الدوران السحري للزاوية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
الدوران بزاوية سحرية: تدور العينة (باللون الأزرق) بتردد عالٍ داخل المجال المغناطيسي الرئيسي ( B0 ) . يميل محور الدوران بزاوية سحرية θm بالنسبة لاتجاه B0 .

في مطيافية الرنين النووي المغناطيسي للحالة الصلبة ، تُعد تقنية الدوران بزاوية سحرية (MAS) تقنية شائعة الاستخدام لإنتاج أطياف رنين نووي مغناطيسي ذات دقة أفضل. تعتمد تقنية MAS NMR على تدوير العينة (عادةً بتردد يتراوح بين 1 و130 كيلوهرتز ) بزاوية سحرية θm ( حوالي 54.74 درجة، حيث cos 2θm = 1/3) بالنسبة لاتجاه المجال المغناطيسي . 

تؤدي ثلاثة تفاعلات رئيسية مسؤولة عن الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة ( التفاعل ثنائي القطب ، وتباين الإزاحة الكيميائية ، والتفاعل رباعي الأقطاب ) غالبًا إلى خطوط رنين مغناطيسي نووي عريضة جدًا وغير مميزة. ومع ذلك، فإن هذه التفاعلات الثلاثة في المواد الصلبة تعتمد على اتجاه الجزيء، ويمكن تقليل تأثيرها إلى حد ما باستخدام تقنية الدوران بزاوية سحرية (MAS).

  • للتفاعل ثنائي القطب النووي3كوس2⁡θ-1{\displaystyle 3\cos ^{2}\theta -1}التبعية، حيثθ{\displaystyle \theta }هي الزاوية بين المحور بين النوى والمجال المغناطيسي الرئيسي. ونتيجةً لذلك، يتلاشى التفاعل ثنائي القطب عند الزاوية السحرية θm ، ويُزال التفاعل المُساهم في اتساع الخط الطيفي. مع أنه لا يمكن ضبط جميع متجهات النوى على الزاوية السحرية، فإن تدوير العينة حول هذا المحور يُنتج التأثير نفسه، شريطة أن يكون التردد مُقارباً لتردد التفاعل. إضافةً إلى ذلك، تظهر مجموعة من النطاقات الجانبية الدورانية على الأطياف، وهي عبارة عن خطوط حادة تفصلها عن تردد الرنين المتساوي الخواص مُضاعفات سرعة الدوران.
  • يمثل تباين الإزاحة الكيميائية (CSA) اعتماد الإزاحة الكيميائية على الاتجاه. ويمكن حساب متوسط ​​أنماط المسحوق الناتجة عن تفاعل CSA بواسطة تقنية MAS، مما ينتج عنه رنين واحد متمركز عند الإزاحة الكيميائية المتساوية الخواص (مركز كتلة نمط المسحوق).
  • يتم حساب متوسط ​​التفاعل الرباعي الأقطاب جزئيًا فقط بواسطة MAS مما يترك تفاعلًا رباعي الأقطاب ثانويًا متبقيًا.

في الرنين المغناطيسي النووي في الحالة السائلة، يتم التخلص من معظم هذه التفاعلات بسبب الحركة الجزيئية السريعة المتوسطة زمنياً التي تحدث بسبب الطاقة الحرارية (التقلب الجزيئي).

دوارات Bruker MAS. من اليسار إلى اليمين: 1.3 مم (حتى 67 كيلوهرتز)، 2.5 مم (حتى 35 كيلوهرتز)، 3.2 مم (حتى 24 كيلوهرتز)، 4 مم (حتى 15 كيلوهرتز)، 7 مم (حتى 7 كيلوهرتز)

يتم تدوير العينة بواسطة آلية توربينية هوائية دافعة ، حيث يُرفع أنبوب العينة بواسطة محمل غاز مضغوط عديم الاحتكاك ، ثم يُدار بواسطة محرك غازي. أنابيب العينات عبارة عن أسطوانات مجوفة بأقطار خارجية متنوعة تتراوح من 0.70 إلى 7  مم، ومثبتة بغطاء توربيني. تُصنع الدوارات عادةً من أكسيد الزركونيوم، مع إمكانية استخدام مواد خزفية أخرى (مثل نتريد السيليكون ) أو بوليمرات ( مثل بولي (ميثيل ميثاكريلات) (PMMA) وبولي أوكسي ميثيلين (POM)). تُغلق أطراف أنبوب العينة بأغطية قابلة للإزالة، وهي مصنوعة من مجموعة متنوعة من المواد، مثل Kel-F أو Vespel أو الزركونيا ونتريد البورون، لتوفير نطاق واسع من درجات الحرارة.

