FR2672688A1 - METHOD FOR EXCITTING AN NMR SPECTROMETER FOR SUPPRESSING THE SOLVENT SIGNAL. - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D'EXCITATION D'UN SPECTROMETRE
A RMN PERMETTANT LA SUPPRESSION DU SIGNAL DE SOLVANT
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un procédé d'excitation d'un spectromètre à résonance magnétique nucléaire permettant La suppression du signal de soLvant.METHOD FOR EXCITTING A SPECTROMETER
NMR FOR THE SUPPRESSION OF THE SOLVENT SIGNAL
DESCRIPTION
The subject of the present invention is a method of excitation of a nuclear magnetic resonance spectrometer allowing the suppression of the solvent signal.
ElLe trouve une appLication dans des domaines aussi divers que La chimie, La biochimie, La neurobiophysique, La biophysique, La bioLogie, Le biomédicaL, etc... It finds an application in fields as diverse as Chemistry, Biochemistry, Neurobiophysics, Biophysics, BioLogy, BiomedicaL, etc ...
La technique de La résonance magnétique nucléaire (RMN en abrégé) est aujourd'hui bien connue. The technique of nuclear magnetic resonance (NMR for short) is well known today.
Elle constitue un outil remarquabLe pour L'étude de
La matière condensée. Cependant, elle n'est pas sans défauts Lorsqu'iL s'agit d'anaLyser des composés dissouts en très faible concentration dans un soLvant comprenant Lui aussi des noyaux à spins. C'est le cas par exemple des substances en soLution aqueuse où Les protons de L'eau viennent saturer les divers équipements de mesure.It constitutes a remarkable tool for the study of
Condensed matter. However, it is not without faults when it comes to analyzing compounds dissolved in very low concentration in a solvent also comprising spin nuclei. This is the case, for example, for substances in aqueous solution where the protons of water saturate the various measurement equipment.
De nombreuses méthodes ont été déveLoppées pour atténuer, voire supprimer, la partie du signal correspondant à la contribution du soLvant et ne Laisser subsister que le signal Lié au soluté. Ces méthodes sont dites à "suppression du signal de soLvant" (ou
SSS en abrégé).Many methods have been developed to attenuate or even eliminate the part of the signal corresponding to the contribution of the solvent and leave only the signal linked to the solute. These methods are called "removal of the solvent signal" (or
SSS for short).
Elles consistent à appliquer à la solution une série d'impulsions de champ radiofréquence dont
Le nombre, la durée et la séparation déterminent un spectre d'excitation dépourvu de raie à La fréquence de résonance du solvant. On connaît ainsi une séquence dite "2-1-4" donnant de bons résuLtats. Elle est décrite dans l'article de A.G. REDFIELD et al., publié dans la revue "Journal of Magnetic Resonance", vol. 19, p. 114 (1975).They consist in applying to the solution a series of radiofrequency field pulses including
The number, the duration and the separation determine an excitation spectrum without line at the resonant frequency of the solvent. We thus know a sequence called "2-1-4" giving good results. It is described in the article by AG REDFIELD et al., Published in the journal "Journal of Magnetic Resonance", vol. 19, p. 114 (1975).
Cependant, cette technique présente un inconvénient lié à l'existence d'un déphasage dans le signal de mesure, déphasage qui dépend de la fréquence et qui entraîne une ondulation de La ligne de base du spectre RMN obtenu. Ce phénomène a été décrit dans un article de Pierre PLATEAU, Christian DUMAS et Maurice GUERON intitulé "Solvent-Peak Suppressed NMR :
Correction of Baseline Distortion and Use of
Strong-PuLse Excitation", publié dans la revue "Journal of Magnetic Resonance, vol. 54, 46-53, (1983), pp. 46-53.However, this technique has a drawback linked to the existence of a phase shift in the measurement signal, phase shift which depends on the frequency and which causes an undulation of the baseline of the NMR spectrum obtained. This phenomenon was described in an article by Pierre PLATEAU, Christian DUMAS and Maurice GUERON entitled "Solvent-Peak Suppressed NMR:
Correction of Baseline Distortion and Use of
Strong-PuLse Excitation ", published in the journal" Journal of Magnetic Resonance, vol. 54, 46-53, (1983), pp. 46-53.
