Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Бе!есйче Рорн!айоп Тгапз(ег). БРТ может возникать в связанных спиновых системах, когда различные переходы одного и того же ядра испытывают неравное возмущение. В идеальном случае, когда все переходы насыщаются полностью, БРТ не возникает вообще. Однако, пытаясь повысвть селективность облучения, мы стремимся снизить напряженность радиочастотного поля н тем самым создаем возможность для появления ВРТ. Мы ие будем здесь рассматривать механизм переноса заселенности, поскольку он подробно обсуждается в гл, б; укажем только природу этого явления и способы его подавления.
В отличие от ЯЭО, повышающего общую интенсивность мультиплета, БРТ создает только разностную поляризацию, т. е. приводит к появлению линий с противоположными фазами, суммарный интеграл которых равен нулю (рис. 5.18). При интегрировании сигналов для определения ЯЭО линии $РТ ве изменяют величину интеграла, по интенсивные ливии с противоположными фазами искажают спектр, поэтому вмеет смысл попробовать их подавить.
К счастью, это легко достигается при использовании х/2-импульсов для регистрации спектра [9]. При этом задержки между прохождениями обязательно должны быть в несколько раз больше Т,. Это необходимо также из соображений повышения чувствительности. Для действительно полного подавления БРТ-сигналов рекомендуется использовать состав- Глава 5 Ядерный эффект Оеерхаузера 176 177 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 4,0 3,0 3,0 3,7 3,0 Ряс. 5.18.
При использовании импульсов небольшой длительности неравное насыщение мультиплетов создаст в спектре значительный 8РТ-эффект (спектр в центре), полностью перекрывающий небольшие ЯЭО. Использование составных я)2-импульсов (верхний спектр) позволяет эффективно подавить 8РТ и выявить ЯЭО. иые я)2-импульсы (гл. 7, разд. 7.3). Все спектры в этой главе, кроме приведенного на рис.
5.18, были получены именно таким путем. Количественные измерения. После того как получен удовлетворительный разностный спектр, нам остается провести интегрирование его сигналов и получить численные величины различных ЯЭО. Существуют два подхода к решению этой задачи. Прямой подход следует из определения 2). Он состоит в получении величин 1 интегрированием мультиплетов в невозбуждениом спектре (т.е.
отдельно преобразованной части Б иа рис. 5.14), которым приписывается интенсивность 100%. Интегрирование соответствующих мультиплетов в разиостном спектре даст непосредственно величины 21. Спектр должен иметь тот же масштабирующий фактор. Для этого, возможно, потребуется установить некоторый флажок в программном обеспечении спектрометра. Хотя такая процедура и позволяет получить величину реально1о увеличения интенсивности каждого мулыиплета, пользоваться ей можно не всегда. При снижении напряженности насыщающего поля для повышения селективности мы, вероятно, получим неполное насыщение.
В этом случае имеет смысл как-го масштабировать полученные значения ЯЭО с учетом степени насышения, чгобы определить те значения, которые были бы получены при полном насыщении. Это можно сделать при использовании в качестве эталона интенсивности насышавшегося сигнала в разиостном спек1ре. Ему нужно приписать интенсивность ОО 42 — 100 Ь, если это мультиплет одного протона. Интегралы остальных пиков вычисляются в этой шкале. Численные величины ЯЭО, приводимые в разд.
5.4, получены именно таким способом. Какой бы способ измерения ни был выбран, не стоит рассчитывать на высокую точность результатов. Отношение сигнал/шум для разностного пика интенсивностью в несколько процентов обычно достаточно мало, и нет смысла приводить его величину с несколькими десятичными знаками. Но, к счастью, в большинстве случаев нас интересует отличие, скажем, 5% ЯЭО ог 20%, которое можно заметить вполне отчетливо, Большая точность не нужна даже при выполнении вычислений по уравнению (5.17), поскольку обратная зависимость расстояний от шестой степени ЯЭО делает их нечувствительными к ошибкам отдельных величин т).
5.3.4. Некоторые замечания о дейтериееой стабилизации Использование системы долговременной стабилизации поля с помощью системы дейтериевой сгабилизацин необходимое условие осуществления разностиой спектроскопии. Однако в масштабе времени отдельного прохождения такая система ие в состоянии обеспечить достаточную стабилизацию.
Причины этого станут нам вскоре ясны, но это не приведет к улучшению стабильности поля. Нам необходимо обеспечить оптимальные условия стабилизации. Мы уже обсуждали их в гл. 3, но теперь, когда объем наших знаний вырос, пора снова вернуться к этому вопросу. Сказанное здесь полностью относится и к двумерной спектроскопии, где эффекты кратковременной нестабильности отношения поле/частота проявляются как «21-шум» (см. гл. 8), Задача системы стабилизации — поддержание постоянного отношения напряженности поля к рабочей частоте. Для этого постоянно наблюдают сигнал некоторой линии ЯМР, обычно дейтериевого резонанса от молекулы растворителя, и подстраивают постоянное поле так, чтобы эта линия оставалась на одном н том же месте.
