DE3006348A1

DE3006348A1 - Verfahren zur gyromagnetischen resonanzspektroskopie

Info

Publication number: DE3006348A1
Application number: DE19803006348
Authority: DE
Inventors: Luciano Muller
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1980-09-18
Also published as: US4238735A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf gyromagnetische Resonanzspektroskopie und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Auflösen von Multiplettstrukturen, die bei derartiger Spektroskopie anfallen.

Zweiparameterimpulsspektroskopie ist zum Auflösen von Multiplettstrukturen in magnetischen Kernresonanzspektren angewendet worden, die sich aus heteronuklearer Bindung ergeben. Bei einem Verfahren wird eine indirekte Technik angewandt, die sich den Kohärenztransfer der Transversalmagnetisierung zwischen kohärent gekoppelten Spinsystemen zu Nutze macht. Bei diesem Verfahren wird die Transversalmagnetisierung der ersten Gruppe Resonatoren nach einem Zeitintervall t- an eine zweite Gruppe gyromagnetischer Resonatoren übertragen, die mit der ersten Gruppe gekoppelt ist. Dann wird die Dauer des Zeitintervalls t^ in aufeinanderfolgenden Übergangsresonanzen geändert und der freie Induktionsabfall der zweiten Gruppe durch Abfragen der freien Induktionsabfallwellenform in einer Vielzahl von Abfragezeiten tg festgestellt. Die Daten S (■fc-p "^₂) aufeinanderfolgender freier Induktionsabfälle werden dann als Punktion der aufeinanderfolgenden Werte während der Dauer der Intervalle t^ analysiert, um gyromagnetische Resonanzdaten abzuleiten, die zur ersten Gruppe Resonatoren gehören. Zweck dieses Standes der Technik war es, eine Förderung indirekt beobachteter Resonanzdaten durch Unterdrücken der direkt induzierten Komponenten des Resonanzsignals zu er-

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reichen. Bei diesem Verfahren wird jegliche verbleibende Magnetisierung aufgrund der zweiten Gruppe Resonatoren entfernt und nach der Periode t^ eine Transversalmagnetisierung unmittelbar in die zweite Gruppe Resonatoren induziert und die Daten S '(t-j, t₂) erhalten und von der zuvor abgeleiteten. Punktion S (t«, tp) subtrahiert, um den Beitrag der direkten Transversalmagnetisierung in der ersten Datenfunktion S (t.j, t₂) zu unterdrücken. Dies Verfahren ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 28 14 617.O.

Es gehört auch schon zum Stand der Technik, zweidimensionale magnetische Kernresonanzspektren zu beobachten, bei denen eine beliebige Reihenfolge von Mehrfachquantenübergangen wahlweise vorbereitet und detektiert wird. In der älteren Patentanmeldung P 28 47 641.7

wird eine lineare Kombination von phasenverschobenen Daten S₁₁ (t.,, ΐ₂,φ_±) gelehrt, die durch eine geeignete Reihenfolge von Impulsen erhalten wird, welche zu einem Satz zweidimensionaler Daten-Felder führt, die nach⁰ geeigneten linearen Kombinationen wahlweise die gewünschten Mehrfachquantenübergangsspektren liefern.

Aue, Bartholdi und Ernst beschreib en in J. Chem. Phy., Bd. 64, Nr. 5, S. 2229-2246 Null- und Doppelquantenübergänge in kernmagnetischen Resonanzversuchen. Die Vorbereitung der Ungleichgewichts-Ausgangszustände ist demgemäß mittels einer von drei exemplarischen Impulsfolgen zu verwirklichen. Nach

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einer anschließenden Evolutionsperiode t^ wird ein Mischimpuls angelegt, um Mehrfachquantenübergänge in Einfachquanten-Übergänge zu transformieren. Die Veröffentlichung von Aue et al. ist auf die Erregung und Beobachtung von Mehrfachquantenübergängen in homonuklearen Systemen beschränkt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich auf ein heteronukleares Spinsystem (I und S bezeichnen solche gekoppelten Spinsysteme) zum direkten Feststellen der S-Spineigensehaften und durch indirekte Techniken mittels Messungen, die an I-Spinkernen vorgenommen werden, wobei die I-Spinkerne sich durch ein viel größeres gyromagnetisches Verhältnis im Vergleich zu den S-Spinkernen auszeichnen. Gemäß der Erfindung entwickelt sich Null- und Doppelquantenkohärenz zwischen den gekoppelten I- und S-Spinsystemen und wird anschließend in eine Einfachquantenkohärenz im I-Spinsystem (bei Anwendung des indirekten Ausführungsbeispiels) umgewandelt, um als freies Induktionsabfallsignal S (tg) für eine Anzahl von V/erten der Evolutions zeit t-, beobachtet zu werden. Damit werden Zweiparameter-Zeitdomänendaten S (t-, t₂) erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Empfindlichkeit für die V/ahrnehmung gyromagnetische Resonanz in einem heteronuklearen System zu erreichen, bei dem das gyromagnetische Verhältnis des untersuchten Spins im Vergleich zu dem des detektierten Spins sehr schwach ist.

