Х. Гюнтер - Введение в курс спетроскопии ЯМР (1125880), страница 12
Текст из файла (страница 12)
III. 6, а, б).Если спектрометр не удается настроить этим путем, то нужно попытаться получить лучшую юстировку поля с помощьюстандартного образца ацетальдегида. В качестве критерияздесь используется вид квартета альдегидного протона. Последовательная подстройка отдельных градиентов поля, особеннопо (/-направлению, приводит к спектру, показанному нарис. III. 6, в.В тех измерениях, когда требуется высокая точность, длядальнейшего улучшения работы спектрометра можно использовать вторую пару линий в спектре о-дихлорбензола. Для хорошо настроенного спектрометра минимум между сигналамив данном случае опускается до базисной линии (рис. III.
6, г).Таким образом, чем выше разрешение спектрометра, тем меньше разность частот двух резонансных сигналов, которые могутбыть записаны раздельно, т. е. разрешены.дОт англ, wiggles — волнообразные движения кнута послеудара.—72Глава III433,18 Гц,Экспериментальные аспекты спектроскопии ЯМР401,8бГи,Рис. III. 8.
Резонансные линии протона НА в 6,6-диметил-2,4-циклогексадиеноне с модуляционными боковыми полосами от сигнала TMC (калибровка пометоду боковых полос). Частота модуляции измерялась с помощью электронного частотомера (Хинрикс [2]).Фактическое измерение спектра начинается с установленияэталонного сигнала на нуль шкалы, выбора правильной амплитуды сигнала и наиболее удобной постоянной времени записи.Необходимо также настроить фазовое соотношение между ВЧгенератором и приемником, или так называемую фазу детектора, с тем чтобы записать чистый сигнал поглощения.
Крометого, выходная мощность ВЧ-генератора должна лежать нижепорога насыщения. Эти соображения иллюстрируются нарис. III. 7, где приведены некоторые примеры. Физические основы этих требований более подробно обсуждаются в гл. VII.После записи спектр интегрируется. Для очень точного интегрирования необходимо провести усреднение по несколькимизмерениям. Интегрирование не даст реалистичных результатов, если фаза детектора настроена неверно или интегрируемыесигналы резко различаются по интенсивности. Так, число метиленовых групп в альдегиде с общей формулой CH 3 —(CH 2 ) п——CHO нельзя определить с достаточной точностью, еслип > 20. Наконец, со стандартным оборудованием невозможнораздельно проинтегрировать перекрывающиеся сигналы.
В этихслучаях можно применить анализатор кривых, если только форма линии обоих сигналов известна (см. гл. VII).Поскольку в современных спектрометрах используются калиброванные бланки, запись спектра существенно упростилась.Однако калибровка прибора подвержена влиянию внешних помех, поэтому ее следует время от времени проверять и, еслинеобходимо, подстраивать. Контроль легко провести с помощью стандартного образца — хлороформа и тетраметилсилана в тетрахлориде углерода. Различие резонансных частот этих73сигналов составляет 436 и 727 Гц при рабочей частоте спектрометра 60 и 100 МГц соответственно.Если требуются очень точные данные, то применяют ранееописанную технику боковых полос; при этом сигнал изучаемойгруппы обрамляется двумя модуляционными боковыми полосами от эталонного сигнала.
Частота модуляции, т. е. расстояние (в Гц) между основным сигналом и боковой полосой, может быть непосредственно измерена с помощью электронногочастотомера (рис. III. 8). Усреднение данных нескольких спектров, измеренных при записи в обоих направлениях внешнегополя, дает резонансные частоты с экспериментальной погрешностью, меньшей 0,1 Гц.В общем точность, с которой следует измерять спектр, определяется существом изучаемой проблемы. Важная информацияследует уже из простого измерения спектра без сколько-нибудьдетального анализа. Например, дистилляция или хроматографирование могут быть дополнены простым наблюдением изменения интенсивностей резонансного сигнала известного компонента очищаемой смеси.
Следует ожидать и детальногопредсказания молекулярной структуры, однако это требует внимательного анализа спектра. Уровень извлекаемой информацииили надежности записи спектра в конечном счете определяетсямастерством экспериментатора. Очевидно, например, что измерение дальних констант спин-спинового взаимодействия с величинами, меньшими 1 Гц, возможно только при оптимальномподборе условий эксперимента.4. ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИКоличество вещества, необходимое для измерения спектраЯМР, составляет 20—30 мг, и это показывает, что спектроскопия ЯМР в целом на порядок ниже по чувствительности, чемИК-спектроскопия.
