Giro de ángulo mágico: la muestra (azul) gira con alta frecuencia dentro del campo magnético principal ( B 0 ). El eje de rotación está inclinado en el ángulo mágico θ m con respecto a la dirección de B 0 .
En espectroscopia de RMN de estado sólido , el giro de ángulo mágico (MAS) es una técnica que se utiliza habitualmente para producir espectros de RMN de mejor resolución. MAS NMR consiste en hacer girar la muestra (normalmente a una frecuencia de 1 a 130 kHz ) en el ángulo mágico θ m (aprox. 54,74°, donde cos 2 θ m = 1/3) con respecto a la dirección del campo magnético .
Tres interacciones principales responsables en la RMN de estado sólido ( dipolar , anisotropía por desplazamiento químico , cuadrupolar ) a menudo conducen a líneas de RMN muy amplias y sin rasgos característicos. Sin embargo, estas tres interacciones en los sólidos dependen de la orientación y pueden promediarse hasta cierto punto mediante MAS:
La interacción dipolar nuclear depende de dónde está el ángulo entre el eje internuclear y el campo magnético principal. Como resultado, la interacción dipolar desaparece en el ángulo mágico θ my se elimina la interacción que contribuye al ensanchamiento de la línea. Aunque no todos los vectores internucleares pueden ajustarse al ángulo mágico, al girar la muestra alrededor de este eje se produce el mismo efecto, siempre que la frecuencia sea comparable a la de la interacción. Además, aparece un conjunto de bandas laterales de giro en los espectros, que son líneas nítidas separadas de la frecuencia de resonancia isotrópica por un múltiplo de la velocidad de giro.
La anisotropía del desplazamiento químico (CSA) representa la dependencia de la orientación del desplazamiento químico. Los patrones de polvo generados por la interacción CSA se pueden promediar mediante MAS, lo que da como resultado una única resonancia centrada en el desplazamiento químico isotrópico (centro de masa del patrón de polvo).
La interacción cuadrupolar sólo se promedia parcialmente mediante MAS, dejando una interacción cuadrupolar secundaria residual.
En la RMN en estado de solución, la mayoría de estas interacciones se promedian debido al rápido movimiento molecular promediado en el tiempo que se produce debido a la energía térmica (volteo molecular).
Rotores Bruker MAS. De izquierda a derecha: 1,3 mmm (hasta 67 kHz), 2,5 mm (hasta 35 kHz), 3,2 mm (hasta 24 kHz), 4 mm (hasta 15 kHz), 7 mm (hasta 7 kHz)
El giro de la muestra se logra mediante un mecanismo de turbina de aire por impulso , donde el tubo de muestra se levanta con un cojinete de gas comprimido sin fricción y se hace girar con un motor de gas. Los tubos de muestra son cilindros huecos que vienen en una variedad de diámetros exteriores que van desde 0,70 a 7 mm, montados con una tapa de turbina. Los rotores suelen estar hechos de óxido de circonio, aunque se pueden encontrar otros materiales cerámicos ( nitruro de silicio ) o polímeros ( poli(metacrilato de metilo) (PMMA), polioximetileno (POM)). Tapas extraíbles cierran los extremos del tubo de muestra. Están fabricados con una variedad de materiales, típicamente Kel-F , Vespel o circonio y nitruro de boro para un rango de temperatura ampliado.
El giro de ángulo mágico fue descrito por primera vez en 1958 por Edward Raymond Andrew , A. Bradbury y RG Eades [1] e independientemente en 1959 por I. J. Lowe. [2] El nombre "giro de ángulo mágico" fue acuñado en 1960 por Cornelis J. Gorter en el congreso AMPERE en Pisa. [3]
Variaciones
Hilado de ángulo mágico de alta resolución (HR-MAS)
HRMAS generalmente se aplica a soluciones y geles donde las interacciones dipolo-dipolo no están suficientemente promediadas por el movimiento molecular intermedio. HRMAS puede promediar drásticamente las interacciones dipolares residuales y dar como resultado espectros con anchos de línea similares a los de la RMN en estado de solución. HRMAS vincula la brecha entre la RMN en estado de solución y en estado sólido y permite el uso de experimentos en estado de solución [4]
HRMAS y su aplicación en la investigación médica se describió por primera vez en un estudio de 1997 sobre tejidos cerebrales humanos debido a un trastorno neurodegenerativo. [5]
Solución de giro de ángulo mágico
El uso de Magic Angle Spinning se ha ampliado de la RMN de estado sólido a la líquida (solución). [6]
Giro de ángulo mágico
La técnica de giro de ángulo mágico (MAT) introducida por Gan emplea una rotación lenta (aproximadamente 30 Hz) de una muestra en polvo en el ángulo mágico, junto con pulsos sincronizados a 1/3 del período del rotor, para obtener información de cambio isotrópico. en una dimensión de un espectro 2D. [7]
Esferas giratorias de ángulo mágico.