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Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Ungleichgewichtszustand vorbereitet, bei dem heteronukleare Null- und Doppelquantenkohärenz zwischen gekoppelten S-I-Spins durch Anlegen eines ersten und zweiten 90°-Impulses an die I-Spins erreicht wird, wobei die impulse durch ein spezielles Vorbereitungszeitintervall t voneinander getrennt sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein 90°-Impuls auch an die S-Spins gleichzeitig mit dem zweiten an die I-Spins angelegte 90 -Impuls angelegt, so daß die entsprechenden S- und I-Spins in einen Zustand der Planparallelität gebracht werden, um Bedingungen für das Koppeln herzustellen.

Gemäß einem weiteren MerlanaI der Erfindung werden entsprechende 180°-Impulse an jeden der S- und I-Spins im Zeitpunkt t= (t )/2 angelegt, so daß eine störende Einfachquantenkohärenz in beiden Spinsystemen im wesentlichen unterdrückt wird und alle statischen Feldinhomogenitäten refokussiert v/erden.

Gemäß einem v/eiteren Merkmal der Erfindung läßt man die Magnetisierung des gekoppelten Systems sich während einer Periode t- entwickeln, wobei ein nicht-selektiver Echoimpuls an den I-Spin im Zeitpunkt t = (t^)/2 angelegt wird, so daß die Amplituden der heteronuklearen Null- und Doppelquantenlcohärenz im wesentlichen gegeneinander ausgetauscht werden, um bei Beendigung der Periode t., ein Echo zu erzeugen, welches

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mit den Frequenzen der S-Spin und I-I-Spinwechselwirkungen moduliert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die heteronukleare Null- und Doppelquantenkohärenz in eine I-Spin-Einfachquantenkohärenz zur Beobachtung als freier Induktionsabfall umgewandelt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Dauer des Intervalls t^ in aufeinanderfolgenden Übergangserregungen geändert und der freie Induktionsabfall der I-Spinresonanz durch Abfragen in einer Vielzahl von Abfragezeiten festgestellt, die über das Intervall tp hinweg verteilt sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Daten S (t-j, t₂) aufeinanderfolgender freier Induktionsabfälle als Funktion der aufeinanderfolgenden Werte der Dauer des Intervalls t- analysiert, um heteronukleare Spinkorrelationsdaten abzuleiten, anhand derer die chemische Verschiebung der S-Spins und I-Spins identifizierbar ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Termschema eines heteronuklearen Zwei-Spinsystems;

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Fig. 2a eine Impulsfolge für die indirekte Messung von S-Spindaten;

Pig. 2b eine Impulsfolge für die indirekte Messung von S-Spindaten unter Verwendung einer Entkopplung "off resonance";

Fig. 2c eine Impulsfolge zur Verwendung von Rauschentkopplung und einer gekoppelten Mischperiode während der indirekten Beobachtung von S-Spinspektren;

Fig. 3 ein heteronukleares Mehrfachquantenspektrum von Methyljodid;

Fig. 4· eine phasenempfindliche Kreuzkorrelation des Mehrfachquantenspektrums von Methyljodid, welches mit der Impulsfolge gemäß Fig. 2a erhalten wurde;

Fig. 5 eine Impulsfolge zur direkten Beobachtung des S-Spinsystems mit schwachem gyromagnetisehern Moment;

Fig. 6 ein Absolutwertspektrum, welches mit der Impulsfolge gemäß Fig. 5 erhalten wurde.

In Fig. 1 ist die für die Erfindung maßgebliche Charakteristik des physikalischen Systems eines Zweispin-1/2 gekoppelten Systems gezeigt. In der Probe sind zwei getrennte Gruppen Resonatoren S und I vorhanden. Aus Gründen der Einfachheit wird angenommen, daß jeder der Resonatoren S und I entsprechende gyromagnetische Verhältnisse und nukleare Spins von 1/2 4i aufweist. Ferner wird angenommen, daß S- und I-Atoae über Spin-Spin-Wechselwirkung koppeln und ein heteronukleares System bilden. So bildet jedes Spin-1/2-System ein Dublett, und die symbolisch (in ohne weiteres einsichtiger Notation) angegebenen Übergänge I^i-jh I^j» S_k,_k, S ., . sind Übergänge,

die die Besetzung entsprechender Unterniveaus der zu-

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gehörigen Systeme ändern. Die Übergänge S-I.,,_k und S-I--^, sind heteronukleare übergänge, die ferner dadurch gekennzeichnet sind, daß sie der Auswahlregel A M = O, + 2 unterliegen.

sich
Es ist zu erkennen, daß man/den Übergang ΛΜ = ^± 2 eines Paares Spin-1/2-Kerne als parallele Kopplung von Spins (gesamtspindrehimpuls = 1) sowohl im Anfangs stat ium als auch, im Endstadium vorstellen kann, wobei das gekoppelte System eine 180°-Kippung erfährt. Ein solcher Übergang erfordert zwei strahlende Quanten um so die Projektion des Gesamtvektordrehimpulses des Systems (z.B. von +1 zu _T 1) zu ändern, und dies wird als Doppelquantenübergang bezeichnet.