Pour remédier à cet inconvénient, iL a été proposé, dans cet article, ainsi que dans un article de Pierre PLATEAU et Maurice GUERON intitulé "Exchangeable Proton NMS without BaseLine Distorsion, Using
New Strong PuLse Sequences" pubLie dans La revue "The
JournaL of the American ChemicaL Society", 1982, 104, pp. 7310-7311, d'utiLiser une excitation particuLière constituée de deux impuLsions intenses et brèves, à La fréquence de résonance du soLvant et déphasées L'une de L'autre de 1800.To remedy this drawback, iL has been proposed in this article, as well as in an article by Pierre PLATEAU and Maurice GUERON entitled "Exchangeable Proton NMS without BaseLine Distorsion, Using
New Strong PuLse Sequences "published in the journal" The
JournaL of the American ChemicaL Society ", 1982, 104, pp. 7310-7311, to use a particular excitation consisting of two intense and brief impulses, at the resonant frequency of the solvent and out of phase with one another in 1800 .
La figure 1 annexée montre ainsi deux impulsions Il et I2, de durée t0, dont les fronts de montée sont séparés de La durée Tg, l'intervalle entre impulsions étant ainsi T0-t0. IL faut comprendre que ces impulsions rectanguLaires représentent L'enveLoppe d'une impuLsion radiofréquence, Le signe négatif de
L'impuLsion I2 représentant symboLiquement une impuLsion radiofréquence de phase opposée à celle de
l'impulsion I1. FIG. 1 appended thus shows two pulses Il and I2, of duration t0, the rising edges of which are separated from Duration Tg, the interval between pulses thus being T0-t0. We must understand that these rectangular pulses represent the envelope of a radiofrequency pulse, the negative sign of
The impulse I2 symbolically representing a radiofrequency impulse of phase opposite to that of
the pulse I1.
Cette séquence d'excitation est dite "Jump and Return" (ou "saut et retour") soit JR en abrégé, pour des raisons qui apparaîtront mieux en liaison avec la figure 2. This excitation sequence is called "Jump and Return" (or jump and return) or JR for short, for reasons which will appear better in connection with FIG. 2.
Cette figure 2 représente, sur la ligne du haut, un référentiel Oxyz trirectangle, permettant de repérer L'orientation des divers spins nucLéaires. This figure 2 represents, on the top line, an Oxyz trirectangle reference frame, making it possible to identify the orientation of the various nuclear spins.
Ce référentieL n'est pas fixe mais tourne autour de L'axe Oz à une vitesse qui est celle de la précession des spins du solvant lorsqu'un champ statique Hst est appLique, paralLèLement à Oz. Dans Le référentieL tournant, apparaît un champ statique qui s'oppose à Hst et Le compense exactement pour Les spins du soLvant. Par conséquent, dans ce référentieL, L'orientation des spins du solvant est fixe en L'absence de champ radiofréquence. Pendant L'excitation radiofréquence, Les spins du soLvant tournent autour du champ radiofréquence que L'on suppose Le Long de L'axe Ox de ce même référentieL. Toujours sur La figure 2,
La Ligne du bas montre La séquence d'excitation JR.This referential is not fixed but rotates around the Oz axis at a speed which is that of the precession of the spins of the solvent when a static Hst field is applied, parallel to Oz. In the rotating reference, a static field appears which opposes Hst and compensates it exactly for the spins of the solvent. Consequently, in this reference, the orientation of the spins of the solvent is fixed in the absence of a radiofrequency field. During the radiofrequency excitation, the spins of the solvent revolve around the radiofrequency field that is assumed along the Ox axis of this same referent. Still on Figure 2,
The bottom line shows The JR excitation sequence.
Selon cet art connu, et comme toujours en
RMN, on soumet La solution à analyser en permanence au champ magnétique statique Hst dirigé suivant Oz, ce qui a pour effet de créer une poLarisation des spins nucléaires solvant et soluté) le Long de ce champ (donc le Long de L'axe Oz) (trait fort). On applique à la solution un premier champ magnétique radiofréquence (Hrf)1 perpendiculaire au champ statique et dirigé suivant Ox ; ce champ peut être engendré par un enroulement d'axe perpendicuLaire à Oz. Ce
champ possède une fréquence égaLe à La fréquence W de résonance du solvant une amplitude très grande et une phase qui détermine L'axe Ox ci-dessus.On maintient ce premier champ radiofréquence (Hrf)1 pendant une durée t0 pour constituer la première impul- sion d'excitation I1 ; cette impulsion a pour effet de faire basculer tous les spins nucléaires de 'in/2. According to this known art, and as always in
NMR, the solution to be analyzed is continuously subjected to the static magnetic field Hst directed along Oz, which has the effect of creating a polarization of the solvent and solute nuclear spins) Along this field (therefore along the Oz axis) (strong line). A first radiofrequency magnetic field (Hrf) 1 is applied to the solution perpendicular to the static field and directed along Ox; this field can be generated by a winding of axis perpendicular to Oz. This
field has a frequency equal to the frequency W of resonance of the solvent, a very large amplitude and a phase which determines the axis Ox above. This first radiofrequency field (Hrf) 1 is maintained for a duration t0 to constitute the first pulse. excitation ion I1; this pulse has the effect of switching all nuclear spins from 'in / 2.
