Nukleární magnetická rezonance
Přenos polarizace, Heteronukleární korelace
Přenos polarizace
relaxace - nekoherentní proces přenosu magnetizace - náhodné fluktuace
přenos magnetizace prostřednictvím ./-interakce - koherentní proces - všechny spiny
stejné chování ve stejný čas
podstata n-dimenzionální NMR spektroskopie v roztoku - korelace V-interagujících jader zvýšení citlivosti NMR experimentu: přenos magnetizace z jádra s větším y(např. 1H) na jádro s menším y (např. 13C) ~Yi/Ys
při vícenásobné akvizici spinu S je limitujícím faktorem relaxace jádra I (typicky rychlejší než relaxace u spinu S)
homonukleární systém:
33
G0 S/
o o /
\ I 3«
2   ^ r 3
I \      aa      / S
RF
selektivní RF pulz
1,3 2,4
Ý
1,2 3,4
33
2,4
3,4
a3 S/ OOO /
1,2
RF
I \ aa /1\ •••
\
\
\
f
/s
3a
Selektivní inverze populací
•   suma signálů je pro jedno jádro stejná před a po aplikaci RF
K k/2
Heteronukleární přenos polarizace
spinový pár 1H - 13C
změna absolutních hodnot intenzit 13C rezonancí - 2x uvážíme-li znaménka - celková magnetizace se zachovává
*-* i i
saturace jednoho z 1H přechodů
1,3 2,4
(-l) + 3
= 1
33
3
13C <
13C
3a
\ • • • • \ O O O O
Á——
aa
RF
•• ooooo / 13C
•OOOQO/
33
a3 O O O
• • •
13C<
\
\v aa • O O O
o o
3a • • • • O O O O
13c
Heteronukleární přenos polarizace
inverze jednoho z 1H přechodů
změna absolutních hodnot intenzit 13C rezonancí-4x uvážime-li znaménka -celková magnetizace se zachovává
(-3) + 5
= 1
33
a(3
O O
13C ý
3a
aa
180° RF
^\©OOO© i 'OOOQO/
1
/ 13C
1,3 2,4
13C
2,4
ooooo / ooooo/
—r~fc
1H\
180° RF
\
A
(3(3
aa
3a • • O O
/ 13C
Heteronukleární přenos polarizace
uhlíkové signály jsou kladné i záporné a jsou modulované J-kaplingem s 1H => není možné použít protonový dekapling
řešení: -/-modulace
-3
TI
1H(/)
+5
k/2
l3C (S)
T =
1/2J
dochází k refokusaci uhlíkových signálů
Přenos polarizace neselektivními pulzy
Přenos polarizace
1H.13C/15N iNEpj
Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization Transfer
90.
180,
90.
H
i-t/2—►
i-t/2—►
180
90
3C/15N
t = 1/2J
HC/N
vývoj chemického posunu 1H refokusován 180x pulzem spin-spinová interakce se vyvíjí po dobu t do antifáze 1H 13C/15N magnetizace je vytvořena dvojicí 90° pulzů
vývoj 13C/15N pod vlivem CS popř. 7-interakce je detekován během akvizice t1 NMR spektrum vykazuje navýšení intenzit díky populační inverzi podle poměru:
1
-3 5 -7     2 9 ■11    -9    15 13
+1
CH
- relativní intenzity signálů v případě INEPTu
+2 +9 CH,
- porovnání intenzit signálů při INEPTu a NOE
■11 -9
Jádro	13C	15N	31p	29Si	57Fe	103Rh
INEPT	3,98	9,87	2,47	5,03	30,95	31,78
NOE	2,99	-3,94	2,24	-1,52	16,48	-14,98
+15 +13
CH:
bez refokusace před dekaplingem
refokusováno před dekaplingem
^-^N INEPT s refokusací
90
180
90
180.
1H
		«-*/2-»							Decoupling
									
180,
3C/15N
180,
T = 1/2J
HC/N
ke standardnímu INEPTu je přiřazeno po přenosu polarizace další spinové echo sloužící k refokusaci signálů X-H štěpených v důsledku 7-interakce (zisk signálu je částečně redukován transverzální relaxací).
vhodné nastavení A prodlevy umožní detekovat vybrané spinové systémy (např. CH, CH2, CH3)
během akvizice je 7wx-interakce potlačována ozařováním 1H rezonančních přechodů, tzv. decoupling
HETCOR
Heteronuclear Correlation
poskytuje konektivitu mezi jádry 1H a 13C základní pulzní sekvence:
3c
velikost inverze populace závisí na čase ^ a interakční konstantě JCH:
• míra přenosu polarizace bude záviset na stavu, ve kterém se jednotlivé vektory nacházejí (v které ose, jestli budou zrefokusované,...)
• pro výslednou intenzitu signálu je podstatný stav před posledním 90° pulzem - ten je ovlivněný vývojovou periodou před ním - časem ^
pp
a(3 OO
13C<
(3a
'O O O O
OOOOO/
inverze přechodu 1-2
PP
ap 13C< OOOOO / OOOOO/
1h\
Pa O O O O ■O O O O
\ aa
/ 13c
1,3 2,4
13C
1,3
2,4
13C
1,2
3,4
3,4
1,2
ti (wH)
• míra inverze populace 1H bude mít efekt na přenos polarizace na 13C
• přenosem polarizace se zvýší intenzita 13C signálů a také se přenese informace o jádře 1H na jádro 13C
• přestože detekujeme jádro 13C, ve výsledném FIDu máme informaci také o 1H, které jsou s 13C v korelaci (J-interakci) -> výsledek závisí na cjoh během ^ a cjoc během t2
• signály ve výsledném spektru jsou pak štěpeny 7CH a také dochází k překryvům různých CH systémů
o
HETCOR
Heteronuclear Correlation
90 90
1H
3C
		4--					á^2. Decoupling	
								
		«-V2_>	180	<-12/2_,		90	H	
								
odstranění rozštěpení signálů
využití heteronukleárního spinového echa
CH
. . j	•
	_____________. •
f- 100
\- 120
I- 140
1-r
5 4 PPM
T
2
8
6
							k
							v
					B i		
		E 1			f --.....-		
				♦c			
		> H					
J	I	1 G					
■ ■ - -	r— .....	............i	i-1	-1	-----1	— i	
140
120 100
80
60
40
20
-2.0 -3.0 -4.0 5.0 -6.0 h 7.0
8.0 PPM
PPM
Long-range HETCOR