Як описати імпульсну послідовність

Оскільки існує багато різновидів імпульсних послідовностей, то доцільно мати змогу описати їх на „одній мові”, за допомогою спеціальної системи позначень параметрів імпульсів та інтервалів часу, що допомагає зрозуміти дію послідовності на систему ядерних спінів. Такою „мовою” можна описати всі експерименти ЯМР. Для наочного подання імпульсних послідовностей найчастіше (але не завжди) використовуються спеціальні графічні схеми. Вони схожі на ноти, за допомогою яких можна запрограмувати роботу оркестру. Оскільки такі схеми використовуються у всій книзі, треба насамперед пояснити зміст прийнятих у них позначень. Тут ми дамо тільки опис компонентів схем імпульсних послідовностей. Їхній фізичний зміст буде розкритий у наступних розділах, що присвячені різноманітним методикам ЯМР.

На Рис. 1.32 показано приклад запису порівняно складної імпульсної послідовності (експеримент гетероядерної кореляції) і розшифровано основні її складові, причому на Рис. 1.32а показана більш детальна розшифровка, а на Рис. 1.32б – її скорочений еквівалент, що застосовується найчастіше. Радіочастотні імпульси, які подаються на кожне з ядер, представлені на окремих рядках. Їхнє розташування зліва направо відповідає часу подачі відповідного імпульсу. Вважається, що вісь часу є єдиною для імпульсів на різних ядрах. Тому, якщо імпульси на різні ядра подаються одночасно, то вони розташовані на схемі один під одним. Більшість експериментів, що використовуються сьогодні, включають імпульси на протонах і ще на одному або двох додаткових ядрах. В органічній хімії найчастіше такими ядрами є ядра вуглецю, однак замість нього може бути використане будь-яке ядро, що позначається як Х-ядро. В імпульсних послідовностях найчастіше використовуються 90^о і 180^о імпульси. Вони позначаються відповідно вузьким чорним та сірим широким прямокутниками. Імпульси з іншими кутами повороту вектора намагніченості позначаються грецькими літерами над відповідними прямокутниками, які описуються в поясненнях. Кожний імпульс характеризується фазою, що вказується над імпульсом.

Рис. 1.32.Номенклатура імпульсних послідовностей. (a) Повна імпульсна послідовність і (б) скорочений варіант, що буде використаний в даній книзі.

Вона позначається біля імпульсу буквами х, -х, у, -у. Імпульси, що діють у вузькому діапазоні частот, називаються селективними або сформованими. Для їхнього позначення замість прямокутників використовуються напівеліпси, які приблизно відповідають формі даних імпульсів. Якщо в послідовність входить фрагмент, де ядро опромінюється тривалий час безперервним радіочастотним полем або близько розташованими імпульсами, наприклад при розв'язці спін-спінової взаємодії (декаплінгу), то його позначають витягнутим уздовж осі прямокутником сірого або чорного кольору.

Під рядками, що відповідають радіочастотним імпульсам, при необхідності розміщують рядок так званих градієнтних імпульсів. Ці імпульси також позначають напівеліпсами. Ці імпульси використовуються для цілеспрямованого розфазування чи фазування певних компонентів ядерної намагніченості.

Дія більшості імпульсних послідовностей сильно залежить від настройки експерименту на певні величини КССВ. Така настройка здійснюється за допомогою вибору відповідних проміжків між імпульсами. Найчастіше ці проміжки позначаються символом D. Інші інтервали, що не пов'язані з величиною КССВ, і обираються з інших міркувань, наприклад, у відповідності зі швидкістю релаксації, позначають символом t. Символами t₁ і t₂ позначають періоди часу, що відповідають частотним осям f₁ і f₂ у двомірному спектрі, причому період t₂ завжди відповідає періоду збору даних, коли виконується детектування сигналу ЯМР. Період збору даних на імпульсній послідовності позначається експоненціально спадаючою синусоїдою, що близька за своєю формою до спаду вільної індукції, СВІ, що відбувається в цей час. Тут також може бути позначена фаза приймача при зборі даних. Може здатися, що вплив всієї імпульсної послідовності на спінову систему уявити досить складно. Однак, як правило, вона складається з більш простих фрагментів, дію яких можна вивчити окремо. Тому, щоб зрозуміти роботу складної імпульсної послідовності варто сприймати її як послідовний вплив на систему простих фрагментів, дія кожного з яких відома заздалегідь.