___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp1 Konferencja APES-IES-SEST.

Prezentacja na temat: "___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp1 Konferencja APES-IES-SEST."— Zapis prezentacji:

1 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp1 Konferencja APES-IES-SEST 12-16.11.2014 Asia Pacific EPR/ESR Society (9) International EPR(ESR) Society (1) The Society of Electron Spin Science andTechn- ology (53 annual meeting) Tematyka: CW EPR/ESR, pulsed EPR/ESR, high frequency and high fired EPR/ESR ENDOR – Electron Nuclear Double Resonance, time resolved EPR/ESR, FMR – Ferromagnetic Resonance, ODMR – Optically Detected Magnetic Resonance, PELDOR/DEER – Pulsed Electron-Electron Double Resonance, PDS-ESR – Pulsed Dipolar Electron Spin Resonance

2 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp2Ogólnie Spektroskopia – metody badawcze oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią. Rezonans Magnetyczny: NMR, MRI, EPR MRI (NMRI, MRT) – technika zobrazowania medycznego w radiologii do badania anatomii i fizjologii ciała. Wysokie pola magnetyczne i fale radiowe (promieniowanie nie jonizujące) NMR – wzbudzanie spinów jądrowych znajdu- jących się w zewnętrznym polu magnetycznym poprzez szybkie zmiany pola magnetycznego a następnie rejestracje promieniowania relaksa- cyjnego – spektroskopia absorpcyjna. Bloch, Purcell, 1946; 1952 EPR – technika pozwalająca na wykrycie zwią- zków posiadających niesparowane elektrony – wolne rodniki; EPR oxi- metry, high frequency EPR, Zavoisky 1944

3 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp3 Współcześnie Wieloczęstotliwościowe metody EPR – w wysokich polach i częstościach mikrofalowych dostarczają informacji o strukturze i dynamice stabilnych i krótkożyciowych wolnych rodników oraz ich par biorących udział w procesach chemicznych i biologicznych. Wysokie pola, impulsowy EPR, PELDOR (Pulsed Electron-Electron Double Resonance), PDS-ESR (Pulsed Dipolar ESR) Zastosowanie – wyjaśnianie mechanizmów reakcji transportu elektronów i protonów w białkach podczas ich słabego oddziaływania z otoczeniem (wiązania wodorowe z pochodnymi kwasowymi i molekułami wody). NMR stosuje się w ustalaniu struktury białek. 3-wymiarowy, selektywne znakowanie izotopowe, ENDOR, DNP- Dynamic Nuclear Polarization. MRI – techniki diagnostyki obrazowej w medycynie. EPR i NMR realizują ten sam program – zrozumieć oddziaływania spinowe w różnych układach molekularnych w celu poznania ich struktury i dynamiki. Charakteryzują się różnymi skalami czasowymi (impulsowe) ze względu na różne momenty magnetyczne jąder i elektronów. Częstość charakterystyczna separacji: NMR (Hz), EPR (MHz), czasy relaksacji poprzecznej: NMR (<10  s), EPR (10 ns),

4 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp4 Dlaczego większe pola magnetyczne - - zwiększona rozdzielczość widmowa, - - wzmożona selektywność orientacyjna w próbkach nieuporządkowanych, - - zwiększona niskotemperaturowa polaryzacja spinów, - - wzmożona czułość detekcji, - - rozdzielczość czynnika g większa w porównaniu do sprzężeń nadsubtelnych - W układach o niskiej symetrii rozdzielczość jest słaba z uwagi na silne niejednorodne poszerzenie linii: anizotropowe oddziaływanie Zeemana musi przewyższać niejednorodną szerokość linii,  B.  B można zredukować również poprzez zastosowanie znakowania izotopowego.

5 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp5 Współczesne techniki EPR TREPR – Transient EPR – detekcja krótkożyciowych stanów przejściowych (10 ns). Modulacja pola częstotliwością 1 MHz – badanie reakcji chemicznych i fotochemicznych. Sygnał EPR zależy od czasu dzięki selektywnemu impulsowemu wzbudzeniu laserowemu (S, X, K, Q, W, 120 GHz, 240 GHz) Pulsed EPR – detekcja echa spinowego (EPR (ESE)). Stochastyczna modulacja oddziaływania dipol-dipol między centrami paramagnetycznymi – pomiar odległości i wzajemnej orientacji spinów. ENDOR – electron-nuclear double resonance – dwa pola magnetyczne jednocześnie (mW i rF) w celu uzyskania przejść EPR i NMR niesparowanego elektronu sprzężonego z sąsiednim jądrem o spinie I≠0. Wysoka czułość EPR i duża rozdzielczość NMR – rośnie rozdzielczość spektralna. cw local, distant – pomiar małych nadsubtelnych sprzężeń w cieczy, pulsed – w ciałach stałych

6 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp 6 Współczesne techniki EPR ESEEM – Electron Spin Echo Envelope Modulation – rezo- nansowe przejścia NMR monitorowane są poprzez przejścia EPR. HYSCORE – Hyperfine Sublevel Correlation Spectroscopy – technika pomiaru sprzężeń elektron-jądro złożonych układów molekularnych (COSY NMR – Corelation Spectroscopy). EDNMR (ELDOR detected NMR) – słabe oddziaływania nadsubtelne w układach nieuporządkowanych – metaloprot. PELDOR/DEER – Pulsed Electron Double Resonance – wy- sokie pola – pomiar odległości i orientacji spinów (znaczniki spinowe) PDS ESR – Pulsed Dipolar ESR Spectroscopy – separacja sprzężenia electron-electron od innych oddziaływań, redukcja niejednorodnego poszerzenia linii.

7 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp7 Przykładowe tematy wystąpień Mechanizmy molekularne w znakowanych spinowo układach molekularnych – cw EPR, pulsed EPR, W- band ESR problemem fizyki statystycznej, niskie energie i wymiary PELDOR, pasmo W, znaczniki spinowe RX, odległości i orientacje spinów Nowe znaczniki spinowe NO do EPR MRI, cw EPR, pulsed EPR DNP NMR – 2 rzędy wielkości wzmocnienie sygnału NMR, 9.2T, porównanie z 260 GHz EPR PDS ESR – struktura i funkcje białek, pomiar odległości 1-9 nm

8 ___________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Wstęp8 Przykładowe tematy wystąpień - Zastosowania kliniczne EPR: oximetry - EPR w nanoskali dla jednego spinu – defekt NV w diamencie - ESR badania organicznych materiałów elektronicznych i urządzeń - Obrazowanie EPR uszkodzonego mózgu myszy - High frequency EPR – przewodniki i magnesy molekularne - EPR dosimetry BaSO 4 - Zastosowania ESR w datowaniu czwartorzędu (pleistocen, holocen) - intensywność sygnału EPR jest proporcjonalna do ilości niesparowanych i spułapkowanych elektronów w kryształach zawartych w skałach - Charakteryzacja powierzchni przy pomocy DNP NMR