Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Наклон кривой роста интенсивности в начальный момент времени представляет собой интересующую нас величину. Практическая трудность определения скорости роста ЯЭО заклю- Рнс. 5.!2. Схема экслерямепта для измерения нсстацяонарного ЯЭО. Рис. 5.!3. Нестациоварный ЯЭО (наверху — обычный спектр, ннже-разиостныс ЯЭО-спектры с переменной задержкой т ). После селек~ наной инверсии сиаглета в пеятре спектра на трех других сигналах наблюдается рост отклика.
При достаточно большях т интенсивности инвертированного пика н возникших ЯЭО приближаются к нулю. чается в том, что нам нужно проводить несколько измерений при различных т . Такой эксперимент займет, вероятно, больше времени, чем измерение этого же ЯЭО в равновесных условиях, хотя, конечно, это зависит от соотношения используемой в равновесном эксперименте длительности периода насьпцения с задержками т и числом спектров при измерении скорости роста. Кроме того, в первых точках кривой ЯЭО далек от максимума, поэтому требуется большее отношение сигнал/шум.
Селективность инвертирующих импульсов создает те же проблемы, что и насыщение; однако с помощью импульсов специальной формы удается получить очень хорошие результаты (гл. 7, разд. 7.7.3). Чтобы немного отдохнуть от теоретических выкладок, мы перейдем к практическим вопросам и рассмотрим, как ЯЭО измеряется на практике. Для регистрации столь неболыцих изменений в интенсивности сигнала (несколько процентов) нужна более высокая точность, чем в большинстве других экспериментов ЯМР.
Это требует самой высококачественной работы как от спектрометра, так и от экспериментатора. Помимо описания разностного метода измерения ЯЭО, а также способов получения максимальных его значений и способов уменьшения помех в эксперименте, мы уделим здесь внимание и таким важным для разностной спектроскопии характеристикам спектрометра, как надежность канала дейтериевой стабилизации и стабильность часпсты. Все сказанное полезно зна|ь ие только при измерениях ЯЭО, ио и при выполнении других экспериментов, требующих длительной стабильности спектрометра, как, например, двумерная спектроскопия.
Основное требование к образцам для измерения ЯЭΠ— это отсутствие парамагнитных примесей (в основном кислорода), методы удаления которых обсуждались в гл. 3. Эффективным способом обезгаживания образца служит метод замораживания — откачивания — размораживания, который лучше всего проводить непосредственно в ЯМР-ампуле (ампулы с удобными краниками, облегчающими эту процедуру, производит фирма %1)шаг!). Метод состоит из такой последовательности действий: !.
Охладите образец в осушенной апиосфере с помощью жидкого азота или смеси сухого льда с ацетоном. 2. Подсоедините его к хорошей вакуумной линии и откачайте. 3. Отсоедините образец от линии и нагрейте до комнатной температуры. Ядерный эффект Оверхауэера 169 Глава 6 168 4. Напустите в образец азот и повторите всю процедуру с самого начала. Эту последовательность нужно повторять много раз (как минимум нять).
Удалить кислород полностью очень трудно; это легко продемонстрировать на растворе любого вещества с небольшими молекулами, как,вапрвмер, бевзол. Проделывайте над иим циклы замораживавия— откачивавия †размораживан и после каждого цикла проверяйте Т, (быстрый метод определения Т, описан в гл. 7).
Обратите внимание. насколько долго нужно обезгаживать образец до получения постоянного Т,. Такой эксперимент, кроме того, позволит хорошо проверить ваше оборудование. Старайтесь проводить обезгаживание образца непосредственно перед измерением ЯЭО, поскольку кислород довольно быстро диффундирует внутрь образца даже в ампуле с краником. Очень полезно иметь вакуумную линию непосредственно в ЯМР-лаборатории.
Значительно труднее обезгазить водные растворы, при замораживании которых ампула может лопнуть. В этом случае обезгаживание следует проводить в колбе и переносить раствор в ампулу в инертной атмосфере. Используйте для переноса только специальные шприцы без металлических деталей, поскольку обычные шприцы и иглы обязательно внесут в раствор иовы металла. Нельзя обезгаживать образец пропуска- вием через раствор газообразного азота. Этот способ ие эффективен, и при его использовании в образец может легко попасть еще большее количество парамагвитвых примесей. Обезгаживать водные растворы можно и с помощью простой откачки образца без замораживания (естественно, подразумевается, что раствор нелетуч).
Это можно делать н непосредственно в Я МР-ампуле (очень осторожно!), заполняя ее после каждого легкого вакуумироваиия инертным газом. Многократные повторения этого цикла позволяют сравнительно эффективно обезгазить образец. 5.3.3. Метод реэностных спектров Введение. При измерении ЯЭО мы должны насыщать одни резонансный сигнал и сравнивать интенсивности остальных сигналов с их равновесными величинами. В принципе для этого можно просто проинтегрировать сигналы, полученные в условиях насыщения и без него, но такой способ недостаточно точен для измерения малых ЯЭО.
