Post on 30-Jul-2020
• Alto campo magnético externo cria uma magnetização (alinha os spins)quebra a degenerescência dos níveis de energia
• Campo eletromagnético oscilante gira a magnetizaçãoprovoca transições entre os níveis de energia
• Interações deslocamento químico; dipolar; escalar; núcleo-elétron; quadrupolar)deslocamento e/ou desdobramento dos níveis de energiadefinem as posições das linhas de ressonância no espectro
• Relaxação longitudinal; transversaldecaimento da magnetizaçãoretorno ao equilíbrioFID (Free Induction Decay)linhas de largura não nula e intensidade finita
Relembrando - RMN
Núcleo (relativo) 0 em 14 T abundância sensibilidadenatural (relativa)
Núcleos de spin ½
Bo
E
2
0BhE
14T
1H = 600 MHz
13C = 150 MHz
14T
Núcleos de spin ½
Experimento 1D mais simples
Parâmetros:
• número de repetições – aumentar relação sinal/ruído• número de repetições “dummy” – equilibrar a amostra• largura espectral (ppm)• centro do espectro (ppm)• resolução espectral (pontos) – define tempo da aquisição (acq)• tempo morto (d1) entre as repetições (ms) – para sistema relaxar• duração (p1) e potência do pulso de 90 (us, dB)• ganho do sinal
Relaxação
Relaxações Induzidas por processos a nível molecularInterações dos spins nucleares com sua vizinhança (trocas de energia) Processos dependentes do tempo (movimento Browniano molecular)Flutuações do campo magnético local
• Relaxação longitudinal ou spin-rede (R1,T1)Troca de energia entre spin e redeSistema dissipa excesso de energia aos arredoresVolta ao equilíbrio térmico (mínima entalpia)T1 mede o tempo para que a magnetização longitudinal (em z) seja recuperadaDetermina, predominantemente, a intensidade do sinal observado
• Relaxação transversal (R2, T2)Troca de energia entre spin e spinSem mudança da energia total do sistemaProcessos independentes do tempo também irão contribuir Difusão dos spins sobre o cone (máxima entropia)T2 mede o tempo para que a magnetização transversal (em xy) seja perdidaDetermina a largura do sinal observado
http://chem.ch.huji.ac.il/nmr/techniques/other/t1t2/t1t2.html
Medida de T1 (longitudinal; spin-rede)
Após pulso de (180 )x:
Após :
Após um novo pulso de (90 )x é feita a aquisição.
A intensidade do sinal será nula em:
http://chem.ch.huji.ac.il/nmr/techniques/other/t1t2/t1t2.html
Medida de T2 (transversal; spin-spin)
Após pulso de (90 )x:
A magnetização começa a perdera coerência no plano xy:
Após é dado um novo pulso de (180 )y
que irá refocalizar a magnetização.Após a refocalização estará completa, e é feita a aquisição.
Variar =2 e obter os espectros. Simular seus máximos pela equação acima.
Mecanismos de relaxação
Cinco mecanismos de relaxação são relevantes em RMN de sistemas biológicos:
• Relaxação pela anisotropia de descolamento químico (desprezível em 1H)Campo magnético local causado pela núvem eletrônica é anisotrópico, variando com o movimento Browniano molecular.
• Relaxação dipolar (predominante em 1H)Interação dipolar é promediada a zero em líquidos, porém a rápida reorientaçãomolecular origina campos flutuantes que estimulam a relaxação.
• Relaxação via acoplamento escalarJAX pode ser dependente do tempo (relaxação escalar do primeiro tipo);campo magnético em X na posição de A pode ser modulada pela relaxação de X (relaxação escalar do segundo tipo).
• Relaxação paramagnética (presença de elétrons desemparelhados)Predomina sobre relaxações de spin nuclear
• Relaxação quadrupolar (núcleos com spin > ½)
As taxas de relaxaçãoserão função dasprobabilidades de relaxaçãoW1
I, W1S, W0
IS e W2IS.