Ces spins se retrouvent donc alignes selon L'axe Oy.These spins are therefore aligned along the axis Oy.
Cette première phase est illustrée dans la colonne A de la figure 2. This first phase is illustrated in column A of FIG. 2.
On laisse ensuite la solution, pendant un intervalle de temps T0-t0, sous le seul effet du champ magnétique statique Hst, ce qui a pour effet de laisser pr-cessionner tous les spins autour du champ statique
Hst dans Le plan équatorial xOy. Les spins liés au solvant précessionnent à la fréquence W et les spins liés au soluté à Leur fréquence relative propre w comptée par rapport à W. Les spins du solvant restent donc dirigés selon Oy, par hypothèse, et les spins du soluté présentent peu à peu un décalage angulaire
0 par rapport aux spins du solvant. C'est ce qui est représenté dans la colonne B où l'on voit l'orien- tation des spins dans Le plan xOy.The solution is then left, for a time interval T0-t0, under the sole effect of the static magnetic field Hst, which has the effect of allowing all the spins around the static field to pre-stop.
Hst in The equatorial plane xOy. The spins linked to the solvent precess at the frequency W and the spins linked to the solute at Their own relative frequency w counted relative to W. The spins of the solvent therefore remain directed according to Oy, by hypothesis, and the spins of the solute gradually present angular offset
0 relative to the solvent spins. This is what is represented in column B where we see the orientation of the spins in the xOy plane.
On applique ensuite un second champ magnétique radiofréquence (Hrf)2 de mêmes caractéristiques de direction, amplitude et fréquence que le champ (Hrf)1 mais de phase opposée ; on maintient ce second champ (Hrf)2 pendant la même durée t0 pour constituer une seconde impulsion d'excitation I2, ce qui a pour effet de faire rebasculer les spins de I2 ; ceci ramène les spins du solvant selon Oz, c 'est-à-dire parallèlement au champ magnétique statique Hst et ramène tous les spins du soluté dans le plan xOz. A second radiofrequency magnetic field (Hrf) 2 is then applied with the same direction, amplitude and frequency characteristics as the field (Hrf) 1 but of opposite phase; this second field (Hrf) 2 is maintained for the same duration t0 to constitute a second excitation pulse I2, which has the effect of switching the spins of I2 back; this brings back the spins of the solvent according to Oz, that is to say parallel to the static magnetic field Hst and brings back all the spins of the solute in the plane xOz.
C'est ce qui est représenté schématiquement dans la colonne C. This is shown schematically in column C.
Ainsi, cette séquence d'excitation a pour effet global, par le mécanisme de saut de l'aimantation et de retour ("Jump and Return") de séparer angulai- rement les spins, ceux du solvant restant alignés selon Oz sur le champ statique Hast, ceux du soluté se trouvant décalés par rapport à Oz d'un certain écart angulaireo(. Thus, this excitation sequence has the overall effect, by the mechanism of jump of magnetization and return ("Jump and Return") to angularly separate the spins, those of the solvent remaining aligned according to Oz on the static field Hast, those of the solute being offset from Oz by a certain angular deviationo (.
Pour une certaine fréquence relative wmax,
Le décalage angulaire dans le plan équatorial xOy est de / 2 et, après La seconde impulsion, Les spins correspondants sont alignés selon Ox.For a certain relative frequency wmax,
The angular offset in the xOy equatorial plane is / 2 and, after the second pulse, the corresponding spins are aligned along Ox.
Après cette séquence d'excitation, on pourra détecter un signal électrique induit par la précession des spins du soluté autour du champ statique Hst, ce signal étant dépourvu de composante Liée au solvant. After this excitation sequence, it will be possible to detect an electrical signal induced by the precession of the spins of the solute around the static field Hst, this signal being devoid of component linked to the solvent.
En outre, ce signal présentera un maximum pour les spins les plus écartés de La direction du champ statique, ce qui est le cas des spins dont la fréquence a été désignée par Wmax. In addition, this signal will present a maximum for the spins furthest from the direction of the static field, which is the case for spins whose frequency has been designated by Wmax.
Il restera à traiter ce signal électrique pour obtenir le spectre RMN du soluté. Ce traitement ne fait pas partie de L'invention. It will remain to process this electrical signal to obtain the NMR spectrum of the solute. This treatment is not part of the invention.