En lugar de utilizar rotores cilíndricos, las esferas giratorias se pueden hacer girar de manera estable en el ángulo mágico, lo que puede usarse para aumentar el factor de llenado de las bobinas y, por lo tanto, mejorar la sensibilidad. [8] Las esferas giratorias de ángulo mágico permiten una MAS estable con velocidades de giro más rápidas. [9]
Aplicaciones
Existen importantes ventajas al utilizar MAS NMR en biología estructural. El giro de ángulo mágico se puede utilizar para caracterizar grandes sistemas insolubles, incluidos ensamblajes biológicos y virus intactos, que no se pueden estudiar con otros métodos. [10]
Referencias
^ Urgencias Andrés; A. Bradbury; RG Eades (1958). "Espectros de resonancia magnética nuclear de un cristal girado a alta velocidad". Naturaleza . 182 (4650): 1659. Bibcode : 1958Natur.182.1659A. doi : 10.1038/1821659a0 .
^ IJ Lowe (1959). "Desintegraciones por inducción libre de sólidos en rotación". Física. Rev. Lett . 2 (7): 285–287. Código bibliográfico : 1959PhRvL...2..285L. doi :10.1103/PhysRevLett.2.285.
^ Jacek W. Hennel; Jacek Klinowski (2005). "Giro de ángulo mágico: una perspectiva histórica". En Jacek Klinowski (ed.). Nuevas técnicas en RMN de estado sólido . vol. 246. Saltador. págs. 1-14. doi :10.1007/b98646. ISBN978-3-540-22168-5. PMID 22160286. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
( Nuevas técnicas en RMN de estado sólido , p. 1, en Google Books )
^ Handel, Heidi; Gesele, Elke; Gottschall, Klaus; Alberto, Klaus (2003). "Aplicación de espectroscopia de RMN HRMAS 1H para investigar interacciones entre ligandos y receptores sintéticos". Edición internacional Angewandte Chemie . 42 (4): 438–442. doi :10.1002/anie.200390133. PMID 12569511.
^ Cheng, Leo; et., al. (1997). "Neuropatología cuantitativa mediante espectroscopia de resonancia magnética de protones de giro de ángulo mágico de alta resolución". Proc Natl Acad Sci Estados Unidos . 94 (12): 6408-13. Código bibliográfico : 1997PNAS...94.6408C. doi : 10.1073/pnas.94.12.6408 . PMC 21063 . PMID 9177231.
^ Polenova, Tatiana; Gupta, Rupal; Goldbourt, Amir (20 de marzo de 2016). "Espectroscopia de RMN de giro de ángulo mágico: una técnica versátil para el análisis estructural y dinámico de sistemas de fase sólida". Química analítica . 87 (11): 5458–5469. doi :10.1021/ac504288u. PMC 4890703 . PMID 25794311.
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^ Chen, Pinhui; Albert, Brice J.; Gao, Chukún; Alaniva, Nicolás; Precio, Lauren E.; Scott, Fe J.; Saliba, Edward P.; Sesti, Erika L.; Juez, Patrick T.; Pescador, Edward W.; Barnes, Alexander B. (2018). "Esferas giratorias de ángulo mágico". Avances científicos . 4 (9): eau1540. Código Bib : 2018SciA....4.1540C. doi : 10.1126/sciadv.aau1540. ISSN 2375-2548. PMC 6155130 . PMID 30255153.
^ Osborn Popp, Thomas M.; Däpp, Alexander; Gao, Chukún; Chen, Pin-Hui; Precio, Lauren E.; Alaniva, Nicolás H.; Barnes, Alexander B. (18 de junio de 2020). "Rotores esféricos giratorios de ángulo mágico altamente estables". Resonancia magnetica . 1 (1): 97-103. doi : 10.5194/mr-1-97-2020 . hdl : 20.500.11850/465781 . ISSN 2699-0016. S2CID 221741694.
^ Porat-Dahlerbruch, Gal; Goldbourt, Amir; Polenova, Tatyana (29 de septiembre de 2021). "Estructuras y dinámica de virus mediante RMN de giro de ángulo mágico". Revista Anual de Virología . 8 (1): 219–237. doi : 10.1146/annurev-virology-011921-064653 . ISSN 2327-056X. PMC 8973440 . PMID 34586870.