Ein physikalisches Modell eines Null-Quantenüberganges im oben beschriebenen System kann für Zweispin-1/2-Kerne als antiparalleles spingekoppeltes System für den Anfangs- und Endzustand veranschaulicht werden, wobei jeder der S- und I-Kerne 180°-Kippungen erfährt und die Null- Drehimpulsprojektion unverändert läßt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß ein solcher Vorgang, wenn er auch als Full-Quantenübergang bezeichnet wird, tatsächlich eine Art von Zwei-Quantenübergängen ist, da sowohl Emissions- als auch Absorptionsquanten benötigt werden.

In Fig. 2 sind drei Impulsfolgen und Detektionspläne gezeigt, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung auszeichnen. Alle drei Pläne, die in den Fig. 2a, 2b bzw. 2c dargestellt sind, weisen ein Vorbereitungsintervall t , ein Entwi cklung s inte rvall t-j und eine weitere Periode t₂ auf.

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In gewissen Fällen wird auch eine Mischperiode t verwendet. (Eine Vorkonditionierperiode ist gleichfalls nützlich, um Anomalien auszuschalten, die sich aus einem eingeschwungenen Zustand einer nicht null "betragenden Iett©magnetisierung ergeben, wie in Pig. 5 angedeutet). Die Vorbereitungsperiode ist allen drei Figuren gemeinsam, und dient dazu, einen statistischen Ungleichgewichtszustand der gekoppelten Resonatoren des Probenquantumsystems zu erzeugen. Gemäß der Erfindung stellen die gekoppelten Resonatoren ein heteronukleares Molekül dar,

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beispielsweise einen c markierten Kohlenwasserstoff, bei

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dem beispielsweise ^c und Protonen über eine Spin-Spin-Wechselwirkung im infrage stehenden Molekül sich gegenseitig beeinflussen. Die spezielle Auswahl eines Vorbereitungsimpulsplanes wird weiter unten näher erläutert. Zweck der Vorbereitungsperiode im vorliegenden Fall ist es, signifikante Amplituden für Übergänge zwischen den gekoppelten Paaren zu erzeugen, bei denen die sich gegenseitig beeinflussenden Spins

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( -¹C und Protonen dienen als Beispiel) übergänge durchführen, welche durch die Auswahlregeln Δ M = O, + 2 gekennzeichnet cind. Diese induzierten Übergänge charakterisieren Null- und .Doppelquantenkohärenz, und solche Übergänge werden als "verboten" bezeichnet, da die entsprechenden errechneten Übergangsmatrixelemente in erster Ordnung zeitabhängiger Perturbationstheorie verschwinden. Das Erscheinen solcher Übergänge ist nicht im absoluten Sinn verboten; aber die Intensität der Übergänge, für die Δ M = 0, + 2, ist im Vergleich zu den erlaubten Übergängen Δ M = + 1 stark reduziert. In einer Dichte-Matrixformulierung für ein solches System von Spin-Spin ge-

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koppelten Molekülen werden die Null- und Doppelquantenkohärenzübergänge durch bestimmte außerdiagonale Elemente beschrieben. Diese Übergänge sind also durch direkte Messung nicht zu betrachten, und zwar aus dem physikalischen Grund, daß diese Übergänge keine Transversalmagnetisierungskomponente erzeugen. Beim Anlegen eines Mischimpulses ist es möglich, die Magnetisierungskomponenten, die diese Übergänge darstellen, in Transversalkomponenten umzuwandeln, die beobachtbar sind.

Wie aus Pig. 2a, b und c hervorgeht, bewirkt ein bei Beendigung der Evolutionsperiode angelegter 90°-Impuls an die S-SpInS₇ daß die nötige Transformation zu Transversalmagnetisierungskomponenten bewirkt wird, und es wird ein freier Induktionsabfall der I-Spins beobachtet. Das Evolutionsintervall t- wird geändert, und dann wird die entstehende Funktion S (t.|, t₂) aufgenommen^ein Zeitdurchschnittswert derselben gebildet und einer Doppe!fouriertransformation zur Frequenzdomäne unterworfen und dann als ein zweidimensionales Spektrum abgebildet.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat sich gezeigt, daß in der Mitte der Evolutionsperiode das Anlegen eines nicht-selektiven 180°-Echoimpulses an die I-Spins die Wirkung hat, daß die Amplituden der heteronuklearen NuIl- und Zweiquantenkohärenz ausgetauscht werden. Folglich wird bei Beendigung der Jivolutionsperiode das Echo nur von Frequenzen moduliert, die für die S-Spins und die I-I-Wechsel-

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Wirkungen charakteristisch sind, vorausgesetzt daß alle Spins schwach gekoppelt sind. Dieser Impuls liefert ein Refokussieren der chemischen Verschiebung der I-Spins, an die er angelegt ist, sowie aller heteronuklearen Spin-Spin Wechselwirkungen.