Comme tous les spins du soluté sont initialement dans le plan xOz, leurs projections sur le plan transversal xOy sont toutes confondues avec L'axe
Ox. Or, c'est cette composante transversale des spins qui est capable d'induire un signal électrique dans un enroulement de détection d'axe transversal. Les phases des différents signaux électriques induits seront donc toutes Les mêmes, quelle que soit la fréquence w. On a donc bien remédié aux inconvénients de la technique antérieure qui introduisait un déphasage.As all the spins of the solute are initially in the xOz plane, their projections on the transverse xOy plane are all confused with the axis
Ox. However, it is this transverse component of the spins which is capable of inducing an electrical signal in a winding for detecting a transverse axis. The phases of the various induced electrical signals will therefore all be the same, whatever the frequency w. We have therefore remedied the disadvantages of the prior art which introduced a phase shift.
Si cette méthode présente un avantage cer tain, eLle souffre néanmoins d'un inconvénient dans certains cas. En effet, elle nécessite que les deux champs radiofréquence appliqués selon Ox sous forme d'impulsions soient de grande amplitude. Si ce n'est pas le cas, on ne retrouvera pas exactement les spins dans le plan xOz à la fin de la séquence d'excitation et on observera un déphasage sensiblement lineaire en fonction de la fréquence. Par ailleurs, la fréquence pour laquelle le signal de mesure est maximum ne sera plus tout à fait la fréquence Wmax obtenue lorsque l'amplitude d'excitation est très grande. If this method has a certain advantage, it nevertheless suffers from a disadvantage in certain cases. Indeed, it requires that the two radiofrequency fields applied according to Ox in the form of pulses are of large amplitude. If this is not the case, we will not find exactly the spins in the xOz plane at the end of the excitation sequence and we will observe a substantially linear phase shift as a function of the frequency. Furthermore, the frequency for which the measurement signal is maximum will no longer be quite the frequency Wmax obtained when the excitation amplitude is very large.
Le caractère fini de l'amplitude du champ d'excitation entraîne donc un double défaut, l'un de phase et l'autre d'amplitude, affectant le signal électrique de mesure. The finite nature of the amplitude of the excitation field therefore causes a double fault, one of phase and the other of amplitude, affecting the electrical measurement signal.
La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. The object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks.
A cette fin, elle tient compte de l'amplitude des champs radiofréquence appliqués pour ajuster la durée des impulsions et l'intervalle entre elles. To this end, it takes account of the amplitude of the radiofrequency fields applied to adjust the duration of the pulses and the interval between them.
Comme on Le comprendra mieux par la suite, la duree t des impulsions est allongée par rapport à la durée t0 théorique valable Lorsque l'amplitude est très grande et la durée T-t de L'intervalle est raccourcie par rapport à La durée theorique T0-t0. As will be understood better below, the duration t of the pulses is lengthened compared to the valid theoretical duration t0 When the amplitude is very large and the duration Tt of the interval is shortened compared to The theoretical duration T0-t0 .
L'invention perfectionne ainsi la technique
JR en permettant d'utiliser des champs radiofréquence d'amplitude limitée, ce qui est plus conforme à la pratique.The invention thus improves the technique
JR by allowing the use of radiofrequency fields of limited amplitude, which is more in line with practice.
De façon plus précise, la présente invention a pour objet un procédé d'excitation d'un spectromètre à RMN à suppression du signal de solvant, qui est du type JR rappelé plus haut et qui est caractérisé par le fait que la durée t des deux impulsions de champ radiofréquence est telle que les deux basculements de l'aimantation résultant de ces impulsions sont supérieurs à Iri 2 d'une première quantité et que la durée T-t de l'intervalle entre impulsions est telle que le décalage angulaire des spins du soluté de fréquence relative wmax par rapport aux spins du solvant pendant L'intervalle entre impulsions est inférieur à lY/2 d'une seconde quantité, de telle sorte qu'à La fin de l'excitation, tous les spins du soluté sont situés dans un même plan défini par le champ magnétique statique Hst et la direction d'application du champ radiofréquence, ce qui minimise toute erreur de phase dans le signal électrique prélevé, ceux des spins du soluté qui ont la fréquence relative Wmax se trouvant encore décalés angulairement de at/2 par rapport au champ magnétique statique et conduisant à un maximum de signal, ce qui minimise toute erreur d'amplitude dans le signal électrique prélevé. More specifically, the present invention relates to a method of excitation of an NMR spectrometer with suppression of the solvent signal, which is of the type JR mentioned above and which is characterized by the fact that the duration t of the two radiofrequency field pulses is such that the two tiltings of the magnetization resulting from these pulses are greater than Iri 2 by a first quantity and the duration Tt of the interval between pulses is such that the angular offset of the spins of the solute by relative frequency wmax with respect to the spins of the solvent during The interval between pulses is less than lY / 2 of a second quantity, so that at the end of the excitation, all the spins of the solute are located in the same plane defined by the static magnetic field Hst and the direction of application of the radiofrequency field, which minimizes any phase error in the sampled electrical signal, those of the spins of the solute which have the fr relative equation Wmax being still angularly offset by at / 2 with respect to the static magnetic field and leading to a signal maximum, which minimizes any amplitude error in the sampled electrical signal.
