I
Изобретение относится к области ЯМРспектроскопии, занимающейся исследованием поступательной диффузионной подвижности молекул жидкостей.
Изобретение, опирающееся на импульсный метод ЯМР, может быть использовано для Непосредственного измерения эффективного коэффициента диффузии молекул, адсорбированных на различных подложках ари низких уровнях адсорбции, а также для измерения коэффициента диффузии молекул жидкостей, имеющих короткие времена ядерной релаксации.
Известные способы непосредственного измерения диффузии молекул жидкостей с использованием импульсного метода ЯМРметода спинового эха различаются способом приложения градиента магнитного поля, а именно приложением градиента поля, не зависящего от времени, - метод постоянного градиента 1J и импульсным приложением градиента магнитного поля - метод импульсного градиента 2.
Известен способ измерения диффузии адсорбированных молекул жидкостей, основанный -на явлении спинового эха ядерного магнитного резонанса, по которому образец .подвергают воздействию и 180°-ных радиочастотных (РЧ) импульсов и после каждого импулься включяюг опинаковые прямоугольные импульсы линейного градиента магнитного поля 3.
Недостатком указанного способа является аномальное подавление (спад) амплитуды эха недиффузионной природы при интервалах между градиентными импульсами ,5 мсек, так как при низких уровнях адсорбции относительно небольшое содержание в исследуемом образце адсорбированных молекул, имеющих короткие времена ядерной релаксации, ограничивает верхний предел вариации времени между РЧимпульсами т и соответственно между градиентными импульсами (Д) величиной 1- 1,5 мсек. Это аномальное, недиффузионное подавление эха не позволяет измерять диффузию адсорбированных молекул при низких уровнях адсорбции, хотя именно эти измерения представляют наибольщий интерес. Установлено, что аномальное подавление обусловлено неидентичностью конфигурации градиента магнитного поля в интервалах между 90°- и 180°-ными РЧ-импульсами и 180°-ным РЧ-импульсом и моментом появления эха, а также перекрытием заднего фронта первого градиентного импульса со 180°-ным РЧ-импу 1ьсом, вызывающим неоднородное уширение линии поглощения ЯМР. Это заключение сделано на ппнппр яртя.пкнпт игглрппяяния Annviur
заднего фронта градиентных импульсов-остаточного градиента (goc). Оказалось, что градиентный импульс вызывает локальное изменение градиента поля лабораторного матнита, которое вследствие гистерезиса запаздывает за изменением поля, подаваемого на исследуемый образец градиентного импульса. Остаточный градиент накладывается на градиент поля лабораторного магнита, что .приводит к иеоднородному уширению линии поглощения ЯМР и к неидентичности конфигурации градиента магнитного поля в указанных интервалах. Таким образом, основной причиной подавления является отклонение реальной формы градиентного импульса от прямоугольной- затягивание заднего ф,ронта.
Цель предлагаемого- изобретения - устранение причин аномального подавления и получение возможности непосредственного измерения диффузии быстрорелаксирующих адсорбированных молекул.
Но предлагаемому способу исследуемый образец подвергают воздействию дополнительного прямоугольнОГО импульса линейного градиента магнлтного поля, который включается перед им.пульсом, причем параметры доиолнительного импульса идентичны с параметрами двух последующих градиентных импульсов, а временной интервал между моментом включения дополнительного импульса и 90 -ного .импульса равен интервалу между моменто.м Bicuoчения иервого градиентного импульса и импульсом и, кроме того, после каждого прямоугольного градиентного импульса включается градиентный импульс обратной полярности с формой, соответствующей форме затягивания задних фронтов прямоугольных градиентных импульсов.
На фиг. 1 изображена схема расположения градиентных Р4-импульсов по предлагаемому способу; на фиг. 2 - график, иллюстрирующий эффективность, достигнутую олагодаря предлагаемо.му спосооу.
