COSY із градієнтним відбором

Зараз практично всі нові спектрометри ЯМР здатні використовувати імпульсні градієнти поля. Тому в них у багатьох випадках замість традиційних методик селекції сигналів використовується метод градієнтної селекції. Це не тільки скорочує час експерименту, а й веде до значного підвищення якості спектрів. Тому основні методики вимірювання спектрів, як правило, існують у двох варіантах – з селекцією сигналів за допомогою фазових циклів та з градієнтною селекцією. Принцип роботи таких різновидів базових експериментів ми розглянемо на прикладі експерименту COSY.

Як раніше було показано для експерименту COSY абсолютних значень, в двомірному спектрі COSY повинні бути збереженими ті сигнали, когерентність яких відповідає одному з шляхів перенесення, показаних на рис. 5.34.

Рис. 5.34. Необхідні комбінації градієнту для вибору P-і N-типів COSY даних. Показані разом з відповідним шляхом перенесення когерентності.

При цьому бажано виділяти сигнали N-типу. Для селекції необхідного шляху перенесення когерентності застосовують фазове кодування когерентності перед другим 90^о імпульсом і декодування після нього, безпосередньо перед детектуванням. Таке кодування здійснюється подачею відповідного градієнтного імпульсу. Як було показано в попередньому параграфі, фазовий кут (Ф), на який повертається намагніченість дією градієнту певної сили та тривалості (G) становить

Ф = pG (5.9)

Тобто він розрізняється для когерентностей різного порядку. Внаслідок цього, після подачі одиничного градієнту на систему ядерних спінів, що має поперечну намагніченість, когерентності різних порядків матимуть різне фазове кодування. Тому для рефокусування когерентностей різних порядків слід подавати різні градієнтні імпульси.

Так, для сигналів N-типу порядки когерентності до і після другого 90^о імпульсу повинні становити +1 і -1. Фазове кодування сигналу з таким порядком когерентності в скороченому вигляді можна записати:

Ф₁ = +1G₁ Ф₂ = -1G₂ (5.10)

Єдиною змінною в цих рівняннях є інтенсивність градієнту. Цілком очевидно, що для того, щоб вплив другого градієнтного імпульсу нейтралізував дію першого для обраного шляху переносу когерентності треба, щоб G₂ = G₁, тобто обидва градієнти повинні бути однаковими. На відміну від цього, для виділення сигналів Р-типу (порядок когерентності -1 по обидва боки від імпульсу) G₂ = -G₁. Іншими словами, в цьому випадку градієнти повинні розрізнятися за знаком. У будь-якому разі, необхідний шлях перенесення когерентності вибирається з одного скану, без застосування фазового циклу. Це пов'язано з тим, що градієнт, який рефокусує сигнали N-типу не рефокусує одночасно і сигнали Р-типу. Тому відпадає потреба у квадратурному детектуванні. Дана градієнтна селекція придушує також аксіальні піки, оскільки вони пов’язані з намагніченістю, що розташована в період t₁ уздовж осі z. Тому перший градієнт на них не діє. Коли ця намагніченість переходить у поперечну площину під дією другого імпульсу, останній градієнт розфазує її і у спектрі вона не спостерігається.

Таким чином, вихідна 4-крокова послідовність фазочутливого COSY (2 для квадратурного детектування по f₁ і 2 - для придушення аксіальних піків) може бути за допомогою ІГП заміненою на однокрокову. При цьому 2D дані збираються за допомогою тільки 1 скану на інкремент. Виграш у часі експериментів становить 4 рази. Чутливість методу така, що вимірювання одного скану на інкремент звичайно є цілком достатнім.