Analýza relaxačních časů polarizačních činidel za použití Rapid Scan-EPR

Abstract

Tato bakalářská práce zkoumá využití techniky rychlého skenování (RS) v elektronové paramagnetické rezonanci (EPR) k měření příčných relaxačních časů (T) polarizačních činidel, nezbytných pro optimalizaci dynamické nukleární polarizace (DNP) v aplikacích nukleární magnetické rezonance (NMR). Pomocí vysokofrekvenčního EPR spektrometru při frekvencích 95 GHz, 117 GHz a 145 GHz práce využívá rychlé frekvenční skeny pro krystalické vzorky a pomalé skeny pro kapalné vzorky k získání spekter. Vlastní MATLAB nástroje zpracovávají a fitují spektra pomocí upravených Blochových rovnic, čímž poskytují T hodnoty v rozmezí 80–111 ns pro BDPA a 14–85 ns pro TEMPOL u krystalů a 4,97–17,31 ns pro BDPA a 7,20–12,78 ns pro TEMPOL u kapalin. Databáze SQLite katalogizuje tyto výsledky a propojuje relaxační časy s experimentálními podmínkami. Zjištění zdůrazňují vliv frekvence a stavu vzorku na koherenci spinů, čímž přispívají k optimalizaci polarizačních činidel pro DNP-obohacené NMR v biologických systémech.

This bachelor thesis investigates the use of rapid scan Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy to measure transverse relaxation times (T) of polarizing agents, essential for optimizing Dynamic Nuclear Polarization (DNP) in Nuclear Magnetic Resonance (NMR) applications. Employing a high-frequency EPR spectrometer at 95 GHz, 117 GHz, and 145 GHz, the study utilizes rapid frequency sweeps for crystalline samples and slow sweeps for liquid samples to acquire spectra. Custom MATLAB tools process and fit spectra using modified Bloch equations, yielding T values ranging from 80–111 ns for BDPA and 14–85 ns for TEMPOL in crystals, and 4.97–17.31 ns for BDPA and 7.20–12.78 ns for TEMPOL in liquids. An SQLite database catalogues these results, linking relaxation times to experimental conditions. The findings highlight the influence of frequency and sample state on spin coherence, advancing the optimization of polarizing agents for DNP-enhanced NMR in biological systems.