Afslapning (NMR)

forfaldet af RF-induceret NMR-spinpolarisering er karakteriseret i form af to separate processer, hver med deres egne tidskonstanter. En proces, kaldet T1, er ansvarlig for tabet af resonansintensitet efter pulsekspression. Den anden proces, kaldet T2, karakteriserer bredden eller bredden af resonanser. Sagt mere formelt er T1 tidskonstanten for de fysiske processer, der er ansvarlige for afslapningen af komponenterne i den nukleare spin-magnetiseringsvektor m parallelt med det eksterne magnetfelt, B0 (som traditionelt betegnes som å-aksen). T2 afslapning påvirker de sammenhængende komponenter af M vinkelret på B0. I konventionel NMR-spektroskopi begrænser T1 pulsrepetitionshastigheden og påvirker den samlede tid, et NMR-spektrum kan erhverves. Værdier af T1 spænder fra millisekunder til flere sekunder afhængigt af molekylets størrelse, opløsningens viskositet, prøvens temperatur og den mulige tilstedeværelse af paramagnetiske arter (f.eks. O2 eller metalioner).

T1Edit
Spin saturation transferEdit
T2Edit
T2*og magnetfeltinhomogenitetredit
er T1 altid længere end T2?Edit

T1Edit

Hovedartikel: Spin-gitterafslapning

den langsgående (eller spin-gitter) afslapningstid T1 er henfaldskonstanten til genopretning af N-komponenten i den nukleare spin-magnetisering, m, mod dens termiske ligevægtsværdi, m å, e k {\displaystyle M_{å, \ mathrm {ek} }}

$M_ {å, \ mathrm{å}}$

. Generelt er M å (t) = M å, e K-e-T / T 1 {\displaystyle M_{å} (t)=M_{å, \ mathrm {å} } – e^{- t / T_{1}}}

$M_s (t) = m_ {å, \ mathrm{å}} - e^{- t / T_1}$

i særlige tilfælde:

hvis M er blevet vippet ind i planet, så M å (0) = 0 {\displaystyle M_ {å}(0)=0}
$m_(0)=0$

og gendannelsen er simpelthen

M å ( t ) = m å , e k ( 1 − e − T / T 1 ) {\displaystyle M_{å}(t)=M_{å,\mathrm {ek} }\venstre(1-e^{-t/t_{1}}\højre)}

$m_ S(t) = M_{å,\mathrm{ek}}\venstre( 1 - e^{-T/T_1} \højre)$

dvs. magnetiseringen genvinder til 63% af dens ligevægtsværdi efter en tidskonstant T1.

i inversionsgenvindingseksperimentet, der almindeligvis bruges til at måle T1 − værdier, er den indledende magnetisering omvendt, M å ( 0) = -m å , e {\displaystyle M_{å}(0)=-m_{å} (0)= − m_ {å} (0) = − m_{å} (0)=-m_{å} (0) = -m_ {å} (0) = – m_{å} (0) = -m_ , og så følger gendannelsen

m å( t) = m å, e k (1-2 E-T / T 1) {\displaystyle m_ {å} (t) = M_ {å,\mathrm{Ek}} \venstre (1-2e^{- t/t_{1}}\højre)}

$m_ å (t) = m_ {å, \mathrm {ek}}\venstre (1-2e^{- t/T_1}\højre)$

T1 afslapning indebærer omfordeling af befolkningerne i de nukleare spin-stater for at nå den termiske ligevægtsfordeling. Per definition er det ikke energibevarende. Desuden er spontan emission ubetydelig langsom ved NMR-frekvenser. Derfor virkelig isolerede nukleare spins ville vise ubetydelige satser for T1 afslapning. Imidlertid tillader en række afslapningsmekanismer nukleare spins at udveksle energi med deres omgivelser, gitteret, så spinpopulationerne kan ækvilibrere. Det faktum, at T1-afslapning involverer en interaktion med omgivelserne, er oprindelsen til den alternative beskrivelse, spin-gitterafslapning.

Bemærk, at satserne for T1-afslapning (dvs.1/T1) generelt er stærkt afhængige af NMR-frekvensen og derfor varierer betydeligt med magnetfeltstyrken B. små mængder paramagnetiske stoffer i en prøve fremskynder afslapningen meget. Ved afgasning og derved fjernelse af opløst ilt går T1/T2 af flydende prøver let op til en rækkefølge på ti sekunder.

