Nukleární magnetická rezonance Lekce 3 Pulzní sekvence sled pulzů a prodlev Relaxace Působením RF pole (pulzu) jsou všechny spiny vystaveny prakticky stejnému vnějšímu poli. Během všech časových prodlev v pulzní sekvenci, včetně snímání signálu však, jednotlivé spiny mají tendenci návratu do rovnovážného stavu (relaxace). Mechanizmy relaxace • Interakce s paramagnetickými částicemi - sloučeniny přechodných kovů, rozpuštěný o2 • Přímá dipól-dipolární interakce (DD) - převládají intramolekulární interakce v důsledku měnící se orientace mezijaderného vektoru vůči B0 relaxace je úměrná druhé mocnině DD interakce: flDD = _^(3cos^-l)U;, Spinový pár s vysokým gyromagnetickým poměrem relaxuje rychleji (1H-1H > 1H- 13C). DD interakce umožňuje přenos energie mezi spiny a „mřížkou" (molekulárním pohybem). Pohyb molekul synchronizovaný s oscilacemi magnetického pole dokáže vyvolat vícekvantový přechod mezi spinovými stavy (podstata NOE efektu). Relaxace Mechanizmy relaxace • Anizotropie chemického posunu (CSA) - izotropní hodnota CS odpovídá zprůměrované veličině v důsledku dostatečně rychlého molekulárního pohybu v homogenním prostředí • Fluktuace efektivního pole v důsledku anizotropie chemického stínění - s rostoucí molekulovou hmotností „nestačí" molekulární pohyb plně kompenzovat anizotropní okolí jednotlivých jader, což vede k relaxaci systému • Chemická výměna - lokální pole ovlivňují i dynamické změny v její prostorové struktuře (vazba ligandu, konformační rovnováha a pod.) Podélná relaxace-Tl • spin-mřížková relaxace • vymírání signálu - návrat k rovnovážnému stavu - M v ose z Odpovídá návratu longitudinální Mz makroskopické magnetizace k rovnovážné hodnotě Mz° dle kinetické rovnice 1. řádu. Uvolněná energie se přenáší na molekulární pohyb okolí. mm 111 dM2 dt = -R,(M,(t) -M,°) Mz(t) = Moe-K,. = t Mz°e T' Blochova rovnice precesního pohybu pro longitudinální magnetizaci dMz_ Mz(t)-Mz° dt Podélná relaxace Určení T1 relaxačního času: Inversion Recovery Experiment vynesení intezity detekovaného signálu S(z): Podélná relaxace-T1 X V- ML A ML(í) = M0[l-exp(--)] l 1 M, 0,63 M0 t Měření podélné relaxace C-l C-3 C-2 i o Hn3 2 5 6 C=C O—CH2*"CH3 CH, H -j—.—.—.— Co C-4C-6 5c 160 140 120 100 80 60 40 20 50 24 16 10 6.0 3.0 1.0 0.5 1H H decoupling 180° 90° 13C Příčná relaxace -T2 • spin-spinová relaxace • ztráta koherence v rovině xy • vždy větší jako T1 Odpovídá rozfázování transverzální magnetizace Mx+\My z původně koherentního stavu po aplikace rf pulzu do rovnoměrné distribuce spinu v rovině xy. Kvantitativně charakterizována časem7"2. Příčná relaxace -T2 NOE - Nuclear Overhauser effect NOE - Nuclear Overhauser Effect • přenos energie mezi dvěma blízkými jádry (do ~ 5Ä) • zprostředkováno dipól-dipólovou interakcí • malé, rychle se pohybující molekuly - DQ, makromolekuly - ZQ IOCjOCs> -(V ÖD +-> M cu 0.5 0 -0.5 ■ -1 ■ -1.5 ■ w, (1) Příklady přechodů spinových stavů - pouze SQ jsou v NMR přímo pozorovatelné oc) An^ = 1 SQ: i) Air^ = 2 DQ ->\pcc) Ams=0 ZQ \ßa) \ßß) xß) CC Ĺ 1 —> w2 \ á w0 -1 JKW2 ^_____ limita malých molekul ~ 30 kDa y\i i i i i i *\ Cut ~ 1 kDK^^^ NOE - Nuclear Overhauser effect Selektivním rf pulzem je u vybraného spinu 5 invertována rovnovážná populace, během směšovací periody tmix dochází k přenosu magnetizace díky aktivnímu cross-relaxačnímu členu o,s 2Sz°na prostorově blízký spin /. NOE se projeví v diferenčním spektru jako změna intezity. «5 I -10 s0 w2 - w0 771=irt"w^xl00%-intenz^N0E NOE - Nuclear Overhauser effect OJ OJ LH OJ OJ CTI Cl ř\J ť .1 -r-< Ifl dl O Cl cú O O) (II (D Ol N lO M ^1 " r-^ r-- i-^ V OMe LlLJ JUL OtAcí ...JjlAj_.'Ui... CurrunL üala ParanelerS NAHT OTET.USt EXPHG 1 PF10CN0 1 Fa - ícqu is i L um Pai-flíícIeťS date_ T ECK IM3TMUH pnnuim pj.phog TO SOLVENT NS 2S SMI FlUTES 10 Br, □h Díl TE 350316 9.05 drx5O0 5 im 0X1 WJ 19 16334 C0C13 1 Q 6000 0QD 11/ 0.305176 Hz !.G3a-t!00 sec tfi 100 000 U5BC <.b0 ussc 303.0 K F2 - Processing pir.s:ärs 51 lh CA pí: 6'Jb36 ■ 500.1300038 Mllř OSTNE 3 0.00 Hi o 1,00 10 nun plot aarajfitcps a F1P Fl FE!= Fa ppncm h/i:m ?Q.Q0 cií ti.wa ran 4351.10 II/ 3.000 p.io! 1000.26 H2 0.3P5ÜO pan/en 1B? 54225 !!//« l-1-p-,-.-.-1- ppm B 7 iM*SWlW(HVw.,ŕ*