偏極移動によって強化された不感核

INEPTと略されるInsensitive nuclei enhancement by polarization transfer は、 NMR 分光法で使用される信号増強法です。これは、ボルツマン分布差が大きいスピンから、ボルツマン分布差が小さい目的の核スピンへの核スピン偏極の伝達を伴います。 ^{[ 1 ]} INEPT は、双極子交差緩和から生じる核オーバーハウザー効果(NOE)とは対照的に、偏極伝達にJ 結合を使用します。この信号増強法は、 1979 年にGareth A. MorrisとRay Freemanによって導入されました。信号増強に有用であるため、異核 NMR 実験で使用されるパルス シーケンスには、 INEPT または INEPT に似たシーケンスのブロックが含まれていることがよくあります。

NMR信号検出の感度は、原子核の磁気回転比（γ）に依存します。一般に、磁気回転比γの原子核から生成される信号強度はγ ^{3に比例します。これは、}磁気モーメント、ボルツマン分布、および核歳差周波数がすべて磁気回転比γに比例して増加するためです。たとえば、^{13Cの磁気回転比は1H}の4分の1なので、生成される信号強度はプロトンから生成される信号強度の64分の1になります。ただし、ノイズも周波数の平方根に比例して増加するため、感度はおおよそγ ^5/2に比例します。^{[ 2 ] 13C} 原子核はプロトンよりも32倍感度が低く、15Nは^約300倍感度が低くなります。したがって、感度の低い原子核からNMR信号を記録する場合は、感度向上技術が望ましいです。

ボルツマン因子を増やすことで感度を人工的に高めることができる。一つの方法としてNOEが考えられる。例えば、^13C信号の場合、付加されたプロトンが飽和すると信号対雑音比が3倍に向上する。しかし、NOEの場合、核の磁気回転比の比であるKの値が負​​になると、信号強度が低下する可能性がある。15N^は磁気回転比が負であるため、双極子緩和が他のメカニズムと競合する場合、観測される^{15N信号はほぼゼロになる可能性がある。 [ 2 ]}したがって、磁気回転比が負の核には代替方法が必要となる。そのような方法の一つとして、1979年にRay FreemanによってINEPTパルスシーケンスが提案され、^{[ 1 ]}広く採用された。

INEPT信号増強には2つの要因がある。

• スピン集団効果により信号は、原子核の磁気回転比γ _I /γ _Sの比K倍に増加します。ここで、γ _Iと γ _Sはそれぞれ陽子 (I スピン) と低感度原子核 (S スピン) の磁気回転比です。
• 磁気回転比が高い原子核は、一般的に緩和速度が速い。INEPT転送の繰り返し速度は、感度の低いスピンではなく、これらのスピンの緩和速度によって制限されるため、INEPT実験をより頻繁に繰り返すことができ、信号対雑音比を高めることができる。

その結果、INEPTはNMR信号をKよりも大きな係数で増強できるが、NOEによる最大増強は1+ K /2の係数である。^{[ 1 ] NOEとは異なり、INEPTでは負の磁気回転比によるペナルティは発生しない。したがって、 15N}や^{29Siなどの負の磁気回転比を持つ} 原子核からの信号を増強するのに有用な方法である。15N信号はINEPTによって10倍に増強される可能性がある。^{[ 2 ]}

図に示されているINEPTのパルスシーケンスは、スピンエコーと選択的集団反転（SPI）の組み合わせとして読み取ることができます。スピンエコーは、90°パルスに続いて時間τ後に180°パルスが印加されるもので、感度の高い原子核である陽子（直感に反するかもしれませんが、Iスピンと指定され、感度の低い原子核はSスピンです。ただし、INEPTに関する元の論文では逆の表記が使われていたことに注意してください）に印加さ​​れます。^{[ 1 ]}

スピンエコー

90° _I ( X ) — τ — 180° _I ( X )

最初の90°パルスは、プロトンの磁化を回転座標系の+ y軸に反転させ、静磁場の不均一性により、等色線はわずかに異なる周波数で広がります。一定時間後、x軸に沿って180°パルスが印加され、等色線は-y軸に向かって回転します。個々の等色線は依然として以前と同じ周波数で歳差運動するため、すべての等色線が収束して再集束し、信号、すなわちエコーが再生されます。化学シフトも磁場の不均一性と同時に再集束され、この特性により、化学シフトとは独立して磁化を操作することが可能になります。再集束により、SPIステップにおいて、望ましくない選択性を伴うことなく、すべてのプロトン化学シフトの集団反転が可能になります。

選択的集団逆転

180° _S — τ — 90° _I ( Y )、90° _S — 取得

図に示すように、陽子に180°パルスを印加するのと同時に、非感応核にも180°パルスを印加します。これがこのスキームの反転分布部分であり、一定時間後に感応核と非感応核の両方にさらに90°パルスを印加することで、磁化をz軸上に回転させます。これにより、 z軸上で磁化の逆位相配列が生成され、分極が感応核から非感応核に伝達される重要なステップとなります。^{[ 2 ]}

実験にはいくつかのバリエーションがあり、例えば、対称的な再収束ステップや追加の90° ¹ Hパルスが追加される場合があり、逆INEPTパルスシーケンスもあります。^{[ 4 ]}