На фиг. 1 изображен дополнительный прямоугольный градиентный импульс 1, 9и-ный Р4-Импульс 2, первый прямоугольный градиентный импульс 3, ibU -HbUi Н4импульс 4, второй прямоугольный градиентный имлульс 5, сигнал-эхо 6, градиентные .импульсы компенсации 7, 8 и 9. Дополнительный прямоугольный градиентный импульс симметрирует градиент магнитного поля в интервалах 90 -180° и , а имиульсы компенсации устраняют причины неоднородного ущирения линии поглощен.ия ЯМР и исключают эффект накопления градиента магнитного поля при малых А, обусловленный затягиванием задних фронтов прямоугольных градиентных «мпульсов. Включение только импульсов компенсации не позволяет полностью исключить эффект -подавления.
Предлагаемый способ испытан при контрольных из.мерен.иях диффузии чистых жидкостей с известными коэффициентами диффузии (вода, бутиловый спирт, глицерин). Действительно, для кривой, полученной известным способом (фиг. 2, поз. 10), при ,5 мсек наблюдается аномальное лодагзлспис эха, которое закл очается в отклонении зависимости амплитуды эха от
Д, построенной в полулогарифмическом масштабе от линейной. В то же время этого не наблюдается для. кривой, полученной предлагаемым способом (фиг. 2, поз. 11). Предлагаемый способ использован для
измерения эффективного коэффициента аФФ молекул воды, адсорбированной на белке - бычьем сывороточном альбу.м.ине в количестве 0,22 г на I г белка. Использование нового способа позволило
впервые непосредственно измерить . Величина при установлена равНой 2,4-10 с энергией активации диффузии, равной 6,5 ккал/моль, для диапазона температур 20-50°С.
Измерения проводились следующим образом. Устанавливалась величина А и измерялась зависимость R от (б) .при А const. Из наклона линейной зависи.мости InR от (6g)2 с помощью приведенного ниже выражения определялась величина эфф
/ - ехр -( ( - Т ) А
эфф
где 7 - гиромагн.итное отнощевие;
и - длительность градиентных импульсов;
g - их а.мплитуда. Использование предлагаемого способа
позволяет непосредственно измерять диффузию адсорбированных молекул .при низких уровнях адсорбции, что ранее было .невозможно вследствие аномального недиффузионного подавления эха.
Предлагаемый способ полезен также для измерения диффузии молекул жидкостей, имеющих короткие .времена ядерной релаксации и для .исследования ограниченной диффузии. Последнее обстоятельство связано с тем, что этот способ позволяет у.меньщить время наблюдения за диффундирующими молекулами.
Спо.соб разработан и испытан .арименительно к .исследованию диффузии молекул
воды, адсорбированной на различных биологических матрицах, однако может быть использован и в других отраслях народного хозяйства. Например, .в промыщленности химического катализа, для исследования
активности катализаторов, .в нефтяной промышленности, в промыщленности, производящей молекулярные сита, и т. д.
Эффективность предлагаемого способа определяется его новизной. Способ позволяет проводить измерения за 10-15 мин,
объект исследйвания может иметь произвольную геометрическую форму.
Формула изобретения
Способ измерения диффузии адсорбированных молекул жидкостей, основанный на явлении спинового эха ядерного магнитного резонанса, в котором образец подвергают воздействию 90°- -и 180°-радиоча€тотных импульсов и после каждого радиочастотного импульса включают од1инаковые ирямоугольные импульсы линейного градиента магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью получения возможности измерения диффузии быстрорелакоирующих адсорбированных молекул, исследуемый образец подвергают воздействию дополнительного прямоугольного импульса линейного градиента магнитного поля, который включается перед 90° импульсом, причем параметры дополнительного импульса идентичны с параметрами двух последующих градиентных импульсов, а временной интервал между моментом включения дополнительного импульса н 90° импульса равен интервалу между моментом -включения первого градиентного .импульса и 180°-ным импульсом и, кроме того, после каждого прямоугольного градиентного импульса включается градиентный лмпульс обратной полярности с формой, соответствующей форме затягивания задних фронтов прямоугольных градиентных им.пульсов.
Источники (Информации,
принятые во вниман.ие ири экспертизе
1.D. Е. Woessner, J. Chem. Phys., 1961, 34, 2057.
2.J. Karger, W. Heink, Z. Exp. Techn Phys, 1971, 19, 453.
3. E. O. Stejskal, J. E. Tanner, J. Chem. Phys, 1965, 42, 288.
W
.s
.6
R