Поэтому в высшей степени желательны методики, позволяющие уменьшить этот недостаток.Если обратиться к больцмановскому распределению ядерных спинов (см. разд. 3 гл. I), то очевидно, что с ростом напряженности магнитного поля будет происходить рост населенности состояния с низкой энергией. Более детальный анализпоказывает, что интенсивность сигнала должна быть пропорциональна Bl. Например, отношение сигнал/шум, измеренное поквартету метиленовых протонов этилбензола (рис.
III. 9), улучшится от 25 : 1 до 50 : 1, если вместо спектрометра на 60 МГцбудет использован спектрометр на 100 МГц, т. е. при увеличении поля от 1,4 до 2,3 T.Дальнейший рост чувствительности можно достигнуть засчет роста времени наблюдения t, поскольку теоретически элек-74Экспериментальные аспекты спектроскопии ЯМРГлава IIIтронные шумы растут пропорционально <\/t , а интенсивностькогерентного сигнала пропорциональна t. Существуют однакоограничения для этого метода, вызванные временными изменениями других параметров, таких, как однородность магнитного поля; вдобавок необходимо очень тщательное соблюдениепределов насыщения.Практическое решение этой проблемы становится возможным при использовании миникомпьютеров.
При этом спектральная область оцифровывается, т. е. разбивается на конечноечисло каналов, так что во время регистрации спектра с нормальной скоростью соответствующее число экспериментальныхточек считывается и записывается в память. При повторенииэксперимента можно просуммировать 50 и более индивидуальных спектров. Поскольку сигналы, обусловленные случайнымшумом, изменяются по интенсивности и, что более важно, познаку, а истинный сигнал ЯМР всегда дает положительныйотклик, то отношение сигнал/шум улучшается.
В соответствиис отмеченной корреляцией между временем наблюдения t и интенсивностью улучшение оказывается пропорциональным ^Jn,где п — число прохождений спектра (рис. III. 10). В настоящеевремя доступны устройства с 1024 (и более) каналами, что вцелом позволяет достичь достаточно высокого разрешенияоцифрованного спектра. Подобный прибор известен под назва-НА75H9ЦМИ\^^/1 = 5CHj-O-CH2-O= 58Нв.в-Рис. III. 10. Накопление спектров с помощью накопителя CAT для 0,2 %-ногораствора 4-метоксибензилового спирта в ССЦ.Резонанс гидроксильного протона не удалось обнаружить (разд.
1.3 гл. II); п — числопрохождений; время каждого прохождения — 250 с.нием «накопитель спектров» *. Безусловно, накопление требуетсущественно больше времени, чем запись обычного спектра, ипоэтому в данном случае очень важна стабильность настройкиспектрометра. Таким образом, оптимальные результаты получаются в том случае, если однородность магнитного поля контролируется автоматически (с помощью так называемых автошиммирующих катушек). Поэтому желательно соединениеспектрометра с небольшим цифровым компьютером, которыйпри этом может использоваться как для накопления сигналов,так и для контроля условий эксперимента. Это последнее условие особенно важно в связи с недавно внедренной техникойспектроскопии ЯМР-фурье-преобразования, о чем пойдет речьв гл.
VII и IX.Рис. III. 9. Тест на чувствительность по метиленовому квартету 1%-ного раствора этилбензола.Отношение сигнал/шум определяется как частное от деления амплитуды сигнала Sна средний уровень шума N, рассчитываемый по соотношению ЛГ-(высота шума)/2,5.5. ИЗМЕРЕНИЕ СПЕКТРОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХТЕМПЕРАТУРАХПо ряду причин необходимо регистрировать спектры ЯМРпри различных температурах. Основныеприложения этих* CAT — в англ, литературе; по первым буквам слов — computer of averaged transients — ЭВМ-анализатор усредненных прохождений.
— Прим. перев.76Глава IIIЭкспериментальные аспекты спектроскопии ЯМРэкспериментов состоят в изучении зависимости формы линий оттемпературы, в результате чего может быть получена информация о константах скоростей реакции, как правило, относящихся к процессам внутримолекулярной динамики. Эта область подробно обсуждается в гл. VIII. Кроме того, с помощьюнизкотемпературных измерений можно детектировать нестабильные интермедиа™, а с повышением температуры можноулучшить растворимость плохо растворяющихся веществ.Современные спектрометры, как правило, оборудованы датчиками с возможностью варьирования температуры в диапазоне от —170 до +20O0C- Для проведения этих измерений азот,охлажденный в проточной камере, охлаждаемой жидким азотом, или нагретый с помощью электрической печи, подается вдатчик.
Температура потока газа проверяется с помощью термопары и регулируется автоматически. Другая система охлаждения для низкотемпературных измерений основана на использовании газового потока испаряющегося жидкого азота, охлаждающего образец. В этом случае температура изменяется спомощью варьирования потока газа. Сравнительно недавнопредложена методика, в которой использованы возможностиэффекта Джоуля — Томпсона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
