Кіріспе
Қатты күйдегі ЯМР спектроскопиясында сиқырлы бұрышпен айналдыру (MAS) — жақсы ажыратымдылыққа ие ЯМР спектрлерін алу үшін жиі қолданылатын әдіс. MAS ЯМР үлгіні (әдетте 1–130 кГц жиілікте) θm сиқырлы бұрышында (шамамен 54,74°, мұндағы cos2θm=1/3) айналдырудан тұрады. Бұл айналдыру магниттік өрістің бағытына қатысты жасалады. Қатты күйдегі ЯМР-де жауапты үш негізгі өзара әрекеттесу (диполярлық, химиялық ығысу анизотропиясы, төртполярлық) көбінесе өте кең және ерекшеліксіз ЯМР сызықтарына алып келеді. Дегенмен, қатты денелердегі бұл үш өзара әрекеттесу бағытқа тәуелді және MAS арқылы белгілі бір деңгейде орташаландырылуы мүмкін: Ядролық диполярлық өзара әрекеттесудің ядроаралық ось пен негізгі магниттік өріс арасындағы бұрышқа тәуелділігі бар. Нәтижесінде, диполярлық өзара әрекеттесу сиқырлы бұрыш θm-де жоғалады және сызықтың кеңеюіне себеп болатын өзара әрекеттесу жойылады. Барлық ядроаралық векторларды сиқырлы бұрышқа орналастыру мүмкін болмаса да, үлгіні осы осьтің айналасында айналдыру, жиілігі өзара әрекеттесу жиілігіне шамалас болған жағдайда, бірдей нәтиже береді. Сонымен қатар, спектрлерде айналу жиілігінің еселігімен изотроптық резонанс жиілігінен бөлінген өткір сызықтар түріндегі айналу бүйірлік жолақтарының жиынтығы пайда болады. Химиялық ығысудың анизотропиясы (ХИА) химиялық ығысудың бағытқа тәуелділігін көрсетеді. ХИА өзара әрекеттесуінен туындаған ұнтақ үлгілерін MAS арқылы орташаландыруға болады, нәтижесінде изотроптық химиялық ығысқа (ұнтақ үлгісінің массалық орталығы) ортасталған бір ғана резонанс пайда болады. Төртполярлық өзара әрекеттесу MAS арқылы толық орташаланбайды, соның салдарынан екіншілік төртполярлық өзара әрекеттесудің қалдықтары қалады. Ерітіндідегі ЯМР-де бұл өзара әрекеттесулердің көпшілігі жылу энергиясының әсерінен туындайтын молекулалық қозғалыстың жылдам уақыт бойынша орташалануына байланысты орташаландырылады (молекулалық құлау). Үлгіні айналдыру импульстік ауа турбинасының механизмі арқылы жүзеге асырылады, онда үлгінің түтігі үйкеліссіз қысылған газбен тіреліп көтеріледі және газбен қоздырылады. Үлгілік түтіктер турбиналық қақпақпен орнатылған, сыртқы диаметрі 0,70-тен 7 мм-ге дейін ауытқып отыратын цилиндрлер болып табылады. Роторлар әдетте цирконий оксидінен жасалады, бірақ басқа керамикалық материалдар (силиций нитриді) немесе полимерлер (полиметилметакрилат (ПММА), полиоксиметилен (ПОМ)) да қолданылуы мүмкін. Алынатын қақпақтар үлгілік түтіктің екі жағын да жабады. Олар әдетте Kel F, Vespel немесе цирконий және бор нитридінен жасалады, бұл кең температуралық диапазонды қамтамасыз етеді. Сиқырлы бұрышпен айналдыруды алғаш 1958 жылы Эдвард Рэймонд Эндрю, А. Брэдбери және Р. Г. Идс, ал 1959 жылы И. Дж. Лоу тәуелсіз түрде сипаттады. "Сиқырлы бұрышпен айналдыру" терминін 1960 жылы Пизадағы AMPERE конгресінде Корнелис Дж. Гортер енгізді.
