Principi di rilassamento NMR e basi del “metodo Minispec” Mauro A. Cremonini, Dipartimento di Scienze degli Alimenti, Università di Bologna. E-mail: mac@foodsci.unibo.it.

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Aula Magna Sala NMR Sala PC

I nuclei degli atomi NMR-attivi si comportano come se fossero piccoli magneti

In assenza di campo magnetico esterno i nuclei sono distribuiti in modo casuale

In presenza di un campo magnetico B0 esterno la distribuzione cambia ... ... ogni nucleo ha un moto di precessione attorno a B0 ... e e B0

X Y Z

In un campione reale ... +Z Y X X -Z

In un campione reale ... X Y +Z -Z

...ogni nucleo ha fase diversa! In un campione reale ... +Z Y X X -Z ...ogni nucleo ha fase diversa!

Dunque in media in presenza di B0 ... Y X X -Z Nessuna magnetizzazione sul piano XY Magnetizzazione macroscopica lungo Z

Quando applichiamo un impulso di RF al sistema lungo una direzione adeguata ... B0 ... portiamo la magnetizzazione sul piano XY ...

B0 ... dove in assenza di ulteriori sollecitazioni ... ... ruota con velocità angolare pari alla frequenza di risonanza dei nuclei.

Situazione sul piano XY Prima dell'impulso... Dopo l'impulso... Y X Y X Y X ... nessuna magnetizzazione su XY. ... magnetizzazione “visibile” su XY.

Magnetizzazione “visibile” su XY...? - X +

Il ricevitore “vede” sempre la proiezione della magnetizzazione su di esso. X Y X Y

In realtà l'oscillazione è smorzata... X Y X Y ...con una costante di tempo chiamata T2*

Il T2* è influenzato: dal tipo di campione (ad esempio: solido/liquido); dall'omogeneità del campo magnetico.

della magnetizzazione sul piano XY. Negli spettrometri a basso campo tutti i nuclei hanno la medesima frequenza di risonanza, dunque è conveniente “sincronizzare” la fase del ricevitore con quella della magnetizzazione sul piano XY. Da così... ...a così.

In questo modo è molto più semplice interpretare curve contenenti i segnali di materiali diversi aventi un diverso T2.. Ecco il caso di una biesponenziale.

... magnetizzazione lungo Z ... nessuna magnetizzazione lungo Z Situazione lungo Z Prima dell'impulso... Dopo l'impulso... +Z +Z X X -Z -Z ... magnetizzazione lungo Z ... nessuna magnetizzazione lungo Z

Lungo l'asse Z il sistema ritorna all'equilibrio con un tempo caratteristico T1 Dopo 5*T1 secondi si recupera il 99% della magnetizzazione Dopo 3*T1 secondi si recupera il 95% della magnetizzazione Dopo 1*T1 secondi si recupera il 63% della magnetizzazione

[ ] Il più semplice esperimento (“sequenza”) NMR è dunque: AQ RD AQ + RD > 3-5 T1 Il rapporto S/N migliora con Come usare questa sequenza per determinare ad esempio la % di grasso solido in una margarina?

B0 La frazione solida ha un T2* tale che a 70 ms dopo l'impulso è già quasi completamente decaduta a zero. (dunque T2* circa 70/5 = 14 ms) Tubo La frazione liquida ha un T2* tale che a 70 ms dopo l'impulso è decaduta solo di circa 1%. B0 Campione solido Ricevitore

Fondendo il campione... B0 La frazione solida scompare e il segnale a 70 ms di quella liquida cresce... Tubo B0 Campione fuso In questo caso il risultato è 30% (per c=1) Ricevitore

C'è un modo più rapido? Si, usando il segnale del campione solido in modo adeguato.

B0 Fase solida Fase liquida FID ottenuta Tubo Campione solido Ricevitore

In un caso ideale ... Qui c'è la somma dei segnali delle due fasi Qui c'è solo il segnale della fase liquida (Iliq) Is

{ AQ RD Tempo morto (transizione tra TX e RX) Si perdono i primi istanti del FID { AQ RD

Nel caso reale ... Il segnale dopo il tempo morto non rappresenta la somma delle due fasi! Qui c'è solo il segnale della fase liquida (Iliq) Is'