Bei der Impulsfolge gemäß Pig. 2a, b und c haben während der Vorbereitungsperiode angelegte impulse die gleiche Phase für jeden der S- und I-Impulse, obgleich kein festes Phasenverhältnis zwischen den entsprechenden S- und I-Trägerfrequenzen nötig ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Fig. 2a, b und c erkennbar, bei dem der 180°-Echoimpuls am Mittelpunkt von t- fehlt. Dieses grundlegende spektroskopische Verfahren wird allgemein als Erzeugung und Detektion einer Mehrfachquantenkohärenz in heteronuklearen Systemen beschrieben. Durch den Einschluß des 180°-lmpulses wird eine Vereinfachung in die zweidimensionalen Spektren eingefügt, die sich aus der Erregung der heteronuklearen Mehrfachquantenkohärenzübergänge und der indirekten Peststellung solcher Resonanz ergeben, weil derartige Spektren keine Signale enthalten, die von ungekoppelten Spins oder anderen heteronuklearen Systemen stammen. Untersuchungen von ^C markierten Kohlenwasserstoffen sind also beispielsweise sicher frei von intensiven Protonensignalen, die von ungekoppelten protonen oder

1 °
mit "Ο gekoppelten Protonen stammen. Das wird durch Pig. 3 bestätigt, in der eine Mehrfachquantenkohärenz indirekt detek-

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tierter heteronuklearer Systeme nach dem Umwandeln zur Einfachquantenkohärenz dargestellt ist. Die untersuchte Probe

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ist CEzI und die erhaltenen Spektren messen die protonenentkoppelte- ^C-Resonanzfreqmenz entlang der u>₂-Achse. Auf der (J--Achse resultiert das Triplett links (niedrigere Werte für UJ₁) aus den vier AM=O Übergängen, und das Triplett rechts (höhere Werte für u> ^) beruht auf vier A M = + 2 Übergängen. Beide Sätze von Übergängen enthalten Entartungen, die zu Tripletten (statt Quadrupletten) mit den beobachteten Intensitätsverhältnissen führen.

Es wird erwartet, daß eine Spinspecies eines heteronuklearen gekoppelten Systems durch ein schwaches gyromagnetisches Verhältnis gekennzeichnet ist. Als Alternative oder gemeinsam damit kann eine Spinspecies in verdünnten Konzentrationen vorhanden sein, wie das bei gewissen natürlich auftretenden Isotopen der Fall ist (z.B. C). Die indirekten. Methoden gemäß Pig. 2a, b und c (und die gleichen Methoden ohne den 180°-Impuls im Zeitpunkt t^/2) stellen eine stark erhöhte Empfindlichkeit zur Beobachtung von Kernen von schwacher Konzentration und/oder schwachem gyromagnetisehern Verhältnis dar, v/eil die Zeeman-Polarisierung der starken gyromagnetischen Spinspecies zur Erzeugung des Anfangszustands dient, und weil es das von der gleichen leicht beobachteten Spinspecies ausgehende Signal ist, welches tatsächlich festgestellt wird, um Informationen hinsichtlich der schwachen gyromagnetischen Spinspecies zu liefern.

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Die Zweispinsysteme und die übergänge des heteronuklearen Systems stehen in ziemlich symmetrischer Beziehung. Diese .Übergänge können vom einen oder anderen Spinsystem erzeugt werden, und die Umwandlung zur Einfachquantenkohärenz kann in der einen oder anderen Spinspecies "bewirkt werden. Es besteht also ein Begleitsatz an Experimenten parallel zu Fig. 2a, b. und c, bei dem die schv/ache gyromagnetische Spinspecies direkt detektiert wird. Deshalb wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgeschlagen, welches die direkte Beobachtung von S-Spinspektren mit I-Spinentkopplung ausnutzt. Das erfolgt vorzugsweise mit den Impulsfolgen gemäß Pig. 5, die sich von der in Pig. 2c beschriebenen Folge dadurch unterscheidet, daß der 180°-Echoimpuls im Zeitpunkt t-/2 an I-Spins angelegt und der 90°-Umwandlungsimpuls an S-Spins angelegt, hier gegeneinander ausgetauscht sind. Dieser Austausch kann für jede der Impulsfolgen gemäß Pig. 2 be\^irkt werden, jedoch wird die impulsfolge gemäß Pig. 5 zwecke maximaler Empfindlichkeit bevorzugt. Das Entkoppeln erfolgt hier während der Detektionsperiode an den nicht tatsächlich beobachteten Spins. Polglich fällt das Multiplett beobachteter Spins in sich zusammen, und die resultierende Spektrumspitzenintensität ist verstärkt. Eine herkömmliche Vor-Vorbereitungssättigungsfolge wird gleichfalls benutzt, um verbliebene Magnetisierung in einer Reihe von Erregungen zu entfernen.

Pig. 6 zeigt Spektren, die nach dem direkten Verfahren gemäß Pig. 5 erhalten wurden. Die Probe ist 2, 3 Dibromthiophen in Dg-Aceton. Die projektion auf top ergibt das proton-

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entkoppelte ^o Dublett. Die Projektion auf u>-t ist das protonenspektrum. Die Linienbreite des auf ω- projizierten Spektrums ist charakteristisch für den Multiquantenübergang. Beim Verfahren gemäß Pig. 5 wird .eine Mischperiode benutzt, und folglich erhält man ein Absolutwertspektrum, wenn nicht weitere Phasenlcorrekturverarbeitung angewandt wird.

