Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 14
Текст из файла (страница 14)
гл. 5), а сами линии расщеплены в мультиплеты за счет спин-спннового взаимодействия с дейтерием. В особенно трудных ситуациях, когда сигналы растворителя накладываются на сигналы растворенного вешества, можно использовать специальные растворители, не содержащие ядер углерода-13. 3.3. Настройка разрешения 3.3.1. Введение Настроив прибор на предельно высокое разрешение, исследователь всегда испытывает большое удовлетворение. Но иногда настройка может причинять и огромные неприятности, особенно если спектрометр решил заупрямиться, а вы как раз собрались провести самые высокоточные измерения или за вашей работой начал наблюдать шеф. В разд. 3.3.4 мы расскажем о методах швммирования магнитов с высокой напряженностью поля, которые позволяют быстро получать нужный результат.
Ошибочно считать, что от качества настройки разрешения зависит только ширина линии. От нее также зависит чувствительность. Хорошая настройка нужыа и для проведеыыя экспериментов по разностной и двумерной спектроскопии, где требуется высокая стабильность отношения поле/частота. Каждый оператор, работающий на спектрометре с высокой напряженностью поля, должен уметь уверенно настраивать разрешение на любом образпе.
В первой части этого раздела обсуждаются методы измерения разрешения, которые особенно важны для тех, кто покупает новый прнГ>ор нлн занимается оГюлуживаныем спектрометров. И нее же, если вы только осваиваете ЯМР, но уже имеете доступ к прибору, проверьте, сумеете лн вы получить паспортное разрешение вашего прибора или превзойти его. Если вам это удалось, то можете быть уверены, что и для реальных образцов вы сможете получить хорошие результаты.
3.3.2. Критерии разрешения Одной из основных характеристик спектрометра служит получаемое на даыной комбинации магнит/датчик нразрешение». Очень важно понимать, что подразумевается под этим термином и какое большое число взаимосвязанных факторов его определяет. Чаще всего под разрешением понимается выраженная в герцах ширина некоторой линии ЯМР ва ее полувысоте. Это очень простой, но вполне подходящий критерий, поскольку ыет параметра, более сложного для оптимизации и более полно характеризующего спектрометр, чем ширина линии. Однако при э том надо учитывать степень отличия формы реальной линии от идеальной лоренцевой (нли степень отличия сигнала ССИ от экспонен- 66 Осноеные экспериментальные методы Глава 3 64 ты), которая очень важна для правильного определения ширины линии.
К сожалению, правильность формы линни в явном виде не учитывается в характеристиках спектрометра. Вместо этого ширину линии измеряют на полувысоте н в двух других специальных точках возле ее основания (на высоте 0,55 н 0,11% от максимальной амплитуды). Необходимо очень аккуратно интерпретировать данные таких измерений для правильного суждения о характеристиках спектрометра. Описываемый далее тест проводится на протонах.
Сушествует набор образцов и для тестов на других ядрах (в частности, на углероде). На широкополосных датчиках настройку и измерение разрешения можно проводить при наблюдении протонов через катушку декаплера*. Стандартный образец для измерения ширины линии в протонном спектре представляет собой 1Π— 15%-ный расгаор орто-дихлорбснзола (О)УСВ) в ацетоне. Он обычно поставляется обезгаженным и запаянным а ампулы разных диаметров. Как н многие другие тестовые образцы, О)УСВ был выбран для этой цели много лет назад, когда существовали только приборы с низкой напряженностью поля н непрерывной разверткой.
Он очень прочно укрепился в этой роли, но по нескольким причинам его все же нельзя считать Идеальным для современных спектромезров с высоким полем. Спектр ароматических протонов ОПСВ представляет собой систему АА'ВВ', которая содержит 24 линии. Каждая нз них может использоваться для измерения ширины. Но в сильных полях и сравнительно концентрированных растворах начинает проявляться эффект радиочастотного затухания, вызывающий уширенне линии, поэтому надежные измерения можно делать только на самых слабых сигналах, находящихся с края мультнплетов. Радиочастотное затухание — это ускорение спада сигнала свободной индукции за счет индуктивной связи с резонансным окружением датчика.
Оно в меньшей степени оказывается на сигналах малой интенсивности и может быть ослаблено небольшой преднамеренной расстройкой приемного контура. На приборах с частотой 400 МГц и выше можно использовать 1%-ные растноры Оь)СВ. На рнс. 3.2 приведены тестовые спектры приборов на 250 и 500 МГп. Еше одно неудобство представляют собой заметные изменения в спектрах второго порядка при переходе к более сильным полям. Обычно на 5-мм датчиках легко получается разрешение 0,1 Гц илн немного меньше. Производители спектрометров в большинстве случаев гарантируют разрешение 0,2 Гц. Измерения формы линии (т.е.
