La hiperpolarización es la polarización de los espines nucleares de sustancias mucho más allá de los límites del equilibrio térmico. Los gases nobles hiperpolarizados se utilizan comúnmente en la resonancia magnética de los pulmones. El nivel de polarización de 129 Xe y 3 He puede ser 10 4 —10 5 veces mayor que el nivel de equilibrio térmico.
Métodos de hiperpolarización:
Un rayo láser con polarización circular provoca transiciones electrónicas en átomos de metales alcalinos (por ejemplo, rubidio ) en estado gaseoso, creando así una polarización electrónica. Cuando los metales alcalinos chocan con gases nobles (por ejemplo, xenón ) en el proceso de intercambio de espín, la polarización se transfiere de los electrones a los núcleos de los gases nobles.
La polarización dinámica de los núcleos se basa en la transferencia de polarización de electrones a los núcleos. [2] La transferencia de polarización puede ocurrir espontáneamente o por mezcla de espín.
En el método de polarización nuclear dinámica en fase líquida (disolución-DNP, d-DNP), el proceso de hiperpolarización ocurre en estado sólido a bajas temperaturas, luego de lo cual la muestra se disuelve en un solvente calentado y se inyecta en la ampolla de RMN ubicada en el espectrómetro de RMN. [3]
De manera similar al DNP en fase líquida, existe un método DNP para trabajar en fase gaseosa, donde el proceso de hiperpolarización también ocurre en estado sólido, luego de lo cual la sustancia se calienta durante la sublimación y pasa a un estado gaseoso adecuado para su detección en un espectrómetro de RMN. [cuatro]
Este método utiliza el isómero de espín del hidrógeno , el parahidrógeno, que tiene espines nucleares de dirección opuesta. Cuando se une parahidrógeno a la molécula de interés, se viola la equivalencia magnética de los espines nucleares del parahidrógeno, pero se conserva la correlación de sus espines, lo que hace posible observar la amplificación de la señal en los espectros de RMN .
Los efectos de PHIP se observaron por primera vez durante la reacción de hidrogenación con parahidrógeno en un campo fuerte. Este efecto se denominó PASADENA (parahidrógeno y síntesis permiten una alineación nuclear dramáticamente mejorada). [5] En este caso, se completan los niveles que tienen simetría singlete y se observan dos señales en contrafase en los espectros de RMN.
Otro efecto, ALTADENA (Transporte longitudinal adiabático después de la disociación genera alineación nuclear), se encuentra cuando el sustrato se hidrogena en un campo magnético débil. [6] En los experimentos de ALTADENA, solo se rellena uno de los niveles correspondientes a la simetría singlete.