Die Erstellung mehrfacher Quantenkohärenzbedingungen in der Vorbereitungsperiode wird gemäß der Erfindung durch zusätzliches Anlegen von 180°-Impulsen an die I- und die S-Spinsysteme im Mittelpunkt des Vorbereitungsintervalls t gefördert. Der auf die I-Spins gerichtete 180°~lmpuls refokussiert diese Momente im Zeitpunkt t , und in diesem Zeitpunkt dreht der aweite (90°) Impuls diesen Spin zwecks Entfernung jeglicher Nettotransversalmagnetisierung. Der auf die S-Spins gerichtete 180°-Impuls betätigt präzedierende Dublettenkomponen-" ten, die keine Hettomagnetisierung abgeben. Während der ersten Hälfte der Periode t sind diese präzedierenden Komponenten divergierend. Die Wirkung des I80⁰-Impulses besteht darin, die präzedierenden Komponenten cegeneinander auszutauschen, wodurch die relative Divergenz anhalten kann. Wenn die Größe des Intervalls t richtig gewählt ist, hat die Divergenz ihren Maximalwert bei Beendigung von t , und die antiparallelen S-Dublettmomente werden dann in Übereinstimmung mit den I-Spins gekippt. Die sich aus ungekoppelten I-Spins ergebende Transversalmagnetisierung ist also durch den 180°-I-Spinimpuls unterdrückt worden, und die S-Spinmomente werden gedreht, um maximale heteronukleare Kopplung an die I-Spins zu zeigen. Die

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Wahl der Größe von t hängt bekanntlich von der heteronukle-Eren Kopplungskonstante J__s ab und läßt sich wie folgt ausdrucken . ^₁ I
y 2 j

Die länge der Mischperiode zur Realisierung des Signals'bei Anwendung des direkten Verfahrens gemäß Mg." 5 basiert auf den gleichen oben erwähnten Überlegungen. Die optimale Wahl für t_m ist 1/2 (t_p).

Es liegt auf der Hand, daß an den oben beschriebenen Verfahren viele Änderungen vorgenommen werden können und viele anscheinend unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung entwickelt werden könnten, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Der 180°-Impuls im Mittelpunkt der Evolutionsperiode kann z.B. durch einen Zug von 180°-Impulsen ersetzt sein, die über die Evolutionsperiode verteilt sind, um die Komplexität von Spektren weiter zu verringern, wenn eine starke Kopplung bei der I-I-Wechse!wirkung zufällig durch die I-S-Kopplung gefördert wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT Orthstroße 12 ■ D-8000 München 60 · Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent •V1 P 510 D VARIAN ASSOCIATES INC., PaIo Alto, CaI. V.St.A. Verfahren zur gyroniagne tischen Resonanzspektroskopie Priorität: 21. Februar 1979 - V.St.A. - USSN 13999 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur gyromagnetischen Resonanzspektroskopie zum indirekten Detektieren gyromagnetxscher Übergangsresonanzen einer ersten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren, die mit einer zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren zusammenwirken, welche heteronukleare spingekoppelte Resonanzsysteme innerhalb einer Probe einer zu analysierenden Materie bilden, wobei die heteronuklearen Systeme Mehrfachquantenkohärenz zeigen,
dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein statistischer resonanter Ungleichgewichtszustand einer Menge der heteronuklearen Resonatoren vorbereitet wird, welcher sich durch nichtverschwindende Null- und Doppelquantenkohärenzübergänge auszeichnet,

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(b) daß der Ungleichgewichtszustand während eines ersten Zeitintervalls entwiclcelngelassen wird,

(c) daß ein nichtselektiver 180°-lmpuls von HP-Energie an die zweite Gruppe angelegt wird, so daß heteronukleare Null- und Doppelquantenübergangsamplituden gegeneinander ausgewechselt werden,

(d) daß der Ungleichgewichtszustand während eines weiteren ersten Zeitintervalls sich entwiclcelngelassen wird,

(e) daß ein 90°-lmpuls von HP-Energie an die erste Gruppe Resonatoren angelegt wird, so daß die Full- und Doppelquantenkohärenz im heteronuklearen spingekoppelten System in Einfachquantenkohärenz in der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren umgewandelt wird,

(f) daß der freie Induktionsabfall der Resonatoren über ein zweites zeitintervall nach dem Anlegen des Umwandlungsimpulses festgestellt und aufgezeichnet wird,

(g) daß die erste Zeitperiode durch Vergrößerung geändert wird und die Schritte a - e einschließlich wiederholt werden, so daß eine zweidimensionale Punktion des ersten und zweiten Zeitintervalls entwickelt wird,

(h) daß die Punktion einer doppelten Pourier-Transformation in die Prequenzdomäne unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Detektierschritt das Anlegen kohärenter Strahlung an die erste Gruppe Resonatoren während des zweiten Zeitintervalls zum Entkoppeln der ersten Gruppe Resonatoren von der zweiten Gruppe auf v/eist.