Вместо него применяется методика, известная под названием разнастнай снектраскапии ЯЭО (рис. 5.14). Кроме собственно развоствого метода этот эксперимент включает также использование нрерываемай развязки. Этот тип развязки позволяет производить сравнение спектра, получаемого при насыщении какого-либо сигнала, со спектром без насыщения. Облучение нужного сигнала с помощью декаплера создает новые разности заселевиостей в соответствии со всеми ЯЭО. При этом совсем необязательно продолжать облучение сигнала и во время выборки ССИ, поскольку заселенность уровней вернется к равновесной только по ооб рппис ЗГ ст рпс бпбпрпп ст ппбиппмиса г н рпп бпбпркп ротпоспснпй скосил А - 6 Рис.
5.14. Схема эксперимента разиостиой спектроскопии ЯЭО. истечении промежутка времени порядка Т,. Более того, желательно выключить декаплер при выборке (что обычно и делается непосредственно перед ее началом), чтобы избежать появления возможных сдвигов от развязки или сдвигов Блоха — Зигерта. На первый взгляд может показаться непонятным, почему в обычном эксперименте с развязкой облучение необходимо производить на протяжении всего экспервмеита, а ЯЭО, будучи создан, продолжает существовать и без облучения. Но ва самом деле здесь вет ничего сложного. После накопления нескольких прохождений спектра с облучением сигнала нужно записать столько же прохождений без облучения.
Чтобы различие условий двух экспериментов было минимальным, обычно вместо выключения декаплера просто смещают его частоту так, чтобы она была существенно удалена от всех сигналов спектра. Это позволяет предельно снизить все чисто аппаратурвые эффекты, и разность полученных спектров будет отражать только ЯЭО (однако существует эффект селективного переноса заселенности, который мы обсудим позже). Вычитание невозбуждеивого ССИ нз возбужденного и последующее преобразование Фурье даст вам спектр, в котором будут присутствовать только сигналы, ве совпадающие в двух исходных ССИ (рис.
5.15). Обязательно будет присутствовать и пик самого облучавшегося сигнала. В разиостном спектре ои инвертирован. Таким способом мы даяэтсны определять ЯЭО совершенно однозначно. Методы численного измерения его величины мы обсудим позднее. Однако ва практике корректное вычитание спектров возможно только при очень стабильной работе спектрометра. На стабильность прибора влияет множество факторов, и многое здесь зависит от мастерства оператора. Вообще развоствая спектроскопия — это хороший тест иа качество спектрометра (гл. 7). Ниже мы рассмотрим трудности, возникающие в разиостной спектроскопии, и те приемы, с помощью которых можно получить наилучшие результаты.
Вычитание лоренцевых ливий. Зарегистрировав два раза сигнал ССИ в одинаковых условиях, мы должны получить идентичные данные. Но иа Глана б Ядерный эффект Онерхаузера 170 171 2 45 40 55 50 25 20 1,5 1О О 4,5 40 5,5 зд 25 2,0 1,5 1,0 ОО 4„5 40 2,5 З,О Д5 20 1,5 1,О О. Ряс. 5.15. Рнзноетный эксперимент по ЯЭО. Слева внизу представлен спектр с облучением, частота которого смещена от резонанса, а слева ннерху — полученный црн облучении помеченного стрелкой сигнала. В разностном спектре видны типичные для таких экспериментов особенности пнк с увеличившейся ннтенсннноетью (2); пнк с днсперснонной формой линии, возникший нз-за 01пнбок вычитания (2); наеыщаншнйся ре>онана.
инвертированный н разностном спектре (3); интенсивный отрицательный цнк, возникший нз-за недостаточной селектнв- нос>н насыщения (4). практике из-за несовершенства спектрометров данные этих двух экспервмен~ов могут различаться по амплитуде, фазе и частоте. Поэтому после вычитания ССИ, при котором должны исчезнуть все совпадающие пики, в разностном спектре все же сохраняется ряд остаточных сигналов, интенсивность которых зависит от типа и величины искажений ССИ. Предельно допустимая интенсивность остаточных пиков зависит от типа проводимого эксперимента.
При измерении ЯЭО желательно иметь возможность надежно регистрировать изменение амплитуды сигнала ва !'Ъ. Для этого интенсивность остаточных пиков ве должна превышать 0,1 ">ш В следующих параграфах мы увидим, насколько трудно выполнить это требование, поскольку оно затрагивает такие характеристики спектромстра, как стабильность фазы и частоты. Но сначала выясним, как нам провести измерение ЯЭО с минимальными трудностями. Основа разноствого эксперимента состоит в суммировании нескольких прохождений в условиях насьпцепня некоторого сигнала и такого же числа прохождений без насыщения. Это число можно выбрать в соответствии с требующимся отношением сигнал,'шум.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