The nuclear dipolar interaction has a dependence, where is the angle between the internuclear axis and the main magnetic field. As a result, the dipolar interaction vanish at the magic angle θm and the interaction contributing to the line broadening is removed. Even though all internuclear vectors cannot be all set to the magic angle, rotating the sample around this axis produces the same effect, provided the frequency is comparable to that of the interaction. In addition, a set of spinning sidebands appear on the spectra, which are sharp lines separated from the isotropic resonance frequency by a multiple of the spinning rate. The chemical shift anisotropy (CSA) represents the orientation dependence of the chemical shift. Powder patterns generated by the CSA interaction can be averaged by MAS, resulting to one single resonance centred at the isotropic chemical shift (centre of mass of the powder pattern). The quadrupolar interaction is only partially averaged by MAS leaving a residual secondary quadrupolar interaction. In solution state NMR, most of these interactions are averaged out because of the rapid time averaged molecular motion that occurs due to the thermal energy (molecular tumbling). The spinning of the sample is achieved via an impulse air turbine mechanism, where the sample tube is lifted with a frictionless compressed gas bearing and spun with a gas drive. Sample tubes are hollow cylinders coming in a variety of outer diameters ranging from 0.70 to 7 mm, mounted with a turbine cap. The rotors are typically made from zirconium oxide, although other ceramic materials (silicon nitride) or polymers (poly(methyl methacrylate) (PMMA), polyoxymethylene (POM)) can be found. Removable caps close the ends of the sample tube. They are made from a range of materials typically Kel F, Vespel, or zirconia and boron nitride for an extended temperature range. Magic angle spinning was first described in 1958 by Edward Raymond Andrew, A. Bradbury, and R. G. Eades and independently in 1959 by I. J. Lowe. The name "magic angle spinning" was coined in 1960 by Cornelis J. Gorter at the AMPERE congress in Pisa.
Жоғары ажыратылатын магикалық бұрышпен айналу (HR-MAS)
HRMAS көбінесе диполь-диполь өзара әрекеттесулері аралық молекулалық қозғалыс арқылы жеткіліксіз орташаланған ерітінділер мен гельдерге қолданылады. HRMAS қалдық диполярлық өзара әрекеттесулерді күрт азайта алады және ерітіндідегі ЯМР-ге (NMR) ұқсас жол енімен спектрлерге әкеледі. HRMAS ерітіндідегі және қатты күйдегі ЯМР арасындағы қашықтықты байланыстырады және ерітіндідегі эксперименттерді қолдануға мүмкіндік береді. HRMAS және оның медициналық зерттеулердегі қолданылуы алғаш рет 1997 жылы нейродегенеративті ауруға шалдыққан адам миының тіндерін зерттеуде сипатталған.
HRMAS and its medical research application was first described in a 1997 study of human brain tissues from a neurodegenerative disorder.
Ерітпелер: Магиялық бұрыш айналдыру
Magic Angle Spinning қолданысы қатты күйден сұйық (ерітінді) ЯМР-ге дейін кеңейтілді.
Сиқырлы бұрыш бұрылысы
Ган енгізген магикалық бұрыш бұру (MAT) техникасы, ұнтақталған сынаманы магикалық бұрышта баяу (шамамен 30 Гц) айналдыру арқылы, ротор периодының 1/3-іне синхрондалған импульстармен қатар, 2D спектрінің бір өлшемінде изотроптық ығысу туралы ақпаратты қамтамасыз етеді.
Бұрышты айналатын сиқырлы сфералар
Цилиндрлі роторларды қолданудың орнына, айналатын шарларды сиқырлы бұрышта тұрақты айналдыруға болады, бұл катушкалардың толтыру коэффициентін арттырып, сезімталдықты жақсартуға мүмкіндік береді. Сиқырлы бұрышта айналатын шарлар жылдам айналу жылдамдықтарымен тұрақты MAS жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Қолданбалар
МАС ЯМР-дың құрылымдық биологияда маңызды артықшылықтары бар. Сиқырлы бұрыш айналдыру арқылы басқа әдістермен зерттеу мүмкін емес, ірі, ерімейтін жүйелерді, соның ішінде биологиялық құралымдар мен толық вирустарды сипаттауға болады.