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3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Detektierschritt die fortgesetzte Wechselwirkung der gekoppelten Systeme im Anschluß an den Umwandlungsimpuls während einer Mischzeitperiode, die dem zweiten Zeitintervall vorausgeht, und das Anlegen einer Breitband-HF-Bestrahlung an die erste

zweiten

Gruppe Resonatoren während des Zeitintervalls aufweist, um die erste Gruppe Resonatoren von der zweiten Gruppe zu entkoppeln.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3»

dadurch gekennzei chne t, daß zum Schritt zur Vorbereitung des statistischen Ungleichgewichtszustands gehört, · daß ein erster Vorbereitungs-90°-HF-Impuls an die zweite Gruppe Resonatoren und nach einem Vorbereitungsintervall t ¹ ein zweiter Vorbereitungs-90°-HP-Impuls an die zweite Gruppe Resonatoren angelegt wird, daß ein 180°-lmpuls an jede Gruppe Resonatoren im wesentlichen im Zeitpunkt V²^_O ^im "Verhältnis zum ersten Vorbereitungsimpuls angelegt wird, und daß ein 90°-HP-lmpuls an die erste Gruppe Resonatoren im wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten Vorbereitungsimpuls angelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbereitungsintervall etwa der Reziprokwert von zweimal der Kopplungskonstante ist, die die Wechselwirkung der ersten und zweiten Gruppe Resonatoren kennzeichnet.

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6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennz eichnet, daß jegliche dauerhafte Magnetisierung der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren vor dem Vorbereitungsschritf des statistischen Ungleichgewichts zustands zerstört wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß eine zweidimensiona-Ie spektrale Abbildung der Fourier-transformierten Frequenz- domänenspektraldaten zur Auflösung und Identifizierung von MultiplettSpektralstrukturen, die der ersten Gruppe Resonatoren zugeordnet sind, geschaffen wird.

8. Verfahren zur gyromagnetischen Resonanzspektroskopie

zum direkten Detektieren gyromagnetischer Übergangsresonanzen einer ersten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren, die mit einer zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren in Wechselwirkung stehen, die heteronukleare spingekoppelte Resonanzsysteme innerhalb einer Probe zu analysierender Materie bilden, wobei die heteronuklearen Systeme Mehrfachquantenkohärenzen zeigen,
dadurch gekennze ichne t, daß

(a) ein statistischer Ungleichgewichtsresonanzzustand einer Menge von heteronuklearen Resonatoren vorbereitet wird, der sich durch nichtverschwindende Hull- und Doppelquantenkohärenzübergänge auszeichnet,

(b) daß der Ungleichgewichtszustand sich während eines ersten Zeitintervalls t.. entwickelngelassen wird,

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(c) daß ein 90°-Impuls von HF-Energie an die erste Gruppe Resonatoren "bei Beendigung der Periode t angelegt wird, wo Null- und Doppelquantenkohärenz in dem heteronuklearen spingekoppelten System "in Einfachquantenkohärenz in der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren umgewandelt wird,

(d) daß der freie Indukt ions ab fall der Resonanzen del? zweiten Gruppe Resonatoren über ein zweites Zeitintervall ±2 nach dem Anlegen des Umwandlungsimpulses festgestellt und aufgezeichnet wird,

(e) daß das erste Zeitintervall durch Vergrößerung geändert wird und daß die Schritte a - e einschließlich wiederholt werden, so daß eine Punktion S (t^, t₂) entwickelt wird,

(f) daß diese Funktion S (t-, tg) einer Doppel-Fourier-Transformation in die Frequenzdomäne unterworfen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtselektiver 180°~Impuls von HF-Energie an die zweite Gruppe nach Ablauf einer Hälfte des ersten Zeitintervalls angelegt wird, so daß die heteronuklearen Null- und Doppelquantenübergangsamplituden gegeneinander ausgewechselt werden, daß die fortgesetzte Evolution des Ungleichgewichtszustandes während eines weiteren Zeitintervalls erlaubt wird, welches einer Hälfte des ersten Zeitintervalls entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Detettierschritt das Anlegen kohärenter Strahlung an die erste Gruppe Resonato-

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ren während des zweiten Zeitintervalls zinn. Entkoppeln der ersten Gruppe Resonatoren von der zweiten Gruppe aufweist.

11. Verfahren nach Arispruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Detektierschritt das Erlauben der fortgesetzten Wechselwirkung der gekoppelten Systeme im Anschluß an den Umwandlungsimpuls während einer Mischzeitperiode, die dem zweiten Zeitintervall voraufgeht, und das Anlegen von HF-Rauschstrahlung an die erste Gruppe Resonatoren während des zweiten Zeitintervalls zum Entkoppeln der ersten Gruppe Resonatoren von der zweiten Gruppe aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennze ichne t, daß zum. Schritt der Vorbereitung des statistischen Ungleichgewichtszustandes gehört, daß ein erster Vor"bereitungs-90^o-HF-lmpüls an die zweite Gruppe Resonatoren angelegt wird und daß nach einem Vorbereitungsintervall t ein zweiter Vorbereitungsimpuls an die zweite Gruppe Resonatoren angelegt wird, daß ein 180°-Impuls an jede der Gruppen von Resonatoren im wesentlichen im Zeitpunkt t /2 im Verhältnis zum ersten Vorbereitungsimpuls angelegt wird, und daß ein 90°-KF-Impuls an die erste Gruppe Resonatoren im wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten Vorbereitungsimpuls angelegt wird.

