Русская Википедия:Гиперполяризация (физика)
Шаблон:Другие значения Гиперполяризация — поляризация ядерных спинов веществ далеко за пределами теплового равновесия. Гиперполяризованные благородные газы обычно используются при магнитно-резонансной томографии лёгких. Уровень поляризации 129Xe и 3He может в 104—105 раз превышать уровень теплового равновесия.
Методы гиперполяризации:
- спин-обменная оптическая накачка;
- оптическая накачка с обменом метастабильностью;
- динамическая поляризация ядер (ДПЯ);
- индуцированная параводородом поляризация ядер (ИППЯ);
- усиление сигнала в результате обратимого обмена.
Спин-обменная оптическая накачка[1]
Луч лазера с круговой поляризацией вызывает электронные переходы в атомах щелочных металлов (например, рубидий) находящихся в газообразном состоянии, тем самым создавая электронную поляризацию. При столкновении щелочных металлов с благородными газами (например, ксенон) в процессе спинового обмена поляризация с электронов переносится на ядра благородных газов.
Динамическая поляризация ядер
Динамическая поляризация ядер основана на переносе электронной поляризации на ядра.[2] Перенос поляризации может осуществляться спонтанно или при спиновом смешивании.
В методе динамической поляризации ядер в жидкой фазе (dissolution-DNP, d-DNP) процесс гиперполяризации происходит в твердом состоянии при низких температурах, после чего образец растворяется в разогретом растворителе и впрыскивается ЯМР ампулу, расположенную в спектрометре ЯМР.[3]
Аналогично ДПЯ в жидкой фазе, существует метод ДПЯ для работы в газовой фазе, где также процесс гиперполяризации происходит в твердом состоянии, после чего вещество в процессе сублимации нагревается и переходит в газообразной состояние, подходящее для детекции в спектрометре ЯМР.[4]
Индуцированная параводородом поляризация ядер
В данном методе используется спиновый изомер водорода — параводород, у которого ядерные спины противоположно направлены. При присоединении параводорода к интересующей молекуле, магнитная эквивалентность ядерных спинов параводорода нарушается, но сохраняется корреляция их спинов, что позволяет наблюдать усиление сигнала в спектрах ЯМР.
Эффекты ИППЯ впервые наблюдались в ходе реакции гидрирования параводородом в сильном поле. Такой эффект был назван PASADENA (Parahydrogen And Synthesis Allows Dramatically Enhanced Nuclear Alignment).[5] В этом случае заселяются уровни имеющие синглетную симметрию, а в спектрах ЯМР наблюдаются два антифазных сигнала.
Другой эффект — ALTADENA (Adiabatic Longitudinal Transport After Dissociation Engenders Nuclear Alignment) — обнаруживается при гидрировании субстрата в слабом магнитном поле.[6] В ALTADENA экспериментах заселяется только один из уровней, соответствующий синглетной симметрии.
Примечания
