편광 전달에 의해 강화된 무감각 핵

Insensitive nuclei enhanced by polarization transfer

편파전송에 의한 무감각핵 증강(INEPT)은 NMR 분광법에 사용되는 신호 증강 방법이다.이는 볼츠만 모집단 차이가 큰 스핀에서 볼츠만 모집단 [1]차이가 낮은 관심 핵 스핀으로의 핵 스핀 편파 전달을 포함한다.INEPT는 쌍극자 교차 완화에서 발생하는 Nuclear Overhauser Effect(NOE)와 대조적으로 편광 전달에 J-커플링을 사용한다.이 신호 증강 방법은 1979년 Ray Freeman에 의해 도입되었습니다.신호 강화에 유용하기 때문에 헤테로핵 NMR 실험에 사용되는 펄스 시퀀스는 종종 INEPT 또는 INEPT 유사 시퀀스의 블록을 포함합니다.

배경

NMR 신호 검출의 감도는 핵의 자이로마그네틱 비(θ)에 따라 달라집니다.일반적으로 자기모멘트, 볼츠만 모집단, 핵세차주파수 모두 자이로자기비 θ에 비례하여 증가하므로 자이로자기비 θ의 핵에서 발생하는 신호강도는 θ에3 비례한다.예를 들어 C의 자력비는 H보다 4배 낮기 때문에 양성자가 생성하는 신호 강도는 64배 낮아진다.단, 노이즈는 주파수의 제곱근으로서도 증가하므로 감도는 대략 [2]θ에5/2 비례한다.C핵은 양성자보다 32배 덜 민감하고 N은 약 300배 덜 민감하다.따라서 민감도 향상 기술은 무감각 핵으로부터의 NMR 신호를 기록할 때 바람직합니다.

감도는 볼츠만 인자를 증가시킴으로써 인위적으로 향상될 수 있다.한 가지 방법은 NOE를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 C 신호의 경우 부착된 양성자가 포화 상태일 때 신호 대 잡음비를 3배 개선할 수 있습니다.단, NOE의 경우 핵의 자이로자기비인 K의 음수가 신호강도의 저하를 가져올 수 있다.N은15 음의 자이로자기비를 가지므로, 쌍극자 완화가 [2]다른 메커니즘과 경쟁해야 할 경우 관측된 N 신호는 거의 0에 가까울 수 있습니다.따라서 음의 자이로마그네틱 비율을 가진 핵에 대한 대체 방법이 필요하다.INEPT 펄스 시퀀스를 사용하는 그러한 방법 중 하나는 1979년[1] Ray Freeman에 의해 제안되었고 널리 채택되었다.

INEPT 기술을 통한 신호 강화

INEPT 신호 확장에는 다음 두 가지 소스가 있습니다.

  • 스핀 모집단 효과는 K = 원자핵의 자이로자기비 δIS/θ의 비율로 신호를 증가시킨다. 여기서 δ는IS 양성자(I 스핀)와 저감도 원자핵(S 스핀)의 자이로자기비이다.
  • 자기장 비율이 높은 핵은 일반적으로 더 빨리 이완된다.INEPT 전달이 반복될 수 있는 속도는 (저감도 스핀이 아니라) 이러한 스핀의 이완에 의해 제한되기 때문에 INEPT 실험을 더 자주 반복할 수 있어 신호 대 잡음 비를 높일 수 있습니다.

그 결과 INEPT는 NMR 신호를 K보다 큰 계수로 증강할 수 있으며, NOE를 통한 최대 증강은 1+K/2 [1]계수이다.NOE와 달리 INEPT에서는 음의 자이로자기비에 의해 패널티가 발생하지 않는다.따라서 N 또는 Si와 같은 음의 자이로자기비를 가진 핵으로부터의 신호를 증강하는 데 유용한 방법입니다.N 신호는 INEPT를 [2]통해 10배 증가할 수 있습니다.

펄스 시퀀스

INEPT NMR 펄스 시퀀스의 그래픽 표현.얇은 막대는 90° 펄스를 나타내며 두꺼운 막대는 180° 펄스를 나타냅니다.INEPT는 음의 자이로자기비를 수용하고 볼츠만 편파를 증가시키며 T [3]이완을 감소시키기1 때문에 N 분해능을 향상시키는 데 자주 이용된다.

다이어그램에 표시된 것처럼 INEPT의 펄스 시퀀스는 스핀 에코와 선택적 모집단 반전(SPI)의 조합으로 읽을 수 있습니다.스핀 에코(spin echo)는 90° 펄스에 이어 일정 주기 θ 후 180° 펄스가 이어지는 것으로, 민감한 핵인 양성자에 적용된다(직관적으로 I 스핀으로 지정되는 반면, 둔감한 핵은 S 스핀이다. 단, INEPT의 원본 논문이 이와 반대되는 [1]명칭을 사용했다).

스핀 에코
90°(I X) - θ - 180°(I X)

첫 번째 90° 펄스는 회전 프레임의 +y 축에 양성자 자화를 플립하고 정적 자기장의 불균일성으로 인해 등색체는 약간 다른 주파수로 확산됩니다.일정 시간 후 x축을 따라 180° 펄스를 인가하여 등색소를 -y축을 향해 회전시킨다.각각의 아이소크로밋은 여전히 이전과 같은 주파수로 세퍼세스를 하기 때문에 모든 아이소크로밋이 수렴되어 다시 초점화되어 신호, 즉 에코를 재생한다.또한 화학적 이동은 필드 불균일성과 동시에 다시 집중되며, 이 특성은 화학적 이동과는 독립적으로 자화를 조작할 수 있게 한다.재초점화를 통해 모든 양성자 화학 이동이 바람직하지 않은 선택성 없이 SPI 단계에서 모집단 반전을 겪을 수 있다.

선택적 모집단 반전
180°S - — - 90°(I Y), 90°S - 획득

그림과 같이 양성자의 180° 펄스와 동시에 무감각 핵에 180° 펄스가 인가됩니다.이것은 이 계획의 모집단 반전 부분이며, 민감핵과 둔감핵 모두에서 일정 시간 후 추가로 90° 펄스가 자화를 z축으로 회전시킵니다.이는 z축에서 자화의 역위상 정렬을 생성하는 효과가 있습니다. 이 과정에서 편광은 민감한 핵에서 둔감한 [2]핵으로 전달됩니다.

바리에이션

실험에는 대칭 재초점 단계 또는 90° H 펄스가 추가될 수 있으며 역 INEPT 펄스 [4]시퀀스도 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d Gareth A. Morris, Ray Freeman (1979). "Enhancement of Nuclear Magnetic Resonance Signals by Polarization Transfer". Journal of the American Chemical Society. 101 (3): 760–762. doi:10.1021/ja00497a058.
  2. ^ a b c d Ray Freeman (1987). A Handbook of Nuclear Magnetic Resonance (2 ed.). Longman. p. 178. ISBN 0-582-25184-2.
  3. ^ M H Levitt (2008). Spin Dynamics. John Wiley & Sons Ltd. ISBN 0470511176.
  4. ^ "ID Experiments: INEPT".