وُصفت تقنية الغزل بزاوية سحرية لأول مرة عام 1958 من قِبل إدوارد ريموند أندرو ، وأ. برادبري، و ر. ج. إيدز [ 1 ] ، وبشكل مستقل عام 1959 من قِبل إ.  ج. لوي. [ 2 ] وقد صاغ كورنيليس ج. غورتر مصطلح "الغزل بزاوية سحرية" عام 1960 في مؤتمر AMPERE في بيزا. [ 3 ]

الاختلافات

الدوران بزاوية سحرية عالية الدقة (HR-MAS)

تُستخدم تقنية الرنين المغناطيسي النووي عالي الدقة (HRMAS) عادةً في المحاليل والهلاميات حيث لا يتم حساب متوسط ​​تفاعلات ثنائي القطب بشكل كافٍ بواسطة الحركة الجزيئية الوسيطة. تستطيع هذه التقنية تقليل متوسط ​​تفاعلات ثنائي القطب المتبقية بشكل كبير، مما ينتج عنه أطياف ذات عرض خطوط مشابه لعرض خطوط الرنين المغناطيسي النووي في الحالة السائلة. تُسهم تقنية HRMAS في سد الفجوة بين الرنين المغناطيسي النووي في الحالة السائلة والحالة الصلبة، وتُمكّن من استخدام تجارب الحالة السائلة [ 4 ].

تم وصف تقنية HRMAS وتطبيقاتها في البحوث الطبية لأول مرة في دراسة أجريت عام 1997 على أنسجة دماغية بشرية مصابة باضطراب تنكسي عصبي. [ 5 ]

حلول سحرية لغزل الزاوية

تم توسيع استخدام تقنية الدوران بزاوية سحرية من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة (المحلول) في الرنين المغناطيسي النووي. [ 6 ]

تحول الزاوية السحرية

تعتمد تقنية الدوران بزاوية سحرية (MAT) التي قدمها غان على  الدوران البطيء (حوالي 30 هرتز) لعينة مسحوقة عند الزاوية السحرية، بالتزامن مع نبضات متزامنة مع 1/3 من فترة الدوار، للحصول على معلومات الإزاحة المتساوية في بُعد واحد من طيف ثنائي الأبعاد. [ 7 ]

كرات دوارة بزاوية سحرية

بدلاً من استخدام دوارات أسطوانية، يمكن تدوير الكرات الدوارة بثبات عند الزاوية السحرية، مما يُتيح زيادة عامل ملء الملفات، وبالتالي تحسين الحساسية. [ 8 ] تسمح الكرات الدوارة بزاوية سحرية بثبات دوران العينة بزاوية سحرية مع معدلات دوران أسرع. [ 9 ]

التطبيقات

توجد مزايا كبيرة لاستخدام تقنية الرنين المغناطيسي النووي بزاوية سحرية (MAS NMR) في علم الأحياء البنيوي. إذ يمكن استخدام هذه التقنية لتوصيف الأنظمة الكبيرة غير القابلة للذوبان، بما في ذلك التجمعات البيولوجية والفيروسات السليمة، والتي لا يمكن دراستها باستخدام طرق أخرى. [ 10 ]