Spin saturation transferEdit

specielt til molekyler, der udviser langsomt afslappende (T1) signaler, giver teknikken spin saturation transfer (SST) information om kemiske udvekslingsreaktioner. Metoden er bredt anvendelig til fluksionsmolekyler. Denne magnetiseringsteknik giver satser, forudsat at de overstiger 1/T1.

T2Edit

Hovedartikel: Spin-spin afslapning

fil: Proton spin Mr.9528>

Afspil medier

visuel repræsentation af spin af en proton under et konstant magnetfelt B0. Visualisering af T 1 {\displaystyle T_{1}}

$T_{1}$

og T 2 {\displaystyle T_{2}}

$T_{2}$

afslapningstider.

den tværgående (eller spin-spin) afslapningstid T2 er henfaldskonstanten for komponenten af M vinkelret på B0, betegnet Mksy, MT eller M-L {\displaystyle M_ {\perp }}

$M_ {\perp}$

. For eksempel vil initial magnetisering på tidspunktet nul henfalde til nul (dvs. ligevægt) som følger: M Y ( t ) = M y ( 0 ) e − t / T 2 {\displaystyle M_{y} (t)=M_{y} (0) e^{- t / T_{2}}\,}

$M_{sy} (t) = M_{sy} (0) e^{- t / T_2} \,$

dvs. den tværgående magnetiseringsvektor falder til 37% af sin oprindelige størrelse efter en gangskonstant T2.

T2 afslapning er et komplekst fænomen, men på sit mest grundlæggende niveau svarer det til en dekoherens af den tværgående nukleare spin magnetisering. Tilfældige udsving i det lokale magnetfelt fører til tilfældige variationer i den øjeblikkelige NMR-præcessionsfrekvens for forskellige spins. Som et resultat går den indledende fase sammenhæng i de nukleare spins tabt, indtil faserne til sidst forstyrres, og der ikke er nogen netto magnetisering. Fordi T2-afslapning kun involverer faser af andre nukleare spins, kaldes det ofte “spin-spin” – afslapning.

Spin echo puls sekvens og magnetisering henfald animation.

T2-værdier er generelt meget mindre afhængige af feltstyrke, B, end T1-værdier.

Hahn echo decay eksperiment kan bruges til at måle T2 tid, som vist i animationen nedenfor. Størrelsen af ekkoet registreres for forskellige mellemrum af de to påførte impulser. Dette afslører decoherence, som ikke fokuseres igen af 180-liters pulsen. I enkle tilfælde måles et eksponentielt henfald, som er beskrevet af T 2 {\displaystyle T_{2}}

$T_{2}$

tid.

T2*og magnetfeltinhomogenitetredit

yderligere information: T2 * -vægtet billeddannelse

i et idealiseret system, alle kerner i et givet kemisk miljø, i et magnetfelt, præcess med samme frekvens. I virkelige systemer er der imidlertid mindre forskelle i kemisk miljø, som kan føre til en fordeling af resonansfrekvenser omkring idealet. Over tid kan denne fordeling føre til en spredning af den stramme fordeling af magnetiske spinvektorer og tab af signal (frit Induktionsforfald). Faktisk dominerer denne “afslapning” for de fleste magnetiske resonanseksperimenter. Dette resulterer i dephasing.

decoherens på grund af magnetfeltinhomogenitet er imidlertid ikke en sand “afslapningsproces”; det er ikke tilfældigt, men afhængigt af molekylets placering i magneten. For molekyler, der ikke bevæger sig, er afvigelsen fra ideel afslapning konsistent over tid, og signalet kan genvindes ved at udføre et spin-ekko-eksperiment.

den tilsvarende tværgående afslapningstidskonstant er således T2*, som normalt er meget mindre end T2. Forholdet mellem dem er:

1 T 2 Ret = 1 T 2 + 1 t i n h o m = 1 T 2 + ret B 0 {\displaystyle {\frac {1} {T_{2}^{*}}}={\frac {1}{T_{2}}} + {\frac {1}{t_{inhom}}}={\frac {1}{T_{2}}} + \gamma \ Delta B_{0}}

$\frac{1}{T_2^*}=\frac{1}{T_2}+\frac{1}{t_{inhom}} = \frac{1}{T_2}+\gamma \Delta B_0$

hvor kr repræsenterer gyromagnetisk forhold, og KR0 forskellen i styrke af det lokalt varierende felt.

i modsætning til T2 påvirkes T2* af uregelmæssigheder i magnetfeltgradienten. T2 * afslapningstiden er altid kortere end T2-afslapningstiden og er typisk millisekunder for vandprøver i billedmagneter.