13· Verfahren nach Anspruch 12, 030038/0654

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dadurch g ekennze i ohne t, daß das Vorbereitungsintervall etwa dem Reziprokwert von zweimal der Kopplungskonstante entspricht, die die Wechselwirkung der ersten und zweiten Gruppe Resonatoren "bestimmt.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennze lehnet, daß jegliche dauerhafte Magnetisierung der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren vor dem Vorbereitungsschritt des statistischen Ungleichgewichtszustands zerstört wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennz ei ohne t, daß eine zweidimensionale spektrale Abbildung der Fourier-transformierten Prequenz- domänenspektraldaten zur Auflösung und Identifizierung von Multiplettspektralstrukturen, die der ersten Gruppe Resonatoren zugeordnet sind, geschaffen wird.

16. Verfahren zur gyromagnetischen Heteronukluear-Resonanz- spektroskopie, dadurch gekennzeichnet, daß Spin-Spin-gekoppelte gyromagnetische Resonatoren anfänglich vorbereitet werden, um Mehrfachquantenkohärenz zu zeigen durch Anlegen eines ersten und zweiten durch Zeitintervall im Abstand voneinander befindlichen 9O°-Impulses, wobei die: Impulse an eine erste Gruppe geeigneter Resonatoren angelegt werden, und ein dritter 9O°- Impuls an eine zweite Gruppe Resonatoren im wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten 90°-Impuls angelegt wird, und daß ein 180°-Impuls

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gleichzeitig an jede der Gruppen von Resonatoren im wesentlichen im Mittelpunkt des Zeitintervalls angelegt wird.

17. Verfahren zur gyromagnetieoiien Reeonansspektroskopie

zum indirekten Detektieren, gyromagnetischer Übergangsresonanzen einer ersten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren, die mit einer zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren in Wechselwirkung stehen, welche heteronukleare, spingekoppelte Resonanzsystem innerhalb einer Probe zu analysierender Materie bilden, wobei die heteronuklearen Systeme Mehrfachquantenkohärenz zeigen,
dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein statistischer Ungleichgewichtsresonanzzustand einer Menge der heteronuklearen Resonatoren vorbereitet wird, welcher sich durch nicht verschwindende Hull- und Doppelquantenkohärenzübergänge auszeichnet,

(b) daß der Ungleichgewichtszustand sich während eines ersten Zeitintervalls 1/2t- entwickelngelassen wird,

(c) daß ein nichtselektiver i80°-Impuls von HP-Energie an die erste Gruppe angelegt wird, so daß heteronukleare Uull- und Doppelquantenübergangsamplituden gegeneinander ausgetauscht werden,

(d) daß die fortgesetzte Entwicklung des Ungleichgewichts zustand s während eines ersten Zeitintervalls erlaubt wird,

(e) daß ein 90°-Impuls von HF-Energie an die zweite Gruppe Resonatoren angelegt wird, so daß null- und Doppelquantenkohärenz in dem heteronuklearen, spingekoppelten Sy-

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stem in Einfachquantenkohärenz in der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren umgewandelt wird,

(f) daß der freie Induktionsabfall der Resonanzen über ein zweites Zeitintervall hinweg nach dem Anlegen des Umwandlungsimpulses festgestellt und aufgezeichnet wird,

(g) daß die erste Zeitperiode durch Vergrößerung geändert wird_f und daß die Schritte a - e einschließlich wiederholt werden, so daß eine zweidimensional Punktion des ersten und zweiten Zeitintervalls entwickelt wird,

(h) daß die Punktion einer Doppel-Pourier-Transformation in die Frequenzdomäne unterworfen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17»

dadurch gekennz ei chnet, daß der Detektierschritt das Anlegen kohärenter Strahlung an die erste Gruppe Resonatoren während des zweiten Zeitintervalls zum Entkoppeln der ersten Gruppe Resonatoren von der zweiten Gruppe aufweist«

19. Verfahren nach Anspruch 17»

dadurch gekennzeichnet, daß zum Detektierschritt gehört, daß den gekoppelten Systemen erlaubt wird, die Viechseiwirkung nach dem Umwand lungs impuls während einer Mischzeitperiode fortzusetzen, die dem zweiten Zeitintervall voraufgeht, und daß HP-Rauschstrahlung an die erste Gruppe Resonatoren während des zweiten Zeitintervalls angelegt wird, um die erste Gruppe Resonatoren von der zweiten Gruppe zu entkoppeln.

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20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,

dadurch ge kennzeichne t, daß zum Schritt der Vorbereitung des statistischen Ungleichgewichtszustande gehört, daß ein erster Vorbereitungs-90°-HF-Impuls an die zweite Gruppe Resonatoren angelegt wird und daß nach einem Vordere itungsintervall t ein zweiter Vorbereitungs-90°-Impuls an die zweite Gruppe Resonatoren angelegt wird, daß ein 180°-lmpuls an jede Gruppe Resonatoren im wesentlichen im Zeitpunkt 1/2t im Verhältnis zum ersten Vorhereitungsimpuls angelegt wird, und daß ein 90°-HF-Impuls an die erste Gruppe Resonatoren im wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten Vorbereitungsimpuls angelegt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20,

dadurch gekennz eichne t, daß das Vorbereitungsintervall etwa der Reziprokwert von zweimal der Kopplungskonstante ist, die die Wechselwirkung der ersten und zweiten Gruppe Resonatoren kennzeichnet.

