Bazı bir, iki ve üç boyutlu ÇMR deneylerinin çarpım işlemci kuramıyla incelenmesi
The investigation of some 1D, 2D and 3D NMR experiments by using product operator theory
Yazar: ÖZDEN TEZEL
Danışman: DOÇ.DR. AZMİ GENÇTEN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1999
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Manyetik rezonans spektroskopi = Magnetic resonance spectroscopy ; Spin sistemleri = Spin systems ; İşlemciler = Processors

Özet:
Çarpım işlemci tekniği zayıf bağlaşımlı spin sistemleri için çok pulslu ÇMR (Çekirdek Magnetik Rezonans) deneylerinin analitik olarak tanımlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çarpım işlemci tekniğinde r.f. (radyo frekans) puls, kimyasal kayma ve spin-spin bağlaşım Hamiltonienlerinin çarpım işlemcileri üzerine etkisi kolayca elde edilebilir. Bu çalışmanın birinci kısmında, IS (7 = 1/2, S = 1) spin sistemi için IyS2y ve IxS2y çarpım işlemcileri üzerine spin- spin bağlaşım Hamiltonieninin etkisi elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci ve üçüncü kısımlarında, çarpım işlemci tekniği kullanılarak CH n ve CDn grupları (« = 1,2,3) için 13C Spin-yankı J-modülasyon ve SEMUT ÇMR spektroskopisinin analitik olarak incelenmesi yapılmış ve daha sonra CH " ve CDn (» = 0,1,2,3) lerden gelen 13C ÇMR sinyallerinin deneysel olarak ayırdedilmesi tartışılmıştır. Bulunan kuramsal sonuçlar, deneysel sonuçlarla karşılaştınlmıştır. Bazı durumlarda spektrumlarm üst üste binmelerinden dolayı İki boyutlu J-çözümlü ÇMR spektrumlarının analizi oldukça zor olmaktadır. Dördüncü kısımda, bu problemi çözmek için SEMUT ve İki boyutlu J-çözümlü puls dizileri birleştirilerek, yeni bir puls dizisi ilk defa bu çalışmada geliştirilmiştir. Bu puls dizisi İki boyutlu SEMUT J-çözümlü olarak isimlendirilmiştir. İki boyutlu SEMUT J-çözümlü ÇMR spektroskopisi çarpım işlemci tekniği kullanılarak ISn(I = 1/2, S = 1/2; w = 1,2,3) spin sistemi için analitik olarak incelenmiştir. İki boyutlu SEMUT J-çözümlü ÇMR spektroskopilerinin SİB (Serbest İndüksiyon Bozunması) sinyalleri ve sinyal şiddet dağılımları belirlenmiştir. IS"Km (» = 1,2,3, w = 1,2,3) spin sistemlerinde 7 çekirdeği S ve K çekirdeklerinin her birisiyle de spin-spin bağlaşımına sahipse, farklı kimyasal çevrelerdeki 7 çekirdeklerinin ÇMR sinyallerinin üst üste binmelerden dolayı, spektrumların ayırdedilmeleri çok zor olmaktadır. Bu yüzden kimyasal kaymayı bir eksende ve iki ayrı çekirdekle spin-spin bağlaşımlarını da iki ayrı eksende gözleyebilmek için "farklı çekirdekli üç boyutlu J-çözümlü ÇMR spektroskopisi" kullanılmaktadır. Çalışmanın beşinci kısmında, ISnKm (I = 1/2, S = 1/2, K = 1/2; n = 1,2,3, m = 1,2,3), (7 = 1/2, S = 1İ2, K = 1; » = 1,2,3, m = l,2,3) ve (7 = 1/2, S = l, K = l; n = 1,2,3, m = 1,2,3 ) spin sistemlerinde çarpım işlemci tekniği kullanılarak, üç boyutlu J-çözümlü ÇMR spektroskopisi deneyi için SİB sinyallerini temsil eden İz(IyQ8) değerleri hesaplanmış ve şiddet dağılımları belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Çarpım işlemci kuramı, Spin-yankı J-modülasyon ÇMR, SEMUT ÇMR, İki boyutlu SEMUT J-çözümlü ÇMR, Üç boyutlu J-çözümlü ÇMR

Abstract:
Product operator technique is widely used for weakly coupled spin systems in analytical description of multi-pulse NMR experiments. In product operator technique, the effects of r.f. (radio frequency) puis, chemical shift and spin-spin coupling Hamiltonians on the product operators can easily be obtained. In the first section of this study, the effect of spin-spin coupling Hamiltonian on IS* and IxSy product operators for IS (7 = 1/2, S = 1) spin system is obtained. In the second and third sections of the study, by using the product operator technique, analitical investigation of nC Spin-echo J-Modnlation and SEMUT NMR spectroscopies for CH n and CDn (« = 1,2,3) groups are made and then experimental identifications of 13C NMR signals coming from CH n and CDn (« = 0,1,2,3) groups are discussed. Obtained theoretical results are compared with the experimental ones. Sometimes, due to the overlapping of the spectra, analysis of 2D J-resolved NMR spectra become too difficult. In the fourth section in order to solve this problem, by combining SEMUT and 2D J-resolved puis sequences, a new puis sequence is developed. This pulse sequence is named as 2D SEMUT J-resolved. By using the product operator technique, 2D SEMUT J-resolved NMR spectroscopy is analytically investigated for ISn (I -\I2,S = \l2;n = 1,2,3) spin system. FID (Free Induction Decay) signals and signal intensity distributions of 2D SEMUT J-resolved NMR spectroscopy are obtained. In IS"Km (« - l,2,3,m = 1,2,3) spin systems, if nucleus 7 has a spin-spin coupling both with S and K nuclei, due to the overlapping of NMR signals of 7 nuclei in different chemical environment, spectral assignments become too difficult. Therefore, in order to resolve the chemical shift along the one axis and spin-spin couplings with two different nuclei along the two different axes, heteronuclear 3D J-resolved NMR spectroscopy is used. In the fifth section of the study, in IS"Km (7 = 1/2, 5 = 1/2, K = \I2; « = 1,2,3, ro = l,2,3), (7 = 1/2, 5 = 1/2, K = l; « = 1,2,3, m = 1,2,3) and (7 = 1/2, 5 = 1, K = l; « = 1,2,3, m = 1,2,3) spin systems, by using the product operator technique, Tr(Iyot ) values representing FID signals of 3D J-resolved NMR spectroscopy experiment are calculated and the intensity distributions are obtained.Key Words: Product operator theory, Spin-Echo J-Modulatiori NMR, SEMUT NMR, 2D SEMUT J-resolved NMR, 3D J-resolved NMR