مراجع

  1. ↑ إي آر أندرو؛ أ. برادبري؛ آر جي إيدز (1958). "أطياف الرنين المغناطيسي النووي من بلورة تدور بسرعة عالية" . مجلة نيتشر . 182 (4650): 1659. رمز Bibcode : 1958Natur.182.1659A . doi : 10.1038/1821659a0 .
  2. ↑ آي جيه لوي (1959). "اضمحلالات الحث الحر للمواد الصلبة الدوارة". مجلة Physical Review Letters ، المجلد 2 (7): 285-287 . رمز Bibcode : 1959PhRvL...2..285L . doi : 10.1103/PhysRevLett.2.285 .
  3. ^ جاسيك دبليو هينيل. جاسيك كلينوفسكي (2005). “غزل الزاوية السحرية: منظور تاريخي”. في جاسيك كلينوفسكي (محرر). تقنيات جديدة في الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة . المجلد. 246. سبرينغر. ص 1 – 14. دوى : 10.1007 / b98646 . رقم ISBN   978-3-540-22168-5PMID 22160286​​ {{cite book}}تم تجاهل هذا |journal=( مساعدة ) ( تقنيات جديدة في الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة ، ص 1، على كتب جوجل )
  4. ^ هاندل ، هايدي. جيزيل، إلكه؛ جوتشال، كلاوس؛ ألبرت كلاوس (2003). “تطبيق التحليل الطيفي HRMAS 1H NMR للتحقيق في التفاعلات بين الروابط والمستقبلات الاصطناعية”. Angewandte Chemie الطبعة الدولية . 42 (4): 438-442 . دوى : 10.1002/anie.200390133 . بميد 12569511 . 
  5. ↑ تشنغ، ليو؛ وآخرون (1997). "علم الأمراض العصبية الكمي باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي البروتوني عالية الدقة بتقنية الدوران بزاوية سحرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 94 ( 12): 6408-13 . Bibcode : 1997PNAS...94.6408C . doi : 10.1073/pnas.94.12.6408 . PMC 21063. PMID 9177231 .  
  6. ↑ بولينوفا، تاتيانا؛ غوبتا، روبال؛ غولدبورت، أمير (20 مارس 2016). "مطيافية الرنين النووي المغناطيسي بزاوية الدوران السحرية: تقنية متعددة الاستخدامات للتحليل البنيوي والديناميكي للأنظمة الصلبة" . الكيمياء التحليلية . 87 (11): 5458-5469 . doi : 10.1021/ac504288u . PMC 4890703. PMID 25794311 .  
  7. ↑ هو، جيه زد؛ وانغ، دبليو؛ ليو، إف؛ سولوم، إم إس؛ ألدرمان، دي دبليو؛ بوغمير، آر جيه؛ غرانت، دي إم (1995). "تجارب الدوران بزاوية سحرية لقياس القيم الرئيسية لموتر الإزاحة الكيميائية في المواد الصلبة المسحوقة" . مجلة الرنين المغناطيسي، السلسلة أ . 113 (2): 210-222 . Bibcode : 1995JMagR.113..210H . doi : 10.1006/jmra.1995.1082 .
  8. ↑ تشين، بينهوي؛ ألبرت، برايس جيه؛ غاو، تشوكون؛ ألانيفا، نيكولاس؛ برايس، لورين إي؛ سكوت، فيث جيه؛ ساليبا، إدوارد بي؛ سيستي، إريكا إل؛ جادج، باتريك تي؛ فيشر، إدوارد دبليو؛ بارنز، ألكسندر بي. (2018). " كرات دوارة بزاوية سحرية" . مجلة ساينس أدفانسز . 4 (9) eaau1540. Bibcode : 2018SciA....4.1540C . doi : 10.1126/sciadv.aau1540 . ISSN 2375-2548 . PMC 6155130. PMID 30255153 .   
  9. ↑ أوزبورن بوب، توماس م.؛ داب، ألكسندر؛ غاو، تشوكون؛ تشين، بين-هوي؛ برايس، لورين إي.؛ ألانيفا، نيكولاس هـ.؛ بارنز، ألكسندر ب. (2020-06-18). "دوارات كروية ذات زاوية سحرية عالية الاستقرار" . الرنين المغناطيسي . 1 (1): 97-103 . doi : 10.5194/mr-1-97-2020 . hdl : 20.500.11850 / 465781 . ISSN 2699-0016 . PMC 10500705. S2CID 221741694 .   
  10. ↑ بورات-دالربروش، غال؛ غولدبورت، أمير؛ بولينوفا، تاتيانا (29 سبتمبر 2021). "بنية الفيروسات وديناميكيتها باستخدام الرنين المغناطيسي النووي ذي الدوران بزاوية سحرية" . المراجعة السنوية لعلم الفيروسات . 8 (1): 219-237 . doi : 10.1146/annurev-virology-011921-064653 . ISSN 2327-056X . PMC 8973440. PMID 34586870 .