Введение. По общему мнению, спектроскопия ЯМР – идеальный аналитический метод для решения химических задач: ЯМР имеет высокое разрешение (δν = 0,1 Гц для ПМР

По общему мнению, спектроскопия ЯМР – идеальный аналитический метод для решения химических задач: ЯМР имеет высокое разрешение (δν = 0,1 Гц для ПМР и δν = 0,01 Гц для ЯМР ¹³С) и его параметры (химический сдвиг и константа спин-спинового взаимодействия) связаны с химическими представлениями об электронной структуре и пространственным строением молекулы вполне прямым и понятным путем. Но основной ее недостаток – невысокая чувствительность. Так, для получения спектра ПМР стационарным методом требовались граммовые количества вещества, при появлении импульсного метода ЯМР требуется уже количество вещества до 1 мг. Современная ЯМР спектроскопия использует исключительно импульсный метод наблюдения ЯМР. Причем, за каждые 10 лет совершенствования приборов для ЯМР, цена приборов возрастает в 10 раз, а чувствительность увеличивается весьма незначительно. Предельное минимальное количество вещества, которое позволяет получить спектр ЯМР, на нынешнем уровне развития техники составляет еще не менее 0,1 мг (100 мкг), тогда как для изучения биологической активности веществ достаточно по 1 мкг (в 100 раз меньше). Что же касается способов применения ЯМР для решения химических задач, то их количество непрерывно растет, а существующие методы и приборы совершенствуются.

Среди методов, с успехом применяемых уже сейчас, необходимо упомянуть эффект Оверхаузера, методы двойного ЯМР: INERT (низко чувствительные ядра, усиленные переносом поляризации), DEPT (неискаженное усиление переносом поляризации), SPI (селективная инверсия заселенности), корреляционная спектроскопия (COSY): 2Д-(δδ)-СOSY, 2Д-Jδ-COSY, COSY-45 INADEQUATE (эксперимент с невероятным двухквантовым переносом намагниченности на природном содержании).

3.2. Метод COSY (Co rrelation S pectroscop Y).

Это один из вариантов двойного резонанса в импульсном исполнении. Схема эксперимента:

3.2.1. Положение вектора ядерной намагниченности М^о в момент

теплового равновесия:

3.2.2. Положение вектора ядерной намагниченности после импульса 1.

Чтобы угол a равнялся 90° (p/2), нужно применить импульс t_p, где

t_p = p/ 2g­₁Н₁ = = p/ 2×2pn₁. Поскольку Н₁/Н_о = 10^-4 и n₁/n_о = 10^-4, то при n_о = 500 МГц n₁ = 5×10⁴ Гц, а t_p = 5 мкс.

3.2.3. Положение вектора ядерной намагниченности в конце паузы 1.

t₁ = 0,2 – 1 мс (1с = 1000 мс), Т_^ = 10 с, n_рел = 1/Т_^ = 0,1 Гц,

a = 2p×n_релt = 2p×0,1×0,001= 0,036°. Таким образом, вектор М выходит из плоскости ху всего на 0,036°. Фактически он прецессирует в этой плоскости с частотой n_о = 500 Мгц, т.е. за 1 мс он совершает 500 000 вращений:

3.2.4. Положение вектора М в конце импульса 2.

В конце паузы 1 дается еще один импульс p/2, который за отведенное ему время поворачивает вектор М_у по вертикали вниз на 90°:

3.3. Развертка COSY спектра.

Накопленные в памяти ЭВМ сигналы СМИ или ССИ (спад свободной индукции) несут информацию о частотах резонанса во всех спиновых системах магнитных ядер и об их взаимодействии между собой. Двухмерный COSY спектр развертывается следующим образом:

3.3.1. Частота первого π/2 импульса (обозначим ее как ν₁) откладывается по оси ординат у. Она очень медленно и непрерывно изменяется (т.е. развертывается, как в приборах со стационарным способом наблюдения, обеспечивающую тем самым высокую разрешающую способность).Частота ν₁ становится «меченой», когда она сравнивается с частотой резонанса одного из ядер, входящего в спиновую систему магнитных ядер. Во время паузы 1 в спиновой системе происходит перераспределение поперечной намагниченности (в положении б вектора М_о , который перпендикулярен вектору Н₀).

3.3.2. Во время второго π/2 импульса применяется Фурье-метод развертки частоты ν₂ (откладывается по оси абсцисс х): все ядра облучаются непрерывным диапазоном частот, перекрывающим все наблюдаемые частоты резонанса, в этот момент усиливается перераспределение намагниченности и начинают резонировать (испускать сигнал СМИ) все ядра, связанные в одной спиновой системе ядер.

3.3.3. Интенсивность наблюдаемых сигналов представляется по третьей координате, но поскольку пространственное изображение на бумаге сложно, интенсивность изображают на плоскости рисунка в виде контуров на определенных уровнях интенсивности (как на географических картах высоты), как это показано на рис.1. для синглета.

Рис.1. COSY-спектр синглета для спиновой системы типа А_n.

Пример такого же спектра для двухядерной спиновой системы АХ представлен на рис.2: а – трехмерный спектр, б –двухмерный спектр.

Рис.2. COSY-спектр спиновой системы АХ.

Дата добавления: 2014-01-05