Ces deux différences (t-t0) d'une part, et (T-To) d'autre part, s'expriment de préférence en fonction d'un même paramètre p égal au rapport t0/T0 entre la durée t0 d'une impulsion de champ radiofréquence qui serait apte à provoquer un basculement égal à 1tl2 et la durée To qui correspond à un décalage angulaire égal à t/2 pour la fréquence relative Wmax conduisant à un maximum de signal (wmax(To-to)=#2). These two differences (t-t0) on the one hand, and (T-To) on the other hand, are preferably expressed as a function of the same parameter p equal to the ratio t0 / T0 between the duration t0 of a radio frequency field pulse which would be capable of causing a tilting equal to 1tl2 and the duration To which corresponds to an angular offset equal to t / 2 for the relative frequency Wmax leading to a maximum of signal (wmax (To-to) = # 2 ).
Selon une première variante, la durée t des impulsions correspond sensiblement à un basculement de l'aimantation voisin de (lY/2)+p et la durée T-t de l'intervalle correspond sensiblement à un décalage angulaire voisin de C?r/2)-2p. According to a first variant, the duration t of the pulses corresponds substantially to a tilting of the magnetization close to (lY / 2) + p and the duration Tt of the interval corresponds substantially to an angular offset close to C? R / 2) -2p.
Selon une autre variante, la durée t des impulsions correspond à un basculement de l'aimantation voisin de (072)/(1-2p/ > ) et la durée T-t de l'intervaL- le entre Les impulsions est telle que Le décalage angulaire cZ est voisin de (t/2)S1-p/3-pt/(1-2Rrp)3
Toute autre combinaison est possible selon
Le résultat souhaité : déphasage rigoureusement nul ou inférieur à un certain seuil, décalage de la fréquence du signal maximum rigoureusement nul ou inférieur à un seuiL.According to another variant, the duration t of the pulses corresponds to a tilting of the magnetization close to (072) / (1-2p />) and the duration Tt of the interval between the pulses is such that the angular offset cZ is close to (t / 2) S1-p / 3-pt / (1-2Rrp) 3
Any other combination is possible depending on
The desired result: phase shift strictly zero or less than a certain threshold, shift of the frequency of the maximum signal strictly zero or less than a threshold.
Enfin, dans un mode de réalisation à écho de spin, la durée t des impulsions est choisie telle que Le basculement de L'aimantation est égal à (#/2) / (1-(2/#)p-q). Finally, in a spin echo embodiment, the duration t of the pulses is chosen such that the tilting of the magnetization is equal to (# / 2) / (1- (2 / #) p-q).
De toute façon, les caractéristiques et avantages de L'invention apparaîtront mieux à la lumiè- re de La description qui va suivre. Cette description porte sur des exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement Limitatif et elle se réfère à des dessins annexés sur Lesquels
- La figure 1, déjà décrite, illustre une
séquence d'excitation connue, du type
JR,
- la figure 2, déjà décrite, illustre les
phénomènes physiques mis en jeu lors de
L'excitation connue de la figure 1,
- La figure 3 illustre l'origine des défauts
du procédé connu et montre comment Le
procédé de L'invention corrige ces défauts,
- la figure 4 montre une séquence d'excita
tion conforme à l'invention,
- la figure 5 montre les variations d'ampli
tude du signal électrique prélevé en fonc
tion de la fréquence relative (w/wmax)
pour différentes valeurs du paramètre
P,
- la figure 6 montre les variations de phase
du signal électrique prélevé en fonction
de la fréquence relative (W/wmax) pour
différentes valeurs du paramètre p.In any case, the characteristics and advantages of the invention will appear better in the light of the description which follows. This description relates to exemplary embodiments given by way of explanation and in no way limitative and it refers to the attached drawings on which
- Figure 1, already described, illustrates a
known excitation sequence, of the type
JR,
FIG. 2, already described, illustrates the
physical phenomena involved in
The known excitation of FIG. 1,
- Figure 3 illustrates the origin of the faults
of the known process and shows how The
method of the invention corrects these defects,
- Figure 4 shows a sequence of excita
tion according to the invention,
- Figure 5 shows the amp variations
study of the electrical signal taken in function
tion of the relative frequency (w / wmax)
for different parameter values
P,
- Figure 6 shows the phase variations
of the electrical signal taken as a function
relative frequency (W / wmax) for
different values of the parameter p.
