Necitlivá jádra vylepšená přenosem polarizace - Insensitive nuclei enhanced by polarization transfer - Wikipedia

Necitlivé zesílení jader polarizačním přenosem (NEŠIKOVNÝ) je metoda zvýšení rozlišení signálu používaná v NMR spektroskopie. Zahrnuje přenos jaderné energie roztočit polarizace z rotací s velkým Boltzmannova populace rozdíly v zájmu zájmu o jaderné zatočení s nízkými populačními rozdíly Boltzmann.[1] INEPT používá Spojka J. pro přenos polarizace na rozdíl od Jaderný Overhauser efekt (NOE), který vzniká z dipolárníhorelaxace. Tuto metodu zesílení signálu zavedl Ray Freeman v roce 1979. Díky své užitečnosti při vylepšování signálu pulzní sekvence používané v heteronukleárních NMR experimentech často obsahují bloky INEPT nebo sekvence podobné INEPT.

Pozadí

Citlivost detekce signálu NMR závisí na gyromagnetickém poměru (γ) jádra. Obecně je intenzita signálu produkovaná z jádra s gyromagnetickým poměrem γ úměrná γ3 protože magnetický moment, Boltzmann populace a jaderné precese všechny se zvyšují úměrně k gyromagnetickému poměru γ. Například gyromagnetický poměr 13C je 4krát nižší než u protonu, takže intenzita signálu, kterou produkuje, bude 64krát nižší než u protonu. Šum se však také zvyšuje s druhou odmocninou frekvence, citlivost se proto stává zhruba úměrná γ5/2.[2] A 13C jádro by bylo 32krát méně citlivé než proton, a 15N přibližně 300krát méně citlivý. Při záznamu NMR signálu z necitlivého jádra jsou proto žádoucí techniky zvýšení citlivosti.

Citlivost lze uměle zvýšit zvýšením Boltzmannových faktorů. Jedna metoda může být prostřednictvím NOE, například pro 13Signál C, odstup signálu od šumu lze zlepšit trojnásobně, když jsou připojené protony nasyceny. Pro NOE však záporná hodnota K., poměr gyromagnetických poměrů jader, může mít za následek a snížení v intenzitě signálu. Pro 15N (NMR spektroskopie dusíku-15), která má negativní gyromagnetický poměr, pokud musí dipolární relaxace soutěžit s jinými mechanismy, pozorovaná 15N signál může být téměř nulový.[2] Pro jádra se záporným gyromagnetickým poměrem jsou proto nezbytné alternativní metody a jednu takovou metodu využívající sekvenci impulzů INEPT navrhl Ray Freeman v roce 1979,[1] metoda, která se stala široce přijímanou.

Vylepšení signálu pomocí techniky INEPT

Vylepšení signálu INEPT má dva zdroje:

  • Efekt rotace populace zvyšuje signál o faktor K. = poměr gyromagnetické poměry yJá/ γS jader, kde γJá a yS jsou gyromagnetický poměr protonu (I spiny) a nízkocitlivých jader (S spiny).
  • Jádra s vyšším magnetogyrickým poměrem se obecně uvolňují rychleji. Vzhledem k tomu, že rychlost, kterou lze opakovat přenos INEPT, je omezena uvolněním těchto otočení (spíše než otočení s nízkou citlivostí), lze experiment opakovat častěji, což zvyšuje signál-šum poměr.

Výsledkem je, že INEPT může zvýšit NMR signál o faktor větší než K., zatímco maximální vylepšení prostřednictvím NOE je faktorem 1+K./2.[1] Na rozdíl od NOE nevzniká negativní pokuta negativním gyromagnetickým poměrem v INEPT, je to tedy užitečná metoda pro zesílení signálu z jader negativním gyromagnetickým poměrem, jako je 15N nebo 29Si. The 15Signál N může být zvýšen faktorem 10 prostřednictvím INEPT.[2]

Pulzní sekvence

Grafické znázornění sekvence impulzů INEPT NMR. Tenká čára označuje pulz 90 °, zatímco tlustá čára označuje puls 180 °. INEPT se často používá ke zlepšení 15N rozlišení, protože dokáže pojmout negativní gyromagnetické poměry, zvyšuje Boltzmannovu polarizaci a snižuje T1 relaxace.[3]

Sekvence impulzů INEPT, jak je znázorněna v diagramu, lze číst jako kombinaci spin echo a selektivní populační inverze (SPI). Rotační ozvěna je 90 ° puls následovaný 180 ° odděleným časovým obdobím τ a je aplikována na proton, citlivé jádro (označeno snad proti-intuitivně jako Já točit, s necitlivým jádrem S odstřeďování, všimněte si však, že původní papír o INEPT používal opačná označení).[1]

Spin Echo
90°Já(X) - τ - 180 °Já(X)

První 90 ° puls převrátí magnetizace na +y osa a vzhledem k nehomogenitě pole se izochromaty rozdmýchávají mírně odlišnou rychlostí. Po určité době se podél osy x aplikuje 180 ° pulz, který otáčí izochromaty na -y osa. Jelikož jednotlivé izochromaty stále zpracovávají stejnou rychlostí jako dříve, všechny izochromaty by konvergovaly a znovu se zaostřily, čímž by se regeneroval signál, tj. Ozvěna. Chemické posuny jsou také přeorientovány současně s nehomogenitou a tato vlastnost umožňuje manipulaci s magnetizací nezávisle na chemických posunech. Opětovné zaostření umožňuje, aby všechny protonové chemické posuny podstoupily populační inverzi v kroku SPI bez jeho nežádoucí selektivity.

Selektivní inverze populace
180°S - τ - 90 °Já(Y), 90°S - Akvizice

Jak je znázorněno na obrázku, na necitlivé jádro je aplikován 180 ° pulz současně s 180 ° pulsem na proton. Toto je část schématu inverze populace, kde dalších 90 ° pulz po určité době na citlivých i necitlivých jádrech otočí magnetizaci na z-osa. To má za následek vytvoření antifázového vyrovnání magnetizace na z osa, důležitý krok, během kterého se polarizace přenáší z citlivého jádra do necitlivého.[2]

Variace

Existuje celá řada variací experimentů, například lze přidat krok zaostření nebo další 90 ° 1H puls a existují také reverzní sekvence impulzů INEPT.[4]

Reference

  1. ^ A b C d Gareth A. Morris, Ray Freeman (1979). "Vylepšení signálů nukleární magnetické rezonance pomocí polarizačního přenosu". Journal of the American Chemical Society. 101 (3): 760–762. doi:10.1021 / ja00497a058.
  2. ^ A b C d Ray Freeman (1987). Příručka nukleární magnetické rezonance (2. vyd.). Longman. p. 178. ISBN  0-582-25184-2.
  3. ^ M H Levitt (2008). Dynamika odstřeďování. John Wiley & Sons Ltd. ISBN  0470511176.
  4. ^ „ID Experimenty: INEPT“.