Nukleárna Magnetická Rezonancia na Slovensku

1.6.4 Zdroje náhodných polí a relaxačné mechanizmy

Podľa zdroja náhodných magnetických polí spôsobujúcich relaxáciu spinov delíme relaxačné mechanizmy na viacero typov. Medzi základné typy patria:

Dipól-dipólová (DD) relaxácia, pri ktorej relaxácia je spôsobená DD interakciou magnetického dipólu spinov a s magnetickým dipólom iných spinov nachádzajúcich obvykle v tej istej molekule. Interakcia medzi dvojicou dipólov závisí od ich vzájomnej vzdialenosti ako aj od orientácie ich spojnice v externom magnetickom poli. DD-relaxácia je pre 1H a 13C spiny v bežných organických látkach najdôležitejším relaxačným mechanizmom a podrobnejšie bude diskutovaná nižšie.

„Chemical shift anisotropy“(CSA) relaxácia, ktorá je spôsobená tieniacim efektom nesférického elektrónového obalu v okolí spinov, veľkosť ktorého je modulovaná zmenou orientácie molekúl. Význam má najmä pre relaxáciu 31P spinov. Pre 1H spiny ako aj pre sp3 hybridizované 13C spiny je CSA mechanizmus menej dôležitý. Dôležitejší je pre kvartérne sp2 hybridizované 13C spiny.

Spin rotačná (SR) relaxácia vzniká ako dôsledok interakcie medzi spinom (rotačným momentom) jadier a rotačným momentom molekúl alebo určitých fragmentov molekúl (napr. CH3 skupiny).

Elektrická kvadrupólová relaxácia. Spiny s I ≥ 1 môžu vykazovať veľmi efektívnu relaxáciu v dôsledku interakcie ich elektrického kvadrupólového momentu s gradientom elektrických polí, ktorý sa pri tepelnom pohybe molekúl mení. Táto relaxácia je pre mnohé spiny s I ≥ 1 (14N, 35Cl, 23Na,..) dominantná.

Skalárna-relaxácia (1. a 2. druhu) obvykle sa prejaví ako dôsledok kvadrupólovej relaxácie alebo rýchlej chemickej výmeny interagujúceho spinu. Ak je spin s I ≥ 1 v  J- interakcií s inými spinmi, rýchla zmena jeho stavu v dôsledku kvadrupólovej relaxácie vyvolá náhodnú moduláciu J– interakcie tohto spinu s inými spinmi, čo následne môže prispievať k ich relaxácií. Podobný efekt vyvolá rýchla dynamická výmena spinu medzi rôznymi polohy v molekule . Pre 1H a 13C spiny je však tento relaxačný mechanizmus málo dôležitý.

Výsledná relaxácia je daná súčtom príspevkov rôznych relaxačných mechanizmov. Ako bolo spomenuté vyššie pre 1H a 13C spiny v bežných organických látkach najdôležitejším relaxačným mechanizmom je DD-relaxácia.

Pôsobenie týchto náhodných magnetických polí si možno predstaviť ako sériu krátkych náhodných impulzov na spiny v rôznych lokalitách vzorky.