XIII. Spinová difuze

   V předchozím případě jsme se jen velmi lehce dotkli významného fenoménu NMR spektroskopie v pevném stavu, který nám umožňuje odhadnout nebo stanovit mezijaderné vzdálenosti, a v případě heterogenních systémů posoudit velikost jednotlivých oblastí a tak charakterizovat např. mísitelnost polymerních blendů. Tímto jevem je spinová difuze. Spinová difuze je prostorová difuze jaderné magnetizace bez transportu materiálu. Je zprostředkována dipolárními interakcemi a tudíž je nejefektivnější mezi protony. Podstatou jsou nula a dvoukvantové přechody tzv. spinový flip-flop. Těmito přechody se magnetizace šíří prostorem. Představme si dvou-složkový systém např. poly(dimethylsiloxan)-block-polyimid. Nejprve je po excitaci vhodnou pulsní sekvencí vybrána pouze protonová magnetizace methylů v poly(dimethyl siloxanovém) bloku, zatímco protony aromatických kruhů polyimidu nejsou polarizovány. Tato situace reprezentuje nerovnovážnou distribuci protonové magnetizace s lokálními magnetizačními gradienty. Avšak během vhodné čekací periody, kdy jsou aktivní dipolární interakce mezi protony dojde k postupnému vyrovnávání magnetizace v celém vzorku. Toto vyrovnávání odpovídá prostorové migraci protonové magnetizace tedy spinové difuzi. Během této difuze se nejprve polarizují strukturní jednotky, které jsou nejblíže poly(dimethyl siloxanovému) bloku, později se polarizují vzdálenější a nakonec, po dostatečně dlouhé čekací nebo-li směšovací periodě, dojde k úplnému vyrovnání magnetizace. Na základě sledování tohoto procesu, jeho analýzou, lze tedy získat informace o prostorové vzdálenosti mezi jednotlivými složkami systému. Zde je uvedeno schematické znázornění spinové difuze. Nejprve je systém v rovnováze. Po selekční periodě je polarizována pouze jedna složka systému a vytvoří se polarizační gradient. Během směšovací periody dochází k postupnému vyrovnávání magnetizace a nakonec se systém opět vrátí do rovnováhy. NMR experiment určený ke sledování spinové difuze se skládá ze čtyř period: 1) excitace, 2) selekce magnetizace, 3) směšovací perioda pro spinovou difuzy a 4) detekce signálu. Z rostoucí intenzity signálu původně nepolarizované složky a z poklesu intenzity signálu původně polarizované komponenty lze stanovit morfologické a geometrické uspořádání systému.