Нечувствительные ядра, усиленные переносом поляризации

Усиление нечувствительных ядер путем переноса поляризации ( INEPT ) — метод усиления сигнала, используемый в ЯМР-спектроскопии . Он включает в себя передачу поляризации ядерного спина от спинов с большими различиями в населенности Больцмана к интересующим ядерным спинам с меньшими различиями в населенности Больцмана. ^{[ 1 ]} INEPT использует J-связь для переноса поляризации в отличие от ядерного эффекта Оверхаузера (NOE), который возникает в результате диполярной кроссрелаксации . Этот метод усиления сигнала был представлен Рэем Фрименом в 1979 году. Из-за его полезности для усиления сигнала последовательности импульсов , используемые в экспериментах по гетероядерному ЯМР, часто содержат блоки INEPT или INEPT-подобных последовательностей.

Фон

Чувствительность регистрации сигнала ЯМР зависит от гиромагнитного отношения (γ) ядра. В общем случае интенсивность сигнала, производимого ядром с гиромагнитным отношением γ, пропорциональна γ. ³ потому что магнитный момент , больцмановские населенности и частота ядерной прецессии увеличиваются пропорционально гиромагнитному отношению γ. Например, гиромагнитное отношение ¹³С в 4 раза ниже, чем у ¹H, поэтому интенсивность сигнала, который он производит, будет в 64 раза ниже, чем у протона. Однако, поскольку шум также увеличивается пропорционально квадратному корню из частоты, чувствительность примерно пропорциональна γ. ^5/2. ^{[ 2 ]} А ¹³Ядро C было бы в 32 раза менее чувствительным, чем протон, и ¹⁵N примерно в 300 раз менее чувствителен. Поэтому методы повышения чувствительности желательны при регистрации сигнала ЯМР от нечувствительного ядра.

Чувствительность можно повысить искусственно за счет увеличения факторов Больцмана. Одним из методов может быть NOE; например, для ¹³C-сигнал, соотношение сигнал/шум может быть улучшено в три раза, когда присоединенные протоны насыщены. Однако для NOE отрицательное значение K - отношения гиромагнитных отношений ядер - может привести к уменьшению интенсивности сигнала. С ¹⁵N имеет отрицательное гиромагнитное отношение, наблюдаемое ¹⁵Сигнал N может быть близок к нулю, если диполярная релаксация должна конкурировать с другими механизмами. ^{[ 2 ]} Поэтому для ядер с отрицательным гиромагнитным отношением необходимы альтернативные методы. Один из таких методов с использованием последовательности импульсов INEPT был предложен Рэем Фрименом в 1979 году. ^{[ 1 ]} который получил широкое распространение.

Улучшение сигнала с помощью метода INEPT

Усиление сигнала INEPT имеет два источника:

Эффект спиновой заселенности увеличивает сигнал в К = отношение гиромагнитных отношений γ _I /γ _S ядер, где γ _I и γ _S — гиромагнитные отношения протона (спинов I) и малочувствительных ядер. (S-спины) соответственно.
Ядра с более высоким магнитогирическим отношением обычно релаксируют быстрее. Поскольку скорость повторения передачи INEPT ограничена релаксацией этих спинов (а не спинов с низкой чувствительностью), эксперимент INEPT можно повторять чаще, увеличивая соотношение сигнал/шум.

В результате INEPT может усилить сигнал ЯМР в раз, превышающий K , в то время как максимальное усиление с помощью NOE составляет 1+ K /2. ^{[ 1 ]} В отличие от NOE, отрицательное гиромагнитное отношение в INEPT не приводит к каким-либо штрафам. Поэтому это полезный метод усиления сигнала от ядер с отрицательным гиромагнитным отношением, таких как ¹⁵Ни ²⁹Си. ¹⁵Сигнал N может быть усилен в 10 раз с помощью INEPT. ^{[ 2 ]}

Импульсная последовательность

Последовательность импульсов INEPT, представленную на диаграмме, можно рассматривать как комбинацию спинового эха и селективной инверсии населенности (SPI). Спиновое эхо представляет собой импульс под углом 90°, за которым следует импульс под углом 180° через период времени τ, и оно воздействует на протон, чувствительное ядро (обозначенное, возможно, нелогично, как I- спин, тогда как нечувствительное ядро - это S- спин). ; однако обратите внимание, что в оригинальной статье об INEPT использовались противоположные обозначения). ^{[ 1 ]}

Спиновое эхо

90° _I ( X ) — τ — 180° _I ( X )

протонов Первый импульс на 90° переворачивает намагниченность на ось + y вращающейся рамки, и из-за неоднородности статического магнитного поля изохроматы расходятся веером на несколько разных частотах. По истечении определенного периода времени по оси x подается импульс на 180°, поворачивающий изохроматы по направлению к оси -y . Поскольку каждый отдельный изохромат по-прежнему прецессирует с той же частотой, что и раньше, все изохроматы сходятся и перефокусируются, тем самым регенерируя сигнал, то есть эхо. Химические сдвиги также перефокусируются одновременно с неоднородностью поля, и это свойство позволяет манипулировать намагниченностью независимо от химических сдвигов. Рефокусировка позволяет всем химическим сдвигам протонов подвергаться инверсии населенностей на этапе SPI без нежелательной селективности.

Выборочная инверсия населенности

180° _ю.ш. — τ — 90° _I ( Y ), 90° _ю.ш. — Сбор данных

Как показано на схеме, импульс 180° подается на нечувствительное ядро одновременно с импульсом 180° на протон. Это часть схемы с инверсией населенности, когда дополнительный импульс на 90 ° через определенный период времени как на чувствительных, так и на нечувствительных ядрах поворачивает намагниченность на ось z . Это приводит к созданию противофазного выравнивания намагниченности по оси z , что является важным шагом, во время которого поляризация передается от чувствительного ядра к нечувствительному. ^{[ 2 ]}

Вариации

Существует ряд вариаций экспериментов, например, симметричный шаг перефокусировки или дополнительные 90°. ¹Могут быть добавлены импульсы H, а также существуют обратные последовательности импульсов INEPT. ^{[ 4 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Гарет А. Моррис, Рэй Фриман (1979). «Усиление сигналов ядерного магнитного резонанса путем переноса поляризации». Журнал Американского химического общества . 101 (3): 760–762. дои : 10.1021/ja00497a058 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Рэй Фриман (1987). Справочник по ядерному магнитному резонансу (2-е изд.). Лонгман . п. 178. ИСБН 0-582-25184-2 .
^ М. Х. Левитт (2008). Спиновая динамика . John Wiley & Sons Ltd. ISBN компании 978-0470511176 .
^ «ID-эксперименты: INEPT» .

[inept-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Гарет А. Моррис, Рэй Фриман (1979). «Усиление сигналов ядерного магнитного резонанса путем переноса поляризации». Журнал Американского химического общества . 101 (3): 760–762. дои : 10.1021/ja00497a058 .

[handbook-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Рэй Фриман (1987). Справочник по ядерному магнитному резонансу (2-е изд.). Лонгман . п. 178. ИСБН 0-582-25184-2 .

[3] М. Х. Левитт (2008). Спиновая динамика . John Wiley & Sons Ltd. ISBN компании 978-0470511176 .

[4] «ID-эксперименты: INEPT» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]