13C-NMR Signalverstärkung durch Parawasserstoff-induzierte Polarisation (PHIP) und geeignete Pulssequenzen zum Polarisationstransfer

Ziel: Die Parawasserstoff-induzierte Polarisation generiert hyperpolarisierte Moleküle mit starken ¹H-NMR-Signalen. Für die NMR-Spektroskopie und Bildgebung ist aber der Polarisationsübertrag auf Heterokerne äußerst interessant. Dieser kann zufällig im schwachen Magnetfeld oder sehr effizient und selektiv durch die Anwendung geeigneter Pulsfolgen erfolgen. Hierbei wird eine möglichst hohe Signalverstärkung angestrebt, die theoretisch in Höhe der inversen Boltzmannverteilung liegen kann und in der Praxis durch die Spin-Gitter-Relaxation der angeregten Kerne begrenzt wird.

Material und Methoden: Je nach Versuchsführung unterscheidet man ALTADENA- (Hydrierung im schwachen Feld) und PASADENA- (Hydrierung im Spektrometer) Protokoll. Die PHIP-Experimente wurden mit 1-Hexin bei 3bar und 50°C in Aceton-d₆ mit einem homogenen kationischen Rh-Katalysator durchgeführt (PASADENA unter Druck). Es wurden die beiden Pulsfolgen PH-INEPT und PH-INEPT+ bei verschiedenen Delay-Zeiten und im Hinblick auf Effizienz und Polarisationstransfer auf ¹³C verglichen.

Ergebnisse: Bei 10ms Delay wurde für PH-INEPT+ eine Signalüberhöhung an C-2 von etwa 3500, bei 15ms an C-3 von etwa 4000 gemessen, während die Verstärkungen mit der PH-INEPT Pulssequenz deutlich geringer ausfielen. Unter ALTADENA-Bedingungen ergab der spontane Polarisationsübertrag von ¹H auf ¹³C eine Signalverstärkung von unter 100.

Schlussfolgerung: Durch Anwendung spezieller Pulssequenzen im „PASADENA unter Druck“-Experiment konnten ¹³C-Signalverstärkungen von bis zu 4000 erreicht werden. Die Kenntnis der effizientesten Pulssequenz für den Polarisationstransfer stellt eine wichtige Vorraussetzung für die Erzeugung von hyperpolarisierten Kontrastmitteln für den Einsatz in der molekularen Bildgebung dar.