Relaxamento (RMN))

o decaimento da polarização do spin NMR induzida por RF é caracterizado em termos de dois processos separados, cada um com suas próprias constantes de tempo. Um processo, chamado T1, é responsável pela perda de intensidade de ressonância após excitação de pulso. O outro processo, chamado T2, caracteriza a largura ou largura das ressonâncias. Declarou mais formalmente, T1 é a constante de tempo para os processos físicos responsáveis pelo relaxamento dos componentes do spin nuclear vetor magnetização M paralelo ao campo magnético externo, B0 (que é convencionalmente designado como o eixo z). O relaxamento T2 afeta os componentes coerentes de M perpendicular a B0. Em espectroscopia NMR convencional, T1 limita a taxa de repetição de pulso e afeta o tempo total que um espectro NMR pode ser adquirido. Os valores de T1 variam de milissegundos a vários segundos, dependendo do tamanho da molécula, da viscosidade da solução, da temperatura da amostra e da possível presença de espécies paramagnéticas (por exemplo, íons O2 ou metálicos).Artigo principal: Spin–estrutura de relaxamento

longitudinal (ou spin-lattice) tempo de relaxamento T1 é a constante de decaimento para a recuperação da componente z do spin nuclear magnética, Mz, para o seu equilíbrio térmico valor, M, z , e q {\displaystyle M_{z,\mathrm {eq} }}

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

. Em geral, M z ( t ) = M z , e p − e − t / T 1 {\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }-e^{-t/T_{1}}}

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

Em casos específicos,:

Se M tem sido inclinada no plano xy, então M z ( 0 ) = 0 {\displaystyle M_{z}(0)=0}
$M_z(0)=0$

e a recuperação é simplesmente

M z ( t ) = M z , e q ( 1 − e − t / T-1 ) {\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }\left(1-e^{-t/T_{1}}\right)}

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

por exemplo, a magnetização recupera a 63% do seu valor de equilíbrio depois de uma constante de tempo T1.

Na inversão de recuperação de experiência, comumente usado para medir valores de T1, o inicial de magnetização é invertido, M z ( 0 ) = − M z , e q {\displaystyle M_{z}(0)=-M_{z,\mathrm {eq} }}
$M_z(0)=-M_{z,\mathrm{eq}}$

, e assim, a recuperação segue

M z ( t ) = M z , e q ( 1 − 2 e − t / T-1 ) {\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }\left(1-2e^{-t/T_{1}}\right)}

$M_z(t) = M_{z,\mathrm{eq}}\left( 1 - 2e^{-t/T_1} \right)$

T1 relaxamento envolve a redistribuição das populações de spin nuclear estados, a fim de alcançar a distribuição de equilíbrio térmico. Por definição, isto não é conservação de energia. Além disso, as emissões espontâneas são negligentemente lentas a frequências NMR. Por conseguinte, as rotações nucleares verdadeiramente isoladas mostrariam taxas negligenciáveis de relaxamento T1. No entanto, uma variedade de mecanismos de relaxamento permite que spins nucleares troquem energia com seus arredores, o retículo, permitindo que as populações de spin para equilibrar. O fato de que o relaxamento T1 envolve uma interação com o ambiente é a origem da descrição alternativa, relaxamento spin-lattice.

Observe que as taxas de relaxamento T1 (por exemplo, 1/T1), geralmente, são fortemente dependentes da RMN de frequência e de modo variam consideravelmente com a intensidade do campo magnético B. Pequenas quantidades de substâncias paramagnéticas em uma amostra acelerar relaxamento muito. Por desgaseificação e, assim, remoção do oxigênio dissolvido, o T1/T2 de amostras líquidas facilmente vai até uma ordem de dez segundos.