22. Verfahren nach Anspruch 21,

dadurch gekennz ei ohne t, daß jegliche dauerhafte Magnetisierung der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren vor dem Vorbereitungsschritt des statistischen Ungleichgewichts zustand s zerstört wird.

23. Verfahren nach Anspruch 27,

dadurch gekennzeichnet, daß eine zweidimensionale spektrale Abbildung der Fourier-transformierten Frequenz-

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- I ι -

domänenspektraldaten zur Auflösung und Identifizierung von Multiplettspektralstrukturen, die der ersten Gruppe Resonatoren zugeordnet sind, geschaffen wird.

24. Verfahren zur gyromagnetischen Eesonanzspektroskopie

zum direkten Detektieren gyromagnetischer Übergangsresonanzen einer ersten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren, die mit einer zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren in Wechselwirkung stehen, die heteronukleare, spingekoppelte Resonanzsysteme innerhalb einer Probe zu analysierender Materie bilden, wobei die heteronuklearen Systeme Mehrfachquantenkohärenzen zeigen,
dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein statistischer Ungleichgewichtsresonanzzustand einer Menge von heteronuklearen Resonatoren vorbereitet wird, der sich durch nicntverscnwindende Hull- und Doppelquantenkohärenzübergänge auszeichnet,

(b) daß der Ungleichgewichtszustand sich während eines ersten Zeitintervalls t^ entwickelngelassen wird,

(c) daß ein 90°-Impuls von HP-Energie an die erste Gruppe Resonatoren bei Beendigung der Periode t angelegt wird, wo Hull- und Doppelquantenkohärenz in dem heteronuklearen spingekoppelten System in Einfachquantenkohärenz in der zweiten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren umgewandelt wird,

(d) daß der freie Induktionsabfall der Resonanzen der ersten Gruppe Resonatoren über ein zweites Zeitintervall t₂ nach dem Anlegen des Umwandlungsimpulses festgestellt und aufgezeichnet wird,

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(e) daß das erste Zeitintervall durch Vergrößerung geändert wird und daß die Schritte a - e einschließlich wiederholt werden, so daß eine Punktion S (t-j, t₂) entwickelt wird,

(f) daß diese Punktion S Ct₁, t_g) einer Doppel-Pourier-Transformation in die Prequenzdomäne unterworfen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24,

dadurch gekennze i ohne t, daß ein nichtselektiver I80⁰-Impuls von HP-Energie an die zweite Gruppe nach Ablauf einer Hälfte des ersten Zeitintervalls angelegt wird, so daß die heteronuklearen ITuIl- und Doppelquantenübergangsamplituden gegeneinander ausgewechselt werden, daß die fortgesetzte Evolution des Ungleichgewichtszustandes während eines-weiteren Zeitintervalls erlaubt wird, welches einer Hälfte des ersten Zeitintervalls entspricht.

26. Verfahren nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, daß der Detektierschritt das Anlegen kohärenter Strahlung an die zweite Gruppe Resonatoren während des zweiten Zeitintervalls zum Entkoppeln der zweiten Gruppe Resonatoren von der ersten Gruppe aufweist.

27. Verfahren nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, daß der Detektierschritt das Erlauben der fortgesetzten Wechselwirkung der gekoppelten Systeme im Anschluß an den Umwandlungsimpuls während einer Mischzeitperiode, die dem zweiten Zeitintervall voraufgeht, und das Anlegen von HP-Rauschstrahlung an die zweite

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Gruppe Resonatoren während des zweiten Zeitintervalls zum Entkoppeln der zweiten Gruppe Resonatoren von der ersten Gruppe aufweist.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27,

dadurch gekennzeichnet, daß zum Schritt der Vorbereitung des statistischen Ungleichgewichtszustandes gehört, daß ein erster Vorbereitungs-90°-HF-Impuls an die erste Gruppe Resonatoren angelegt v/ird_/ und daß nach einem Vorbereitungsintervall t ein zweiter Vorbereitungsimpuls an die erste Gruppe Resonatoren angelegt wird, daß ein 180°-Impuls an jede Gruppe Resonatoren im wesentlichen im Zeitpunkt t /2 im Verhältnis zum ersten Vorbereitungsimpuls angelegt wird, und daß ein 90⁰-H;F-Impuls an die zweite Gruppe Resonatoren im wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten Vorbereitungsimpuls angelegt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28,

dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbereitungsintervall etwa dem Reziprokwert von zweimal der Kopplungskonstante entspricht, die die Wechselwirkung der ersten und zweiten Gruppe Resonatoren bestimmt.

30. Verfahren nach Anspruch 29,

dadurch gekenn.ζ e i ohne t, daß jegliche dauerhafte Magnetisierung der ersten Gruppe gyromagnetischer Resonatoren vor dem Schritt der Vorbereitung des statistischen Ungleichgewichtszustandes zerstört wird.

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-H-

31. Verfahren nach Anspruch 30,

dadurch gekennzeichnet, daß eine zweidimensionale spektrale Abbildung der Pourier-transformierten Frequenz- domänenspektraldaten zur Auflösung und Identifizierung von Multiplettspektralstrukturen, die der zweiten Gruppe Resonatoren zugeordnet sind, geschaffen wird.

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