Dans la description qui va suivre, on prendra comme paramètre p décrivant l'amplitude du champ radiofréquence, le rapport entre la durée t0 d'une impulsion qui provoquerait un basculement de 972 de l'aimantation du solvant et l'intervalle Tg correspondant à une précession de > /2 pour la fréquence wmax, sachant que cet intervalle est compte entre les deux fronts avant des impulsions. Ainsi, lorsque la puissance du champ (ou, si l'on veut, son amplitude), est infiniment grande, t0 est nul et le paramètre p est également nul. Le paramètre p croît lorsque le champ n'est plus infiniment grand.Au maximum p est égal à 1, lorsque t0 est égal à Tg. Le paramètre p est donc compris entre O et 1, selon la puissance plus ou moins faible du champ radiofréquence appliqué. In the description which follows, we will take as parameter p describing the amplitude of the radiofrequency field, the ratio between the duration t0 of a pulse which would cause a tilting of 972 of the magnetization of the solvent and the interval Tg corresponding to a precession of> / 2 for the frequency wmax, knowing that this interval is counted between the two front edges of the pulses. Thus, when the power of the field (or, if you want, its amplitude), is infinitely large, t0 is zero and the parameter p is also zero. The parameter p increases when the field is no longer infinitely large. At most p is equal to 1, when t0 is equal to Tg. The parameter p is therefore between O and 1, depending on the more or less weak power of the radiofrequency field applied.
Selon des considérations classiques, la durée t0 est égale à t/2gHrf où vt est Le rapport gyromagnétique en question et Tg est egale à t/(2wmax). According to conventional considerations, the duration t0 is equal to t / 2gHrf where vt is The gyromagnetic ratio in question and Tg is equal to t / (2wmax).
La figure 3 permet d'illustrer l'origine du déphasage et de L'erreur d'amplitude observés lorsque L'amplitude du champ radiofréquence d'excitation est faible et le moyen de remédier à ce double défaut selon l'invention. FIG. 3 illustrates the origin of the phase shift and of the amplitude error observed when the amplitude of the excitation radiofrequency field is low and the means of remedying this double defect according to the invention.
La description qui suit est une approximation du premier ordre en p. Elle se réfère toujours à un repère Oxyz mobile autour du champ statique Hst dirigé selon Oz et tournant à la fréquence W de précession des spins nucléaires du solvant. Le champ radiofréquence à la fréquence W, qui constitue l'excitation, est supposé appliqué, comme dans l'art antérieur, par circulation d'un courant dans un enroulement d'axe perpendiculaire à Oz. La fréquence de précession w des spins nucléaires du soluté est comptée à partir de la fréquence de précession W des spins nucléaires du solvant. The following description is a first order approximation on p. It always refers to a mobile Oxyz reference frame around the static field Hst directed along Oz and rotating at the frequency W of precession of the nuclear spins of the solvent. The radiofrequency field at frequency W, which constitutes the excitation, is assumed to be applied, as in the prior art, by circulation of a current in a winding with an axis perpendicular to Oz. The precession frequency w of the nuclear spins of the solute is counted from the precession frequency W of the nuclear spins of the solvent.
Le trajet suivi par les spins dans Le repère mobile Oxyz est représenté par la ligne en pointille lorsqu'il s'agit de la technique antérieure JR et en trait plein lorsqu'il s'agit de l'invention. The path followed by the spins in the mobile Oxyz coordinate system is represented by the dotted line when it comes to the prior art JR and in solid line when it is a question of the invention.
Lorsque le premier champ (Hrf)1 est appliqué selon Ox, Le champ magnétique résultant, composé avec le champ statique résiduel dirigé selon Oz, est dirigé selon une direction OE1 faisant un angle p avec Ox
(si (Hrf)l était infini, le champ résultant serait dirigé selon Ox). L'application de la première impulsion I1 fait basculer L'aimantation, non pas autour de Ox mais autour de OE1 de sorte que les spins se retrouvent dans le plan xOy, avec une direction faisant un angle -p avec Oy (et non plus le long de Oy).When the first field (Hrf) 1 is applied according to Ox, the resulting magnetic field, composed with the residual static field directed according to Oz, is directed according to a direction OE1 making an angle p with Ox
(if (Hrf) l were infinite, the resulting field would be directed according to Ox). The application of the first pulse I1 switches the magnetization, not around Ox but around OE1 so that the spins are found in the xOy plane, with a direction making an angle -p with Oy (and no longer the along Oy).
