ESR, NMR pharm HU 2011.pptx

az elektron rendelkezik saját
impulzusmomentummal: spin
Az elektron, a proton és a neutron “feles spinű” részecske.
Ha nem teljesen betöltött héjon/alhéjon párosítatlan
elektron található az adott atomban, akkor az atom
paramágneses: az eredő mágneses momentum
nullától különbözik.
pl.: szabadgyökök (szinglet oxigén, hidroxil-gyök),
stabilis szabadgyökök (nitroxid származékok), Fe 3+ ,
Mn 2+ , Ni 2+ .
Ha az atommagban a protonok vagy a neutronok száma
páratlan, akkor az eredő magspin (az atommag
saját-mágnesesmomentuma) nullától különbözik.
A teljesen betöltött héjak, alhéj (4d 10 )
miatt nincs eredő pályamágnesesmomentum;
az 5s
elektronpályára M L szintén nulla.
Hipotézis: az ezüst atomnak nincs
mágnesesmomentuma, tehát
inhomogén mágneses térben az ezüst
atomok azonos útvonal mentén
mozognak.
Az elektronnak a pályájától független, saját
impulzusmomentuma és saját mágnesesmomentuma
van
S — saját impulzusmomentum
M s — saját mágnesesmomentum
4/4/11
1

A Zeemann-felhasadás mértéke (dE)
arányos a (H) mágneses térerősséggel
Az ESR/NMR spektroszkópia egyik mérési módszere:
— folytonos besugárzás mellett az abszorbeált
energiával arányos jelet mérhetünk;
— az abszorpció mértéke arányos az adott
gerjesztési energiát abszorbeálni képes magok,
elektronok koncentrációjával;
Az NMR spektrum a rendszer által abszorbeált energiát
ábrázolja a gerjesztési energia (Δε) frekvenciájának (ν)
vagy a mágneses térnek (H) a függvényében.
— a lokális térerősség (különböző molekuláris
környezet) miatt az egyes magspinek, elektronspinek
gerjesztési energiája (Δε) különböző;
A mágneses térerősség alkalmas választásával elérhető,
hogy az elektronokat/atommagokat alapállapotból GHz
(ESR) vagy MHz (NMR) frekvenciájú elektromágneses
sugárzással a magasabb energiaállapotba gerjesszük.
E
|β>
ΔE
B 0
|α>
ΔE=konstans*B 0
ΔE=γħB 0
γ – giromágneses
hányados [radian/sT]
A kémiai környezet (az elektronok) hatása az
izolált atommagra: a kémiai eltolódás
4/4/11
3

Spin-rács relaxáció: T1 vagy
longitudinális relaxációs idő
A gerjesztő EM sugárzás megszűnése után a spin
rendszer a többlet energiától igyekszik megszabadulni,
azt a környező “rácsnak ” adja át. Mz növekvő
amplitúdóval visszatér a kezdeti egyensúlyi állapotba
időállandó: T1
A jel amplitúdója az
abszorpcióval, a
proton-konc. arányos
Spektrális információk:
Referencia jel
kémiai eltolódás
Referenciavegyület ismert frekvenciánál/
térerősségnél jelentkező vonala
A különböző kémiai
környezetű protonoktól
származó jel
Spin-spin relaxáció: T2 vagy
transzverzális relaxációs idő
A spinek azonos fázisszöggel
forognak (y irányban) Mxy = max :
kényszerhelyzet. A spinek
eltávolodnak (fázisvesztés), xy
síkban egyenletes eloszlás Mxy = 0
A Fourier-transzformáció
Egy időben változó jel előállítható különböző
freknvenciájú, fázisú és amplitúdójú jelek
összegeként.
2.) A spektrumvonalak
kémiai eltolódásai
1.) A spektrumvonalak
relativ amplitudói
Exponenciálisan lecsengő
mágnesezettség (és indukált
feszültség a vevő
egységben) időállandó: T2
Etanol
CH 3-CH 2-OH
3.) a vonalak
finomszerkezete
4/4/11
4

Modes of signal
detection
Energy absorption
Spin
concentration
A vizsgált rendszer saját (intrinsic)
paramágneses centruma, vagy a
kívülről bejuttatott (extrinsic)
paramágneses centrum alapján van
lehetőség az ESR spektrumok
felvételére.
Sejtmembránba
inkorporált
paramágneses zsírsav
Spektrális információk:
paramágneses
zsírsav izotóniás
sóoldatban
4/4/11
5

Spin labeled fatty acid
incorporated into cell
membrane
Spectral information:
Modes of signal detection
Spin labeled fatty
acid in isotonic
phosphate buffer
Energy absorption
Spin
concentration
Bruker Biospin ERS300 E spectrometer
T = 20 o
T = 0 o T = - 10
o
T = - 15
o
T = - 40
o
4/4/11
6

Scan width: 50 G
The unpaired electron interacts with four protons localized on the
benzene ring (1 : 4 : 6 : 4 : 1 quintet).
Reporter
molecule (SL)
on protein
Spin label
4/4/11
7