ширины в точках на 0,55 н 0,11% высоты) производятся для раствора хлороформа СНС16 в дейтероацетоне. Опять стандартные запаянные образцы оказываются слишком концентрированнымн для тестирования приборов с вь2соким полем. К сожалению, здесь нельзя использовать очень разбавленные растворы, по- * От англ, ыйссопр161", что означает вразалзыаатсльл.— Прим. перев. 0 16 16 14 12 10 6 6 4 2 0 Гц 16 16 14 12 10 6 6 4 2 Гц Рнс. 3.2 Тсст на разрешение с образцом ортв-днхлорбснзола на приборах с частотой 250 МГц (Л) н 500 МГп (Е); щнрнна линии в последнем спектре равна 0,06 Гп. скольку за малое число прохождений требуется получить достаточно высокое отношение сигнал/шум.
Производнтслн спектрометров приводяг некоторые максимальные значения ширины линии на двух высотах. Упоминавшиеся ранее высоты выбраны потому, что онн соответствуют полной интенсивности 'ОС-сатсллитов линни СНС)з и их одной пятой доле. Однако реальный смысл этих величин становится ясен только при сравнении со значениями, вычисленными для идеальной лоренцсвой линии той же ширины па полувысоте. Идеальные величины ле1ко рассчитать по уравнению на рнс. 3.3. Из него получаем, что на 0,55% высоты линия должна быть в 13,5 раз шире, чем на полувысоте, а на 0,11% высоты в 30 раз.
При Рнс. 3.3. Лорснцслу линию монне описать с помощью сс амплитуды Л н ширины на полувысоте И'1 Л РГ' У= И'~ е 4(хв — х)' Основные экспериментальные методы Глава 3 66 6Гч -0, ширине линии 0,25 Гц это будет 3,4 Гц иа 0,55% высоты и 7,5 Гц на 0,11% высоты. Обычные паспортные данные составляют 10 — 15 и 20 — 30 Гц соответственно, что заметно больше теоретических значений. Если тест на форму линии выполнен с помощью усреднения нескольких прохождений, то очень интересно сравнить времена релаксации Гз основной линии хлороформа и ее "С-сателлитов !объяснение Тз см.
в гл. 4). Сателлиты имеют время релаксации, в 2 раза меньшее, чем у основной линии (обычно 15 и 30 с), поэтому основная линия случайно может оказаться насьпцениой. В результате интенсивность сателлитов окажется завышенной. Это приведет к слишком хорошим показателям формы линии. Поэтому сначала следует проверить интенсивность сателлитов, которая должна составить 0,55% от интенсивности основной линии.
На практике часто удается превзойти паспортные величины, и нередко можно видеть линию, более узкую иа высоте 0,55%, чем соответст- 120 С00 60 60 40 20 0 -20 -40 -60 -60 -ЮО -~20 Рнс. 3.4. Пример теста на форму линии !протонный спектр на 500 МГн). Ширина линии на полувысоте 0,3 Гц; получены ожидаемые для лореннеаой формы ширины в теегоаых тОчках — 4 н 9 Гц. Видны боковые полосы первого порядка с интенсивностью, вполне допустимой для таких магнитов, н небольшие горбы справа от основного сигнала, от которых, по-видимому, можно избавиться за счет настройки ху-граднентоа высших поркакоа. вующая лоренцева.
Такой ситуации лучше избегать, поскольку эта форма линни столь же неправильна, как и при слишком большой ширине на 0,55% высоты. Необходимо сначала измерить ширину тестируемой линии на полувысоте и по этим данным вычислить нужную ширину у основания. Конечно, лучше характеризовать форму линии степенью отклонения ее контура от идеального лоренцева, но пока нет способов для проведения такой оценки. Второй параметр, измеряемый при выполнении теста иа форму линии, †интенсивнос боковых полос от вращения.
Это сателлитвые сигналы, находящиеся по обе стороны от основной линни ва расстояниях, кратных скорости вращения образца (выраженной в герцах). Если в настройке поля не допущено очень грубых ошибок, то будут видны только две пары боковых полос, отделенные от основной линии расстояниями в одну и две скорости вращения. В соответствии с характеристиками прибора интенсивность боковых полос не должна превышать 1% амплитуды основного сигнала. Их реальная интенсивность сильно зависит от конкретного магнита, и на приборах со средним и низким полем боковые полосы часто вообще не видны. Природа возникновения боковых полос будет подробно обсуждаться в дальнейшем. На рис.
3.4 приведен тест на форму линии и боковые полосы, выполненный на 5-мм датчике прибора на 500 МГц. 3.3.3. Факторы, влияющие на разрешение Отклонения формы линии от идеальной лоренцевой при небольших ширинах обусловлены большим числом факторов. Некоторые из них находятся под контролем оператора спектрометра, и умение обращаться ними составляет большое искусство. Ряд других факторов определяется технологией изготовления блоков спектрометра, они составляют главную область соперничества различных фирм.
Поскольку от качества формы линии зависит множество других характеристик спектрометра, прн покупке нового прибора ее следует тестировать с особой тщательностью. Все линии ЯМР имеют свою собственную естественную ширину, определяемую релаксационными процессами. Однако при наблюдении ядер со спином 1!2 в веществах с низкой молекулярной массой в невязкнх растворителях вклад естественной ширины линии в большинстве случаев пренебрежимо мал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