Les spins du soluté précessionnent dans
le plan xOy (relativement aux spins du solvant qui sont dirigés selon Oy).The solute spins precession in
the xOy plane (relative to the spins of the solvent which are directed along Oy).
Lorsque la seconde impulsion I2 est appli quée, avec une phase opposée (le champ est donc dirigé selon -Ox), la résultante magnétique est dirigée selon
la direction opposée à OE2 qui fait un angle -p avec
Ox. C'est autour de cette direction OE2 que l'aimantation rebascule (et non rigoureusement autour de
Ox). When the second pulse I2 is applied, with an opposite phase (the field is therefore directed along -Ox), the magnetic result is directed according to
the direction opposite to OE2 which makes an angle -p with
Ox. It is around this direction OE2 that the magnetization switches back (and not rigorously around
Ox).
Si, après la seconde impulsion, L'aimantation propre au solvant a bien repris sa direction Oz, les spins I du soluté, qui sont à la fréquence relative wmax et qui, normalement, auraient dû se trouver alignés selon Ox ont, en réalité, dépassé le plan xOz et se retrouvent sensiblement dans le méridien -p par rapport à xOz. If, after the second pulse, the magnetization proper to the solvent has resumed its direction Oz, the spins I of the solute, which are at the relative frequency wmax and which, normally, should have been aligned according to Ox have, in reality, exceeded the xOz plane and are found appreciably in the meridian -p compared to xOz.
La phase des spins (ou si l'on veut la phase des signaux électriques que leur précession va engendrer dans l'enroulement de détection), représentée par la projection des spins dans le plan transversal xOy, n'est donc pas nulle. ELle est de -p pour les spins tels que I et elle dépend linéairement de la fréquence, sous la forme -pw/wmax. The phase of the spins (or if one wants the phase of the electrical signals that their precession will generate in the detection winding), represented by the projection of the spins in the transverse plane xOy, is therefore not zero. It is -p for spins such as I and it depends linearly on the frequency, in the form -pw / wmax.
Les spins qui vont conduire à un signal maximum sont Les spins tels que J qui terminent leur mouvement dans le plan équatorial xOy. Juste avant l'application de la seconde impulsion ils avaient la phase -p. Ils avaient donc subi un décalage angulaire de précession iÙ2-p-p entre les deux impulsions, alors que les spins tels que I avaient précessionne de @ 2-p. The spins which will lead to a maximum signal are Spins such as J which end their movement in the xOy equatorial plane. Just before the application of the second pulse they had the -p phase. They had therefore undergone an angular offset of precession iÙ2-p-p between the two pulses, while spins such as I had precession of @ 2-p.
La fréquence w 'max (correspondant au maximum du signal) est donc Liée à la fréquence théorique Wmax par la relation (W'max-wmax)/wmax=-P(4/#-l)/(l-p). The frequency w 'max (corresponding to the maximum of the signal) is therefore linked to the theoretical frequency Wmax by the relation (W'max-wmax) / wmax = -P (4 / # - l) / (l-p).
L'utilisation de champs à amplitude finie pour réaliser l'excitation introduit donc non seulement un déphasage proportionnel à p mais encore un décalage en fréquence du maximum de signal, proportionnel à p/(1-p). The use of fields with finite amplitude to carry out the excitation thus introduces not only a phase shift proportional to p but also a shift in frequency of the maximum of signal, proportional to p / (1-p).
La figure 3 montre également comment l'inven tion remédie à ce double défaut. La ligne en trait fort montre symboliquement le trajet emprunté par les spins dans le procédé d'excitation de l'invention. FIG. 3 also shows how the invention remedies this double defect. The strong line symbolically shows the path taken by the spins in the excitation process of the invention.
La séquence des impulsions (I1 de durée t, intervalle T, I2 de durée t) est représentée sur la figure 4. The pulse sequence (I1 of duration t, interval T, I2 of duration t) is shown in Figure 4.
Selon l'invention, la première impulsion I1 est allongée. ce qui fait basculer l'aimantation sous le plan xOy. L'angle de basculement est sensiblement p+5t12 (au lieu de /2). Les spins du soluté correspondant à wmax précessionnent ensuite dans un plan horizontal situé sous le plan équatorial. L'intervalle T entre impulsions est raccourci de telle sorte que ltecart angulaire dû à la précession est diminue. According to the invention, the first pulse I1 is elongated. which switches the magnetization under the xOy plane. The tilt angle is substantially p + 5t12 (instead of / 2). The spins of the solute corresponding to wmax then precession in a horizontal plane located under the equatorial plane. The interval T between pulses is shortened so that the angular deviation due to precession is reduced.
