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《具有残留耦合的分子间和分子内多量子相干及其应用_朱小钦》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、波谱学杂志第24卷第4期Vol.24No.42007年12月ChineseJournalofMagneticResonanceDec.2007文章编号:1000-4556(2007)04-0401-19具有残留耦合的分子间和分子内多量子相干及其应用1,22＊朱小钦,陈忠(1.福建师范大学光电信息科学与技术系,医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;2.厦门大学物理系,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005)摘要:核磁共振中分子内与分子间多量子相干已得到充分的发展和广泛的使用.为深入
2、系统地比较研究两种多量子相干的物理机理与性质及其潜在的应用,本文总结近年来相关研究的前沿,首先系统地论述了产生这两种多量子相干的基础-偶极耦合-的作用机理,然后再分别描述基于分子内偶极耦合的分子内多量子相干和基于分子间偶极耦合的分子间多量子相干的原理、性质、及其在化学、生物等领域中的应用.关键词:核磁共振;偶极耦合;分子间多量子相干;分子内多量子相干;磁共振成像中图分类号:O482.53;O414.22文献标识码:A引言多量子(MultipleQuantumCoherence,MQC)NMR技术可以通过检测“禁阻
3、”跃迁来简化复杂的一维和二维谱图,其在磁共振波谱学(MagneticResonanceSpectroscopy,MRS)和磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)中的应用发展迅速,已被广泛[1]1应用于多维高分辨NMR谱的谱图编辑和信号增强.这种技术不仅适用于像质子(H)这种核自旋量子数I为1/2的自旋体系,也适用于核自旋量子数大于1/2的自旋体系.在各向同性液体中,由于分子的扩散和快速翻转运动,偶极和四极相互作用被平均为零,因此,一般认为MQC信号来自分子内的标量耦合.在各向异性液
4、体中,由于部分分子的有序排列,偶极和四极相互作用不能被完全平均掉,因此,MQC信号也可能来自于收稿日期:2007-08-28基金项目:国家自然科学基金(20573084)和福建省自然科学基金(A0610005)资助项目.作者简介:朱小钦(1978-),女,福建长乐人,博士,讲师,从事核磁共振研究.＊通讯联系人:陈忠,电话:0592-2181712,E-mail:chenz@xmu.edu.cn.402波谱学杂志第24卷分子内的偶极和(或)四极耦合.此外,除了体液,大部分的生物组织(如细胞膜、纤维蛋白质以及神经纤维
5、等)包含有序的结构,从而这些体系存在残留的偶极和四极相互作用.基于这种偶极相互作用的多量子滤波(MultipleQuantumFiltered,MQF)NMR谱,特别是双量子滤波(DoubleQuantumFiltered,DQF)NMR谱已被广泛用于蛋白质结构的[2]测定.值得注意的是,近年来发展起来的磁化转移(MagnetizationTransfer;MT)技术[3-5]在生物组织的研究中起着重要的作用.它与DQF技术的结合为生物组织的MRI提供了一种新的对比度机理,已成功地用于显示老鼠大脑组织的大分子成分
6、以及自旋动力[6,7]学特征.MQC既可存在于相同种类的核自旋体系中(分子内同核MQC),也可存在于不同种类的自旋体系中(分子内异核MQC).在液体中,需要至少3个射频(RadioFrequency,RF)脉冲才能检测到常规分子内MQC.其基本脉冲序列是(90°)τ(90°)tMQ(90°)t2(ac-[8]quire).第一个脉冲把纵向的磁化矢量转化成横向单量子相干(SingleQuantumCoher-ence,SQC),SQC在预备期受到标量耦合(或分子内偶极或四极耦合)和化学位移等作用而演化.第二个RF脉
7、冲将它们转化为各种阶的相干,其中包括MQC.MQC在演化期里自由进动,再由第三个RF脉冲把不可观测的MQC转化为可观测的SQC而被检测.经过二维傅立叶变换后,其在F1维的投影便是对应于演化期的MQC谱.某一特定[9,10]阶的多量子波谱可以采用适当的相位循环或相干选择梯度场(CoherenceSelection[11,12]Gradient,CSG)等方法来获得.然而,上世纪90年代初,Warren等在高极化核自旋体系(如最简单的水样品80%[13,14]H2O+20%D2O)中发现,简单的二脉冲序列也能观测到M
8、QC信号,当然,这种MQC信号与我们前面讲的不一样,它是由分子间长程偶极耦合作用引起的.在仔细排除可能的仪器因素和人为因素后,Warren等率先提出分子间多量子相干(intermolecularMultipleQuantumCoherence,iMQC)这一突破性概念.iMQC具有不同于常规MQC的[15-21][22,23]一些特殊性质,使其在波谱编辑、归属、不均匀场下
