Relaxáció (NMR)

az RF által indukált NMR spin polarizáció bomlását két különálló folyamat jellemzi, mindegyiknek megvan a maga időállandója. Az egyik folyamat, az úgynevezett T1, felelős a rezonancia intenzitásának elvesztéséért az impulzus gerjesztését követően. A másik folyamat, az úgynevezett T2, jellemzi a rezonanciák szélességét vagy szélességét. Formálisabban megfogalmazva, T1 a fizikai folyamatok időállandója, amely felelős a nukleáris spin mágnesezési vektor komponenseinek relaxációjáért m a külső mágneses mezővel párhuzamosan, B0 (amelyet hagyományosan z-tengelynek jelölnek). A T2 relaxáció befolyásolja az M koherens komponenseit merőlegesen a B0-ra. A hagyományos NMR spektroszkópiában a T1 korlátozza az impulzus ismétlési sebességét, és befolyásolja az NMR spektrum megszerzésének teljes idejét. A T1 értékei milliszekundumtól néhány másodpercig terjednek, a molekula méretétől, az oldat viszkozitásától, a minta hőmérsékletétől és a paramágneses fajok (például O2 vagy fémionok) lehetséges jelenlététől függően.

T1szerkesztés
Spin saturation transferEdit
T2Edit
T2 * and magnetic field inhomogeneityEdit
a T1 mindig hosszabb, mint a T2?Edit

T1szerkesztés

fő cikk: Spin-rács relaxáció

a T1 hosszanti (vagy spin-rácsos) relaxációs idő a bomlási állandó a nukleáris spin mágnesezés z komponensének, az Mz-nek a termikus egyensúlyi értéke felé történő visszanyeréséhez, M z, e q {\displaystyle M_{z, \ mathrm {eq} }}

$M_{z, \ mathrm{eq}}$

. Általában, M z (t ) = M z, e q-e-t / T 1 {\displaystyle M_{z} (t)=M_{z, \ mathrm {eq} } – e^{- t / T_{1}}}

$M_z (t) = m_{z, \ mathrm{eq}} - e^{-t / T_1}$

különleges esetekben:

ha M be van döntve az xy síkba, akkor M z (0) = 0 {\displaystyle M_{z}(0)=0}
$M_z(0)=0$

és a helyreállítás egyszerűen

M z ( t ) = M z , e q ( 1 − e − t / T 1 ) {\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }\balra(1-E^{-t/t_{1}}\jobbra)}

$M_z(t) = M_{z,\mathrm{eq}}\balra( 1 - e^{-t/T_1} \jobb)$

azaz a mágnesezés egyensúlyi értékének 63% – ára tér vissza egy időállandó után T1.

a T1 értékek mérésére általánosan használt inverziós helyreállítási kísérletben a kezdeti mágnesezés inverz, M z ( 0 ) = − M z, e q {\displaystyle M_{z}(0)=-m_{z,\mathrm {EQ} }}
$M_z(0)=-m_{z,\mathrm{eq}}$

, tehát a helyreállítás

M Z ( t ) = m z, e q ( 1 − 2 E − T / T 1 ) {\displaystyle M_{z}(t)=m_{z,\mathrm {EQ} }\balra(1-2E^{-t/t_{1}}\jobbra)}

$m_z(t) = m_{z,\mathrm{EQ}}}}\balra( 1 - 2E^{-t/T_1} \jobbra)$

a T1 relaxáció magában foglalja a nukleáris spin állapotok populációinak újraelosztását annak érdekében, hogy érje el a termikus egyensúlyi eloszlást. Definíció szerint ez nem energiatakarékosság. Sőt, a spontán emisszió elhanyagolhatóan lassú az NMR frekvenciákon. Ezért a valóban elszigetelt nukleáris pörgetések elhanyagolható mértékű T1 relaxációt mutatnának. A különféle relaxációs mechanizmusok azonban lehetővé teszik a nukleáris pörgetések számára, hogy energiát cseréljenek környezetükkel, a rácskal, lehetővé téve a spin populációk egyensúlyát. Az a tény, hogy a T1 relaxáció kölcsönhatást jelent a környezettel, az alternatív leírás, a spin-rács relaxáció eredete.

vegye figyelembe, hogy a T1 relaxáció (azaz 1/T1) sebessége általában erősen függ az NMR frekvenciától, és így jelentősen változik a B mágneses térerősség függvényében. Gáztalanítással, ezáltal az oldott oxigén eltávolításával a folyékony minták T1/T2-je könnyen tíz másodperces nagyságrendű.

