マジックアングルスピニング

固体 NMR 分光法では、マジック角回転(MAS) は、より分解能の高い NMR スペクトルを生成するために日常的に使用される手法です。MAS NMR は、磁場 の方向に対してマジック角θ _m (約 54.74°、cos ² θ _m =1/3) でサンプルを回転させる(通常は 1 ～ 130 kHzの周波数で) 方法です。

固体 NMR に関係する 3 つの主な相互作用 (双極子、化学シフト異方性、四重極子) は、多くの場合、非常に幅広く特徴のない NMR 線につながります。ただし、固体におけるこれらの 3 つの相互作用は配向に依存しており、MAS によってある程度平均化できます。

• 核双極子相互作用には依存性があり、ここで は核間軸と主磁場の間の角度です。その結果、双極子相互作用はマジックアングル θ _mで消え、線幅の広がりに寄与する相互作用は除去されます。すべての核間ベクトルをマジックアングルに設定することはできませんが、周波数が相互作用の周波数と同等であれば、サンプルをこの軸の周りで回転させると、同じ効果が得られます。さらに、一連の回転サイドバンドがスペクトル上に現れます。これは、等方性共鳴周波数から回転速度の倍数だけ離れた鋭い線です。${\displaystyle 3\cos^{2}\theta -1}$${\displaystyle \theta}$
• 化学シフト異方性(CSA) は、化学シフトの方向依存性を表します。CSA相互作用によって生成された粉末パターンはMAS によって平均化され、等方性化学シフト (粉末パターンの質量中心) を中心とした単一の共鳴が生成されます。
• 四極子相互作用は MAS によって部分的にのみ平均化され、残留二次四極子相互作用が残ります。

溶液状態の NMR では、熱エネルギー (分子の回転) によって生じる急速な時間平均分子運動により、これらの相互作用のほとんどは平均化されます。

サンプルの回転は、インパルス エアタービン機構によって行われます。この機構では、サンプル チューブが摩擦のない圧縮ガス ベアリングで持ち上げられ、ガス ドライブで回転します。サンプル チューブは中空のシリンダーで、外径は 0.70 ～ 7 mm の範囲でさまざまで、タービン キャップが取り付けられています。ローターは通常、酸化ジルコニウムで作られていますが、他のセラミック材料 (窒化ケイ素) やポリマー (ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリオキシメチレン(POM)) も使用されています。サンプル チューブの端は、取り外し可能なキャップで閉じます。キャップは、幅広い温度範囲に対応するために、通常Kel-F、Vespel、またはジルコニアと窒化ホウ素などのさまざまな材料で作られています。

マジックアングル紡績は、1958年にエドワード・レイモンド・アンドリュー、A.ブラッドベリー、RGイーデスによって初めて説明され^[1]、1959年にI.J.ロウによって独立して説明されました。^[2]「マジックアングル紡績」という名前は、1960年にピサで開催されたAMPERE会議でコルネリス・J・ゴルターによって造られました。^[3]

HRMASは、通常、中間分子の運動によって双極子間相互作用が十分に平均化されていない溶液やゲルに適用されます。HRMASは、残留双極子相互作用を大幅に平均化し、溶液状態NMRに似た線幅のスペクトルをもたらします。HRMASは、溶液状態と固体状態NMRのギャップを結び付け、溶液状態実験の使用を可能にします^[4]

HRMASとその医学研究への応用は、1997年に神経変性疾患のヒト脳組織に関する研究で初めて説明されました。^[5]

マジックアングルスピニングの使用は固体NMRから液体（溶液）NMRにまで拡張されました。^[6]

ガンが導入したマジックアングルターニング（MAT）技術は、粉末サンプルをマジックアングルで低速（約30Hz）回転させ、ローター周期の1/3に同期したパルスと連動して、2Dスペクトルの1次元で等方性シフト情報を取得します。^[7]

円筒形のローターを使用する代わりに、回転球をマジックアングルで安定して回転させることができるため、コイルの充填率を高め、感度を向上させることができます。^[8]マジックアングル回転球により、より高速な回転速度で安定したMASが可能になります。^[9]

構造生物学においてMAS NMRを使用することには大きな利点があります。マジックアングルスピニングは、他の方法では研究できない生物学的集合体や完全なウイルスなどの大きな不溶性システムの特徴を明らかにするために使用できます。^[10]