Методика редагування спектрів INEPT

Експеримент INEPT (Insensitive Nuclei Enhanced by Polarisation Transfer) був одним з перших імпульсних експериментів ЯМР, що були розроблені для редагування спектрів на ядрах вуглецю, який використовував явище перенесення поляризації. Навіть зараз він широко застосовується і сам по собі і як складова частина багатомірних експериментів у сучасному ЯМР. Основна перевага експерименту полягає в тому, що його імпульсна послідовність побудована так, щоб здійснити перенесення поляризації одночасно від всіх протонів на зв’язані з ними атоми вуглецю, тобто здійснити можливість неселективного перенесення поляризації між спінами. Дію експерименту INEPT найкраще можна зрозуміти з аналізу векторної моделі намагніченості на різних стадіях експерименту. Найбільш часто експеримент проводиться з перенесенням поляризації від протонів. Тому обговорення буде проведено для окремого випадку спінової системи ХН. Треба, однак, відзначити, що методику можна реалізувати для будь-якої пари спінів, один з яких має велику g і спін ½.

Послідовність INEPT (Рис. 4.56а) є методом інвертування половини кожного з дублетів ХН, незалежно від їхніх хімічних зсувів. Це забезпечується використанням неселективних імпульсів, що діють одночасно на всі магнітні ядра даного сорту. Послідовність починається зі збудження всіх протонів. Перший 90^о імпульс переносить їхню намагніченість в поперечну площину. Після цього впродовж певного часу відбувається еволюція спінової системи згідно до наявних хімічних зсувів і констант гетероядерної спін-спінової взаємодії. Час еволюції можна позначити як D/2. Після цього на протони подається рефокусуючий 180^о імпульс. Його дія приведе до рефокусування хімічних зсувів і неоднорідності поля. Це відбувається за час другого періоду D/2.

Рис. 4.56. (a) Послідовність INEPT і (б) Послідовність INEPT з рефокусуванням.

Одночасний вплив 180^о(Х) імпульсу на ядрах Х змушує вектори, що пов'язані з гетероядерними ССВ, продовжити еволюцію, оскільки цей імпульс інвертує напрямок прецесії векторів. Таким чином, ми маємо справу з послідовністю спінової луни, у результаті дії якої еволюціонує тільки намагніченість, яка пов'язана з гетероядерними ССВ. Для пари ХН після періоду D, якщо він дорівнює 1/2J (D/2=J/4) два протонних вектори, що відповідають гетероядерним КССВ, розташовуються в протифазі уздовж осі +х. Тому наступний 90^о імпульс розташовує їх уздовж осі +z також у протифазі (Рис.4.57). Така ситуація відповідає інверсії одного з компонентів дублета, як це і потрібно для переносу поляризації, однак, для всіх спінових пар одночасно. Одразу, як це відбулося, здійснюється перерозподіл населеностей ядра Х за рахунок переносу поляризації з протонів. Таким чином, Імпульс 90^о(Х) впливає на систему вуглецевих спінів зі збільшеною за рахунок переносу поляризації різницею населеностей. При цьому для результуючого вуглецевого спектру неістотним є те, що його намагніченість перед цим була інвертована дією 180^о імпульсу. Головне те, що в результаті дії послідовності перед збором даних вона опинилася в поперечній площині. Це дозволяє отримати спектр підвищеної інтенсивності. На практиці два останніх імпульси на протонах та ядрах Х подаються одночасно. Однак з погляду ілюстрування фізичного процесу, можна вважати, що імпульс на протонах подається першим.

Рис. 4.57. Еволюція векторів намагніченості протонів під час роботи послідовності INEPT. Після первинної еволюції під впливом J_xh, імпульс 180° (H) повертає вектори навколо осі х, а імпульс 180° (C) інвертує напрямок їхньої прецесії. Після повного періоду еволюції 1/2J_hx вектори знаходяться в протифазі і за допомогою наступного імпульсу 90˚у (H) розташовуються уздовж осі ±z. При цьому виникає необхідна інверсія одного з компонентів кожного з дублетів H-X.

Як було показано у розділі 1, в методах, які базуються на селективному переносі поляризації, інтенсивності піків є неоднаковими. Так, наприклад, для пари СН, вони становлять -3 і +5. Даний ефект пов’язаний з наявністю природної ядерної намагніченості спіна Х. Ця намагніченість може бути видалена за допомогою підходящого фазового циклу. Так, повторення експерименту з фазою останнього протонного імпульсу -у, приводить до протифазного розподілу інтенсивностей компонентів мультиплетів у порівнянні з +у - експериментом, оскільки намагніченість тепер орієнтується не уздовж -z, а уздовж +z (Рис. 4.58).

Рис. 4.58. Інверсія фази останнього протонного імпульсу в INEPT інвертує інший компонент протонних дублетів (зрівняй рис. 4.22).

Результуючі дублети спінів Х виявляються інвертованими, хоча природна намагніченість ядер Х залишається незмінною. Віднімання одного експерименту від іншого шляхом інвертування фази приймача приводить до сумування внесків перенесення поляризації й відновлення початкових співвідношень інтенсивностей компонентів дублетів. На Рис. 4.59 це показано на прикладі спектру мурашиної кислоти. Такий двохкроковий фазовий цикл є основою експерименту INEPT. Оскільки послідовність є ефективною тільки для системи НХ із достатньою величиною КССВ, за відсутності ССВ вона виявляється марною.

Рис. 4.59. Експериментальний ¹³С спектр INEPT мурашиної кислоти, записаний з фазою останнього протонного імпульсу, що дорівнює у (a) і -у (б). Віднімання цих двох наборів даних один від одного (в) усуває природну намагніченість, на яку перенесення поляризації не впливає. При цьому відбувається вирівнювання інтенсивностей компонентів дублетів.