Для этой цели очень удобна дисперсионная форма линии, имеющая нулевую амплитуду в точке резонанса, которая становится положительной и отрицательной по разные от него стороны (рис. 5.19). Выделяемый таким образом сигнал можно непосредственно использовать для коррекции поля в петле обратной связи. Нам сразу, становится понятна необходимость правнль- 12 75 Глава а зуа Ядерный эффект Оверхауэера 179 5.4. Использование ЯЭО 5.4.1. Очень простой случай ме>с ° ме со>н мс,с не,с мк Рис.
5.19. Петля обратной снята систел>ы стабилизации. обеспечивающая постоянное положение о>юрной линии, использованной в форме сигнала дисперсии. ной настройки фазы капала стабилизации (гл. 3). Полностью неправильная установка фазы, например, соответствующая линии поглощения, нарушает стабилизирующую способность петли обратной связи, поскольку амплитуда сигнала в точке резонанса нс будет нулевой.
Даже небольшие ошибки фазы в канале стабилизации приводят к уменьшению градиента линии в ее центре, снижая тем самым эффективность его работы. При отсутствии шума в опорном сигнале система будет способна устранять изменения отношения поле/частота с достаточно большой скоросзью, ограничиваемой быстротой коррекции поля и необходимостью подавления возможных осцилляпий или устранения сбоя резонансных условий, Однако сигналы ЯМР неизбежно содержат шум, и мы вынуждены увеличивать время рс> ист рации опорной линии. чтобы этот шум ве вызвал флуктуаций постоянного поля (это была бы просзо аварийная ситуация!).
Регистрируемый опорный сигнал стабилизации угредняется элек>ронвым интегратором в течение довольно длительного промежутка времени от десятков до сотен секунд. Ооычво постоянная времени усреднения †э внутренняя характеристика спектрометра, которую не может менять оператор. Нет оснований ожидать выполнения коррекции поля в промежутка времени, меньшие указанного. Это очень плохо, поскольку именно такис времена и интересны с точки зрения разиоствой спектроскопии.
Таким образом, стабилизация вряд ли будет эффективно работать во временных интервалах порядка одного прохождения. Но тем не менее долговременная стабилизация остаезся важной, и мы можем обсудить способы оптимизации ее работы. Сигнал коррекции, потучаемый из дисперсиовной формы опорной линии, будет наиболее чувствителен к изменениям отношения поле!частота при условии, что сигнал узкий, при правильно настроенной фазе и большом отношении сигнал!шум, Мы можем воздействовать ва эти факторы как с помощью выбора режима работы спектрометра (тщательная настройка разрешения, правильная настройка мощности и фазы опорного сигнала стабилизации), так и подбором растворителя, поскольку ширины резонансных ливий дейтерия в спектрах различных растворителей изменяются в широких пределах.
Один из лучших ЯМР-растворитедей — ацетон, дающий в спектре дейтерия очень узкую линию, так как его вязкость мала. Более вязкие расгаорители 1вапример, диметилсульфоксцд, пиридии), вероятно, создают худшие условия для стабилизации. Один из самых плохих а этом плане растворителей — неизбежная во многих экспериментах вода. Ее протоны гила иовы дейтерия) участвуют а обменных процессах. При определенных рН, температуре и типе растворенного вещества они могут давать чрезвычайно широкую ливню. Эти факторы необходимо учитывать при планировании эксперимента, поскольку небольшие изменения характеристик водных растворов могут вызвать значительное уширение линии опорного сигнала в канале стабвлизации.
Рассмотрим самую обычную проблему: надо различить цитраконовую (1) и мезаконовую (2) кислоты. В этом случае мы можем использовать подход Белла и Сондерса, поскольку обе молекулы очень близки по структуре и вет опасности валок>ения посторонних диполь-дипольных взаимодействий. При выполнении эксперимента в растворе П О в молекуле останутся только инзересуюшие нас протоны: олефиновые и ме>ильныс. При исследовании изомерных олефинов полезно помнить об одном правиле: отношение межъядериых расстояний в иие- и тране-изомерах составляет около 1,3.
1. В этом очень простом случае использование стандартных длин связей позволяет рассчи>ать (а предположении усреднения положений метельных протонов) отношение расстояний между олефиновым и метильвыми протонами в Нис- и >~ранг-изомерах, которое оказывается равным 1,32: 1. Удобнее всего измерить ЯЭО на олефиноаом протоне при насыщении метильвых. Возможен и абра > вый эксперимент, во он менее Ядерный эффект Оверяаузера 181 Глава б 180 м а. 'ма ' Облуяастся А м х 0.340 0,068 0,360 — — 0,015 0,140 — 0.035 Пя Пм Пх Рас. 5 20 Раэаостпые спектры, обсуа дающиеся в тексте.
интересен, поскольку мегильиые протоны релаксируют в основном за счет диполь-дипольвого взаимодействия прус с другом и измеряемый на них ЯЭО будет намного меньше. На рис. 5.20 показаны протонные спектры обеих кислот и соответствующие развостные ЯЭО-спектры с облучением метильиых протонов. Много усилий было затрачено на получение действительно равновесного ЯЭО. Это оказалось не самым простым делом для таких малых молекул: Т, олефивового протона в ляранс-изомере составляет около 18 с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
