Hyperpolarisering
NMR är en utsökt analysmetod för studier i materialvetenskap. SNC erbjuder avancerad instrumentering och expertis för både fastfas-DNP och upplösnings-DNP (dissolution DNP).
Hyperpolarisering – vad är det?
NMR är en kraftfull teknik för att studera material och molekyler men lider oftast av för låg känslighet därför att polariseringen av kärnors spinn vid termisk jämvikt är väldigt liten. "Hyperpolarisering" refererar till ett antal olika metoder som kan öka polariseringen mångfalt och därmed öka signalintensiteten i ett NMR spektrum med flera storleksordningar. Detta fenomen tillåter snabbare datainsamling alternativt möjlighet att detektera signal från ytor, utspädda lösningar, transienta tillstånd och även låg-gamma kärnor som annars skulle vara omöjliga att observera. Flera approacher till hyperpolarisering finns (t. ex. DNP, parahydrogen-baserade metoder, optisk pumpning) men de delar alla samma mål: generera icke-jämviktspolarisering och överför detta till en förstärkt NMR-signal. Beroende på vald metod så kan hyperpolarisering användas på fasta material (ofta vid låg temperatur) eller lösningar (ofta efter ett nödvändigt överföringssteg), vilket sammantaget gör att applikationerna sträcker sig från materialvetenskap, katalys, kemi, läkemdelsforskning och biomedicinska studier.
MAS DNP för fasta material
Magic Angle Spinning (MAS) ökar upplösningen i spektra av fasta material genom att medelvärdet av spektra från ett prov som roteras snabbt vid 54.7° relativt magnetfältet släcker ut anisotropa interaktioner. Även med MAS så kan många fastfas-experiment vara begränsade av låg känslighet. MAS DNP kan lösa detta genom att överföra polariseringen hos oparade elektroner to närliggande atomkärnor medelst mikrovågsstrålning vid kryogena temperaturer (vanligtvis vid 100 K). Ett typisk förfaringssätt är att impregnera ett prov med en lösning av radikaler, sedan kylas och roteras vid MAS och samtidigt belysas med mikrovågor. Resultatet är en kraftig förstärkning av NMR-signalen vilket kan förkorta mättiden oerhört då den skalar ungefär med inversa kvadratroten av förstärkningen.
På SNC är 400 MHz-magneten utrustad med ett lågtemperaturs-kryokabinett vilket tillåter mätningar på fast material vid temperaturer från 100 till 300 K, med MAS på 1 till 15 kHz.
Bruker 400 MHz Ascend DNP NMR spektrometer
- AVANCE Neo Bruker Console
- 263 GHz Gyrotron
- LT-MAS cryocabinet with automatic refill system
- sweep field unit
- 2 NMR probes : 3.2 mm RTMAS HXY, 3.2 mm DNP LTMAS HXY
Upplösnings-DNP för vätskor
Upplösnings-DNP (dissolution DNP, dDNP) är designat för att producera högpolariserade prover i vätskeform. Polarisationen genereras först i fast fas vid låg temperatur (typisk 1 K) i ett starkt magnetfält med hjälp av mikrovågor i närvaro av ett polariseringsreagens (oparade elektroner). Efter att ha byggt upp polarisering så löses provet snabbt upp med ett varmt lösningsmedel och förflyttas till en NMR-spektormeter för datainsamling i vätskefas. Eftersom det slutgiltiga provet är i vätskefas så innebär dDNP att man kombinerar väldigt känslıghet med också hög spektral upplösning. Detta tillåter studier såsom reaktionskinetik, metabolism såväl som studier av molekyler i låg koncentration. En fundamental begränsning är att hyperpolariseringen klingar av enligt kärnans T1-relaxationstid, vilket i praktiken innebär att experimenten måste utföras snabbt efter upplösning och överföring till NMR-spektrometern. dDNP används främst på kärnor som 13C men också 15N, 31P etc., beroende på vilken kemi och relaxation som systemet har.
På SNC är 800 MHz-magneten kopplad till en dissolution DNP-polarisator som kan polarisera vid 1 K och 5 T.
Leiden Cryogenics Polarizer
• Tecmag Console
• 139 GHz Microwave source
• ULT cryocabinet with automatic refill system
• sweep field unit
• 1 NMR probe to detect a wide range of frequencies.
Tillgång till infrastrukturen
Vill du köra ett hyperpolariseringsexperiment? Det kan du! Bara skriv ett mejl till cesar.sjalsjo@gu.se för att diskutera möjligheten att analysera ditt prov med MAS DNP eller dDNP.
Kostnader
Gå hit för nuvarande information om användaravgifter: https://scilifelab.atlassian.net/wiki/spaces/WTSNC/pages/2252570712/User+fees+SNC+Gothenburg