Spin saturation transferEdit

különösen a lassan relaxáló (T1) jeleket mutató molekulák esetében a spin saturation transfer (SST) technika információt nyújt a kémiai cserereakciókról. A módszer széles körben alkalmazható fluxiós molekulákra. Ez a mágnesezési átviteli technika sebességet biztosít, feltéve, hogy meghaladják az 1/T1 értéket.

T2Edit

fő cikk: Spin-spin relaxáció

média lejátszása

egy proton spinjének vizuális ábrázolása állandó mágneses mező alatt B0. A T 1 {\displaystyle T_ megjelenítése{1}}

$T_{1}$

és T2 {\displaystyle T_{2}}

$T_{2}$

relaxációs idők.

a transzverzális (vagy spin-spin) relaxációs idő T2 az M komponens B0-ra merőleges bomlási állandója, amelyet MXY, MT vagy m-nek jelölünk. {\displaystyle M_ {\perp }}

$M_ {\perp}$

. Például a kezdeti XY mágnesezés a nulla időpontban nullára (azaz egyensúlyra) bomlik a következőképpen: M x y ( t ) = M x y ( 0 ) e − t / T 2 {\displaystyle M_{xy}(t)=m_{XY}(0) E^{-t/T_{2}}\,}

$M_{XY} (t) = M_{xy} (0) E^{-t/T_2} \,$

azaz. a keresztirányú mágnesezési vektor az eredeti nagyságának 37% – ára csökken egy időállandó után T2.

T2 a relaxáció összetett jelenség, de legalapvetőbb szintjén megfelel a keresztirányú nukleáris spin mágnesezés dekoherenciájának. A helyi mágneses mező véletlenszerű ingadozása véletlenszerű változásokhoz vezet a különböző pörgetések pillanatnyi NMR precessziós frekvenciájában. Ennek eredményeként a nukleáris pörgetések kezdeti fáziskoherenciája elvész, míg végül a fázisok rendezetlenek lesznek, és nincs nettó XY mágnesezés. Mivel a T2 relaxáció csak más nukleáris pörgetések fázisait foglalja magában, gyakran “spin-spin” relaxációnak nevezik.

Spin echo impulzus szekvencia és mágnesezés bomlási animáció.

a T2 értékek általában sokkal kevésbé függenek a térerősségtől, B, mint a T1 értékek.

Hahn echo decay kísérlet használható a T2 idő mérésére, amint az az alábbi animációban látható. A visszhang méretét a két alkalmazott impulzus különböző távolságaira rögzítik. Ez feltárja azt a dekoherenciát, amelyet nem fókuszál át a 180 MHz impulzus. Egyszerű esetekben exponenciális bomlást mérünk, amelyet a T 2 {\displaystyle T_{2}}

$T_{2}$

idő.

T2 * and magnetic field inhomogeneityEdit

További információ: T2*-súlyozott képalkotás

egy idealizált rendszerben egy adott kémiai környezetben, egy mágneses mezőben lévő összes atommag azonos frekvenciával precesszál. A valós rendszerekben azonban a kémiai környezetben kisebb különbségek vannak, amelyek a rezonancia frekvenciák eloszlásához vezethetnek az ideális körül. Idővel ez az eloszlás a mágneses spinvektorok szoros eloszlásának diszperziójához, valamint a jel elvesztéséhez (szabad indukciós bomlás) vezethet. Valójában a legtöbb mágneses rezonancia kísérletnél ez a” relaxáció ” dominál. Ennek eredményeként a dephasing.

a mágneses tér inhomogenitása miatti dekoherencia azonban nem valódi “relaxációs” folyamat; nem véletlenszerű, hanem a molekula mágnesben való elhelyezkedésétől függ. A nem mozgó molekulák esetében az ideális relaxációtól való eltérés idővel konzisztens, és a jel visszanyerhető egy spin echo kísérlet végrehajtásával.

a megfelelő keresztirányú relaxációs időállandó tehát T2*, amely általában sokkal kisebb, mint T2. A köztük lévő kapcsolat az:

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

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

ahol a helyileg változó mező erősségének különbsége a gyromágneses arányt jelenti, míg a helyileg változó mező erősségének különbsége a 0.

a T2-vel ellentétben a T2 * – t mágneses mező gradiens szabálytalanságok befolyásolják. A T2 * relaxációs idő mindig rövidebb, mint a T2 relaxációs idő, és általában milliszekundum a képalkotó mágnesekben lévő vízminták esetében.