МЕЖДУНАРОДНЫЙ ТОМОГРАФИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
Сибирского Отделения Российской Академии Наук
RU | EN




Оборудование

1) Магнитно-резонансная спектроскопия и микротомография

Исследования с помощью метода ЯМР микротомографии позволяют получить информацию о пространственном распределении жидкостей и газов в любом сечении исследуемого образца неразрушающим образом, с пространственным разрешением порядка сотен или даже десятков микрон. Таким образом, этот метод может быть использован для изучения различных динамических процессов in situ в режиме реального времени без прерывания изучаемого процесса. Одно из преимуществ МРТ по сравнению с другими томографическими методами состоит в том, что МРТ может предоставлять пространственные карты не только количества вещества, но и широкого спектра других свойств изучаемых объектов и протекающих в них процессах. Кроме того, ЯМР является спектроскопическим методом, поэтому объединение ЯМР и МРТ/МРМ обеспечивает доступ к пространственно-разрешенной информации о химическом составе (например, раздельные карты пространственного распределения реагента и продукта в функционирующем реакторе).

Эксперименты проводятся с использованием двух ЯМР систем фирмы Bruker: спектрометра ЯМР Avance III 400 МГц с приставкой для микротомографии (градиент магнитного поля до 150 Гс/см или 1,5 Тл/м)

400.jpg

 и ЯМР-спектрометра AV 300 SB.

300.jpg


2) Усиление сигнала в ЯМР/МРТ и индуцированная параводорода поляризации ядер

Многие приложения ЯМР/МРТ страдают от (или даже невозможны из-за) относительно низкой чувствительности метода, вызванной слабым взаимодействием ядерных спинов с внешними магнитными полями и, следовательно, их слабой ориентацией по отношению к постоянному магнитному полю. Семейство так называемых методов гиперполяризации ядерных спинов позволяет заставить ядерные спины преимущественно ориентироваться в одном направлении в гораздо большей степени по сравнению с тепловым равновесием даже в сверхсильных магнитных полях современных приборов для ЯМР/МРТ. Гиперполяризация спинов ядер в диамагнитных молекулах и материалах является одной из горячих областей современного магнитного резонанса, поскольку может обеспечить усиление сигнала ЯМР примерно на 4 порядка величины в сильных магнитных полях современных магнитов, применяемых в ЯМР/МРТ. В слабых магнитных полях, где вопрос чувствительности стоит особенно остро, усиление сигналов ЯМР за счет гиперполяризации может быть значительно больше.

Индуцированная параводородом поляризация ядер (ИППЯ) входит в семейство методов гиперполяризации спинов. Метод ИППЯ основан на использовании ядерных спиновых изомеров молекулярного водорода H2 (параводорода с полным ядерным спином двух атомов водорода I=0, или в некоторых случаях ортоводорода с I = 1) в каталитической реакции гидрирования соответствующего субстрата. В результате реакции симметрия молекулы H2, как правило, нарушается, и исходная корреляция ядерных спинов молекулы пара-H2 превращается в значительное усиление сигналов ЯМР продукта реакции. Поляризация двух атомов водорода, которые первоначально пришли в продукт из молекулы H2, может быть перенесена на другие атомы (водорода или других ядер с ненулевым ядерным спином, такие как 13C, 19F и т.д.) в молекуле продукта, что значительно расширяет сферу многих возможных приложений ИППЯ в спектроскопии и томографии на основе ЯМР. Некоторые примеры таких приложений включают гиперчувствительные исследования механизмов гомогенных и гетерогенных каталитических реакций изучение in vivo метаболизма лабораторных животных.

В лаборатории имеется простой конвертер параводорода для получения смесей Н2, обогащенных параводородом (соотношение пара-H2 : орто-H2 = 1:1). Генератор параводорода фирмы Bruker (BPHG 90, пара-H2 : орто-H2 > 9:1) запущен в 2013 году. 

Генератор.jpg

Была также создана установка для проведения гетерогенных каталитических процессов гидрогенизация ненасыщенных субстратов либо в магнитном поле Земли (эксперимент ALTADENA), либо в сильном магнитном поле спектрометра ЯМР (эксперимент PASADENA).

Установка.jpg

3) ЯМР томография и спектроскопия in vivo

Исследования лабораторных животных методом МРТ in vivo выполняются в рамках Межинститутского научно-исследовательского сектора томографии лабораторных животных МТЦ СО РАН и ИЦиГ СО РАН (руководитель - д.х.н., проф. И.В. Коптюг). Исследования выполняются на сверхвысокопольном томографе «BioSpec 117/16» (Bruker) с магнитным полем 11,7 Тл (частота ЯМР 1Н 500 МГц). Прибор установлен в здании SPF-вивария ИЦиГ СО РАН в ноябре 2009 г.

4) Аналитические методы

ИК-Фурье спектроскопия

Поскольку метод ИППЯ основан на каталитическом присоединении параводорода, большое внимание уделяется поиску эффективных катализаторов парного присоединения водорода. Первоначально эффекты ИППЯ были показаны для комплексов переходных металлов, используемых в качестве гомогенных катализаторов гидрирования, например, для катализатора Уилкинсона. Для таких катализаторов реакция протекает на выделенном каталитически активном центре и характерно парное присоединение водорода, необходимое для наблюдения эффектов ИППЯ. Однако использование лишь гомогенных катализаторов гидрирования значительно ограничивает биомедицинские приложения метода ИППЯ. В частности, для магнитно-резонансной томографии живых систем необходимо отделить гиперполяризованный контрастный агент от катализатора. Возможный подход в данном случае – использование иммобилизованных на твердой подложке комплексов переходных металлов, сочетающих в себе преимущества гомогенных и гетерогенных катализаторов. Характеризация иммобилизованных комплексов переходных металлов выполняется на ИК-Фурье спектрометре VERTEX 70 (Bruker). Этот прибор, обладая высокоточной оптической системой и современным программным обеспечением, позволяет регистрировать ИК-спектры в диапазоне 8000 – 50 см-1.

ИК-Фурье спектроскопия

Хромато-масс-спектрометрия

При анализе смесей продуктов различных каталитических реакций, помимо ЯМР-спектроскопии зачастую необходимо вспомогательное подтверждение состава реакционной смеси. В таких случаях, в нашей лаборатории анализ продуктов проводится с использованием газового хроматографа Agilent 7820A с масс-селективным детектором Agilent 5975.

ИК-Фурье спектроскопия

Перчаточный бокс

Для работы с чувствительными к воздуху и/или влаге соединениями наша лаборатория оснащена двухперчаточным боксом (LabConco) в сочетании с системой очистки и регенерации AtmosPureTM Re-Gen.

Перчаточный бокс