W1I, W1
S : single quantum
SINAL
W0IS : zero quantum
W2IS : double quantum
não são observadas normal-mente, porém podem estarpresentes em mecanismosde relaxação
I S
I S
I S
I S
W1S
W1S
W1I
W1I
W2IS
W0IS
Caminhos de relaxação
Considerando um sistema I S (por exemplo 15N 1H).
sistema em equilíbrio aplicando a RF: saturando S(equalizando suas populações)
I S
I S
I S
I S
I S
I S
I S
I S
Relaxação longitudinal
sistema relaxando, caso sistema relaxando, casoW0
IS e W0IS forem nulos W0
IS e W0IS forem não-nulos
A intensidade de ressonância do spin S vai depender essencialmente da diferença de população entre os níveis de energia envolvendo transições S (no exemplo, = 2).
I S
I S
I S
I S
W1S
W1S
I S
I S
I S
I S
W1S
W1S
W2IS
W0IS
Analisando as diferenças de população intensidade do sinal
• Sistema em equilíbrio (N = 4; = 2).
Diferença de população entre os níveis de transição W1I 2 =
W1S 2 =
W0IS 0
W2IS 4 = 2
I S
I S
I S
I S
N
N
N+
N-
• aplicando a RF: saturando S (equalizando suas populações).
Diferença de população entre os níveis de transição W1I 2 =
W1S 0
W0IS 2 =
W2IS 2 =
I S
I S
I S
I S
N+ /2
N- /2
N+ /2
N- /2
• o sistema vai relaxar, tentando retornar às diferenças de população entre os níveis de transição.
No equilíbrio Fora do equilíbrio Diferença
W1I 2 = W1
I 2 = = 0 (em equilíbrio)W1
S 2 = W1S 0 = 2 = (transições)
Caso o caminho de relaxação W1S for possível, o sistema retornará ao equilíbrio sem a
necessidade de utilizar os caminhos W0IS e W2
IS .
Mas se o caminho de relaxação W1S estiver impedido, por exemplo, por uma saturação
continuamente aplicada? O sistema terá de utilizar os caminhos W0IS e W2
IS para relaxar EXPERIMENTO NOE (Nuclear Overhauser Enhancement).
• Relaxação cruzada ( ): Ocorre quando dois spins estão próximos no espaçoObtida através da medida do NOE
Experimento NOE
Considerando um sistema I S (por exemplo 15N 1H).
sistema em equilíbrio aplicando a RF: saturando S(equalizando suas populações)
I S
I S
I S
I S
I S
I S
I S
I S
Mantendo a saturação em S "ligada", o caminho W1S não poderá ser utilizado para
relaxar. O sistema só tem duas maneiras de relaxar:
No equilíbrio Fora do equilíbrio Diferença
W1I 2 = W1
I 2 = = 0 (em equilíbrio)W1
S 2 = W1S 0 = 2 = (fixa pela saturação)
W0IS 0 W0
IS 2 = = 2 = (transições)W2
IS 4 = 2 W2IS 2 = = 2 = (transições)
W0IS
I S
I S
I S
I S
W2IS
I S
I S
I S
I S W1I
W1I
W1I
W1I
Devido ao caminho W0IS teremos:
W0IS aumenta a população no topo de uma transição I
diminui a população na base da outra transição I
diminui a diferença de população entre os níveis I
diminui o sinal das transições I
N+ /2-d
N- /2+d
N+ /2
N- /2
W0IS
W1I
W1I
Devido ao caminho W2IS teremos:
W2IS diminui a população no topo de uma transição I
aumenta a população na base da outra transição I
aumenta a diferença de população entre os níveis I
aumenta o sinal das transições I
N+ /2
N- /2
N+ /2+d
N- /2-d
W1I
W1I
W2IS
Tendência de W0IS diminuir o sinal das transições I devido à saturação em S
Tendência de W2IS aumentar o sinal das transições I devido à saturação em S
Essas tendências são contrabalanceadas por W1I (que já está em equilíbrio).
Resultado líquido depende do balanço W0IS /W1
I e W2IS /W1
I
W0IS dominante sobre W1
I NOE NEGATIVO (moléculas grandes)W2
IS dominante sobre W1I NOE POSITIVO (moléculas pequenas)
Origem das transições W0IS e W2
IS : campos flutuantes devido aos dipolos nucleares.
NMR em soluções:
• movimento molecular rápido interação dipolar é promediada a zero• rápida reorientação molecular origina campos flutuantes estimulam relaxação
NOE irá depender da distância internuclear (NOE d-6)NOE fornecerá informações de distância!!
http://nmr.wvu.edu/manuals/1_d_experiments/1d_noe_difference