Spin saturation transfered

especialmente para moléculas que exibem sinais lentamente relaxantes (T1), a técnica spin saturation transfer (SST) fornece informações sobre reações químicas de troca. O método é amplamente aplicável às moléculas fluxionais. Esta técnica de transferência de magnetização fornece taxas, desde que excedam 1/T1.Artigo principal: relaxamento do Spin-spin

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Visual representation of the spin of a proton under a constant magnetic field B0. Visualização do T 1 {\displaystyle T_{1}}

$T_{1}$

e T 2 {\displaystyle T_{2}}

$T_{2}$

momentos de descontração.

transversal (ou spin-spin) tempo de relaxamento T2 é a constante de decaimento para o componente de M perpendicular a B0, designado Mxy, MT, ou M ⊥ {\displaystyle M_{\criminoso }}

$M_{\criminoso}$

. Por exemplo, inicial xy magnetização no tempo zero irá decair para zero (i.e. equilíbrio) da seguinte maneira: M x y ( t ) = M x y ( 0 ) e − t / T 2 {\displaystyle M_{xy}(t)=M_{xy}(0)e^{-t/T_{2}}\,}

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

i.e. o vetor de magnetização transversal cai para 37% de sua magnitude original após uma constante de tempo T2.

o relaxamento T2 é um fenômeno complexo, mas em seu nível mais fundamental, ele corresponde a uma decoerência da magnetização transversal do spin nuclear. Flutuações aleatórias do campo magnético local levam a variações aleatórias na frequência instantânea de precessão NMR de diferentes spins. Como resultado, a coerência da fase inicial das rotações nucleares é perdida, até que eventualmente as fases são desordenadas e não há magnetização líquida xy. Porque o relaxamento T2 envolve apenas as fases de outras rotações nucleares, é muitas vezes chamado de relaxamento spin-spin.

sequência de impulsos Spin echo e animação de decaimento de magnetização.

os valores T2 são geralmente muito menos dependentes da força do campo, B, do que os valores T1.

Hahn echo decay experiment can be used to measure the T2 time, as shown in the animation below. O tamanho do eco é registado para diferentes espaçamentos dos dois impulsos aplicados. Isto revela a decoferência que não é reorientada pelo pulso de 180°. Em casos simples, exponencial de decaimento é medido, que é descrito pelo T 2 {\displaystyle T_{2}}

$T_{2}$

tempo.

T2* and magnetic field inomogeneityedit

Further information: T2 * – weighted imaging

In an idealized system, all nuclei in a given chemical environment, in a magnetic field, precess with the same frequency. No entanto, em sistemas reais, existem pequenas diferenças no ambiente químico que podem levar a uma distribuição de frequências de ressonância em torno do ideal. Ao longo do tempo, esta distribuição pode levar a uma dispersão da distribuição apertada de vetores de spin magnéticos, e perda de sinal (Decaimento de indução livre). Na verdade, para a maioria dos experimentos de ressonância magnética, este” relaxamento ” domina. Isto resulta em despasar.

no entanto, a decoerência por causa da inomogeneidade do campo magnético não é um verdadeiro processo de “relaxamento”; não é aleatório, mas dependente da localização da molécula no íman. Para moléculas que não se movem, o desvio do relaxamento ideal é consistente ao longo do tempo, e o sinal pode ser recuperado através da realização de um experimento de eco de spin.

a constante de tempo de relaxamento transversal correspondente é assim T2*, que é geralmente muito menor que T2. A relação entre eles é:

1 T 2 ∗ = 1 T 2 + 1 T i n h o m = 1 T 2 + γ Δ B 0 {\displaystyle {\frac {1}{T_{2}^{*}}}={\frac {1}{T_{2}}}+{\frac {1}{T_{inhom}}}={\frac {1}{T_{2}}}+\gamma \Delta B_{0}}

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

onde γ representa gyromagnetic relação, e ΔB0 a diferença na força da localmente variando de campo.

ao contrário de T2, T2* é influenciado por irregularidades do gradiente do campo magnético. O tempo de relaxamento T2* é sempre mais curto do que o tempo de relaxamento T2 e é tipicamente milissegundos para amostras de água em ímãs de imagem.O T1 é sempre mais longo que o T2?Editar

Na RNM sistemas, a seguinte relação mantém absoluto verdadeiro T 2 ≤ 2 T 1 {\displaystyle T_{2}\leq 2T_{1}}

$T_{2}\leq 2T_{1}$