Повышение чувствительности ядер за счет передачи поляризации ( INEPT ) - это метод повышения разрешения сигнала, используемый в ЯМР-спектроскопии . Он включает в себя передачу поляризации ядерных спинов от спинов с большой разностью населённостей Больцмана к интересующим спинам ядер с низкими различиями населенностей Больцмана. [1] INEPT использует J-связь для передачи поляризации в отличие от ядерного эффекта Оверхаузера (NOE), который возникает в результате диполярной кросс- релаксации . Этот метод усиления сигнала был введен Рэем Фриманом в 1979 году. Из-за его полезности для улучшения сигнала,импульсные последовательности, используемые в экспериментах с гетероядерным ЯМР, часто содержат блоки INEPT или INEPT-подобных последовательностей.
Фон [ править ]
Чувствительность обнаружения сигнала ЯМР зависит от гиромагнитного отношения (γ) ядра. В общем, интенсивность сигнала, создаваемого ядром с гиромагнитным отношением γ, пропорциональна γ 3, потому что магнитный момент , больцмановские населенности и ядерная прецессия увеличиваются пропорционально гиромагнитному отношению γ. Например, гиромагнитное отношение 13 C в 4 раза ниже, чем у протона, поэтому интенсивность сигнала, который он производит, будет в 64 раза ниже, чем у протона. Однако шум также увеличивается как квадратный корень из частоты, поэтому чувствительность становится примерно пропорциональной γ 5/2 . [2] АЯдро 13 C было бы в 32 раза менее чувствительным, чем протон, а ядро 15 N примерно в 300 раз менее чувствительным. Поэтому при регистрации сигнала ЯМР от нечувствительного ядра желательны методы повышения чувствительности.
Чувствительность можно повысить искусственно за счет увеличения факторов Больцмана. Один метод может быть через NOE, например, для сигнала 13 C отношение сигнал / шум может быть улучшено в три раза, когда присоединенные протоны являются насыщенными. Однако для NOE отрицательное значение K , отношения гиромагнитных отношений ядер, может привести к снижению интенсивности сигнала. Для 15 N (ЯМР-спектроскопия азота-15), который имеет отрицательное гиромагнитное отношение, если диполярная релаксация должна конкурировать с другими механизмами, наблюдаемый сигнал 15 N может быть близок к нулю. [2]Следовательно, для ядер с отрицательным гиромагнитным отношением необходимы альтернативные методы, и один из таких методов с использованием импульсной последовательности INEPT был предложен Рэем Фриманом в 1979 году [1], и этот метод получил широкое распространение.
Улучшение сигнала с помощью техники INEPT [ править ]
У усиления сигнала INEPT есть два источника:
- Эффект заселенности спинов увеличивает сигнал в K = отношение гиромагнитных отношений ядер γ I / γ S , где γ I и γ S - гиромагнитное отношение протона (спинов I) и ядер с низкой чувствительностью. (S вращается) соответственно.
- Ядра с более высоким магнитогирическим коэффициентом обычно быстрее расслабляются. Поскольку скорость, с которой передача INEPT, которая может повторяться, ограничена релаксацией этих спинов (а не спинами с низкой чувствительностью), то эксперимент можно повторять чаще, увеличивая отношение сигнал / шум.
В результате INEPT может усилить сигнал ЯМР в раз больше, чем K , в то время как максимальное усиление через NOE составляет 1+ K / 2 раз. [1] В отличие от NOE, отрицательное гиромагнитное отношение в INEPT не накладывает никаких штрафов, поэтому это полезный метод для усиления сигнала от ядер с отрицательным гиромагнитным отношением, таким как 15 Н или 29 Si. Сигнал 15 N может быть усилен в 10 раз с помощью INEPT. [2]
Последовательность импульсов [ править ]
Последовательность импульсов INEPT, представленная на схеме, может быть прочитана как комбинация спинового эха и селективной инверсии населенности (SPI). Спиновое эхо - это 90-градусный импульс, за которым следует 180-градусный импульс, разделенный периодом времени τ, и он применяется к протону, чувствительному ядру (обозначенному, возможно, нелогично, как спин I , а у нечувствительного ядра спин S. что в исходной статье ИНЕПТ использовались противоположные обозначения). [1]
- Спин-эхо
- 90 ° I ( X ) - τ - 180 ° I ( X )
Первый импульс 90 ° переворачивает намагниченность на ось + y, и из-за неоднородности поля изохроматы разлетаются веером с несколько другой скоростью. По прошествии некоторого времени импульс 180 ° подается вдоль оси x, вращая изохроматы на оси - y . Поскольку отдельные изохроматы все еще обрабатываются с той же скоростью, что и раньше, все изохроматы будут сходиться и перефокусироваться, тем самым регенерируя сигнал, то есть эхо. Химические сдвиги также перефокусируются одновременно с неоднородностью, и это свойство позволяет управлять намагниченностью независимо от химических сдвигов. Перефокусировка позволяет всем протонным химическим сдвигам претерпевать инверсию населенностей на этапе SPI без нежелательной селективности.
- Селективная инверсия населения
- 180 ° ю.ш. - τ - 90 ° I ( Y ), 90 ° ю.ш. - захват
Как показано на диаграмме, 180-градусный импульс прикладывается к нечувствительному ядру одновременно с 180-градусным импульсом на протоне. Это часть схемы с инверсией населенностей, где еще один импульс под углом 90 ° по прошествии определенного периода времени как на чувствительных, так и на нечувствительных ядрах поворачивает намагниченность по оси z . Это приводит к противофазному выравниванию намагниченности по оси z , важному этапу, во время которого поляризация передается от чувствительного ядра к нечувствительному. [2]
Варианты [ править ]
Существует ряд вариаций экспериментов, например, может быть добавлен шаг перефокусировки или дополнительный импульс 90 ° 1H, а также есть обратные последовательности импульсов INEPT. [4]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d Гарет А. Моррис, Рэй Фриман (1979). «Усиление сигналов ядерного магнитного резонанса за счет передачи поляризации». Журнал Американского химического общества . 101 (3): 760–762. DOI : 10.1021 / ja00497a058 .
- ^ а б в г Рэй Фриман (1987). Справочник по ядерному магнитному резонансу (2-е изд.). Лонгман . п. 178. ISBN 0-582-25184-2.
- ^ MH Левитт (2008). Спиновая динамика . ISBN компании John Wiley & Sons Ltd. 0470511176.
- ^ «Идентификационные эксперименты: INEPT» .
