JI. (1973), с 70.

66. Бамбер Дж., Тристам М., Лич М., Джонс К., Уэбб С., Хилл К., Бентли Р., Физика визуализации изображений в медицине: В 2-х томах. Т 2: Пер. с англ. // Под ред. Уэбба. -М.: Мир, 1991.-408 е., ил., с. 170-171.

67. Hall L.D., Hogan P.G. Paramagnetic pharmaceuticals for functinal studies Functional Studies Using MMR // ed. Gready V. R., Leach M. O. and Ell P.L. -London Springer, pp. 107, p. 27.

68. Solomon // Phys. Rev., 1955, v. 99, p. 559.

69. Андреев H.K., Хакимов A.M., Идиятуллин Дж. Ш. Импульсные последовательности для усиления Тг и TiT2- контрастов в ЯМР-интроскопии // ПТЭ.1988. №2, с. 114-119.

70. Лакин K.M., Маневич Е.М., Муляр А.Г., Миронюк Е.П., Новикова Н.В. Действие антагонистов кальция на агрегацию тромбоцитов. // Журн. Фармакология и токсикология, М., 1987, N 5, с. 78-85.

71. Вишневская Г.П. // Сб. Радиоспектроскопия конденсированных сред. Наука, М., 1990, с 13-45.

72. Г.П. Вишневская, Б.М. Козырев, А.Ф. Каримова. Электронная парамагнитная релаксация в вязких растворах Мп2+. Водно глицериновые растворы нитрата марганца. - Журн. структ. химии, 1971, т. 12, N 2, с. 231 - 236.

73. Т.С. Альтшулер, Н.С. Гарифьянов. ЭПР в некоторых комплексах гадолиния. Журн. структ. химии, 1968, т. 9, с. 972 - 976.