Après la seconde impulsion, les spins I correspondant à wmax se retrouvant alignés selon Ox.After the second pulse, the spins I corresponding to wmax find themselves aligned according to Ox.
Cette description qualitative de L'invention permet de comprendre qu'il faut allonger t pour donner au basculement une valeur supérieure à #/2 et, au contraire, diminuer T pour reduire La précession en-dessous de > /2. Des considérations et des calculs théoriques qui sortiraient du cadre de cette description recommandent une durée t égale à to/(1-2ptit-) et un intervalle T égal à T0(1-p/3). This qualitative description of the invention makes it possible to understand that it is necessary to lengthen t to give the tilting a value greater than # / 2 and, on the contrary, decrease T to reduce the precession below> / 2. Considerations and theoretical calculations which would go beyond the scope of this description recommend a duration t equal to to / (1-2ptit-) and an interval T equal to T0 (1-p / 3).
Mais d'autres valeurs pratiques sont possibles autour de ces valeurs théoriques. But other practical values are possible around these theoretical values.
Les figures 5 et 6 montrent les résultats obtenus pour différentes valeurs de p, donc pour différentes amplitudes du champ utilisé. La figure 5 illustre l'amplitude relative du signal électrique de mesure, portée en ordonnées en fonction de la fréquence relative w/wmax pour différentes valeurs de p (p=O/0,1/0,2/0,3/0,4). La figure 6 montre la phase du signal électrique, toujours en fonction de w/wmax pour Les mêmes valeurs de p. Figures 5 and 6 show the results obtained for different values of p, therefore for different amplitudes of the field used. FIG. 5 illustrates the relative amplitude of the electrical measurement signal, plotted on the ordinate as a function of the relative frequency w / wmax for different values of p (p = O / 0.1 / 0.2 / 0.3 / 0, 4). Figure 6 shows the phase of the electrical signal, always as a function of w / wmax for the same values of p.
Dans ces schémas, i I a été supposé que la durée t des impulsions était de to/(1-2p/t) et la durée T de L'intervalle de Tg(p-p/3). In these diagrams, i I was assumed that the duration t of the pulses was to / (1-2p / t) and the duration T of the interval Tg (p-p / 3).
On voit, sur La figure 5, que la variation d'amplitude avec w est sensiblement indépendante de p sur une très large plage de fréquence, ce qui rend aisee la programmation de la compensation de cette variation. It can be seen in FIG. 5 that the amplitude variation with w is substantially independent of p over a very wide frequency range, which makes it easy to program the compensation for this variation.
La figure 6 montre que la phase est quasiment plate. Figure 6 shows that the phase is almost flat.
Sur ces figures 5 et 6, les courbes en pointillés, correspondent à la technique antérieure JR à impulsions (t0, To) avec un paramètre p égal à 0,4. In these FIGS. 5 and 6, the dotted curves correspond to the prior art JR with pulses (t0, To) with a parameter p equal to 0.4.
Par comparaison avec les courbes en trait continu, on voit combien la régularité de l'amplitude est améliorée et le déphasage réduit grâce à l'invention.By comparison with the curves in solid line, one sees how much the regularity of the amplitude is improved and the phase shift reduced thanks to the invention.
L'invention ne se limite pas au mécanisme de précession libre des spins mais peut aussi s'appliquer à la technique dite d'écho de spins. Dans ce cas, la largeur t des impulsions est modifiée par introduction d'un coefficient q Lié au retard temporel entre écho et impulsion d'excitation. The invention is not limited to the free spin precession mechanism but can also be applied to the so-called spin echo technique. In this case, the width t of the pulses is modified by the introduction of a coefficient q linked to the time delay between echo and excitation pulse.
On prendra comme largeur d'impulsion La valeur t'
t '=t0(1-2p/-q). We will take as pulse width The value t '
t '= t0 (1-2p / -q).
Lorsque le paramètre q est très inférieur à 1, L'écho apparaît après un temps qT0 après la fin de la seconde impulsion. When the parameter q is much less than 1, the echo appears after a time qT0 after the end of the second pulse.
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-
1992
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Patent Citations (2)
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Journal of the American Chemical Society vol. 104, 1982, Washington, US pages 7310 - 7311; P Plateau et al.: "Exchangeable Proton NMR without..." * |
Also Published As
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WO1992014166A1 (en) | 1992-08-20 |
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