Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Однако из-за различия констант спнн-спинового взаимодействия протон — углерод могут появляться некоторые искажения формы линии. Для подавления этих эффектов были предложены два эксперимента [11]: ПЕРТ+ и ОЕРТ++. Первый нз них, видимо, представляет собой самый лучший компромисс между сложностью реализации и качеством получаемых результатов. Последовательность ПЕРТ+ такова: верт (нвнягзнненеа енрерянн) верт Ржнпыае нгдермнн ) перт ее и ге ге и ге м.а.
Рис. 6.17. Устранение фазовых ошибок в спектрах 13ЕРТ без развязки с помощью последовательности 13ЕРТ+. Два верхних спектра получены с задержкой, в 2 рнзн превышающей правильную. (л') 1 'Н: ~-~ — — -л- — -0, — — — л* г,27„ 23 23 — г 23 ЕЗС. л Выборка (~х)... Она в точности повторяет ОЕРТ с дополнительным протонным л-импульсом на каждом втором прохождении. Так же как и ОЕРТ, она требует точного подбора длительности задержек, ио при наличии некоторого диапазона констант этот эксперимент дает меньшие фазовые искажения сигналов (рис. 6.17).
Влияние неправильно установленных задержек сводится в 13ЕРТ+ к изменению илтенсивнослги компонент мультиплетов. Возникающие при этом ошибки интенсивностей можно попробовать удалить с помощью ОЕРТ++, который описан в работе * Этот л-ямлульс должен создаваться лря каждом втором прохождении. 14' 212 Глава а 6.4.5. Кнадрупопьные ядра (6. 3) Мгсов2Ма = О 1 к — — — Выборка (+ х) 2з Сфера применения переноса поляризации не ограничивается ядрами со спинам 1!2. Любое из ядер спииовой системы или оба могут быль квадрупольными [12], Единственное ограничение состоит в том, что суммарная длительность импульсной последовательности должна быть намного меньше времени релаксации. Эта длительность, очевидно, зависит как от величины константы спин-спниового взаимодействия (чем оиа больше, тем лучше), так и от релаксациоииых характеристик соединения.
При выполнении этого условия можно попробовать провести все описанные выше типы экспериментов (повышение чувствительности в спектрах без развязки, редактирование и т.д.). Однако для наиболее общего случая редактирования иеразвязанных спектров спииовой системы из произвольных ядер выбор параметров становится очень сложным [13], и мы не будем его рассматривать в нашей книге. Такой эксперимент может понадобиться только в весьма экзотических ситуациях. Мы сосредоточим свое внимание на повышении чувствительности в обычных спектрах с развязкой, Одним из наиболее интересных для химиков случаем может быть наблюдение дейтерия с развязкой от протонов. Для работы с квадрупольиыми ядрами последовательность ПЕРТ следует несколько измеииттс /я'! Б: д — — к — — — Оа, Развязка ...
з,2г!„22 2У Эта последовательность получила название !)РТ (()п!чегза! Ро!ап'- вайоп Тгапз!ег — универсальный перенос поляризации), хотя введение нового названия при изменении длительности всего лишь одного импульса может показаться излишним. Для оптимальной чувствительности необходимо подобрать О, исходя из спина и числа ядер 0, и <р, исходя из спина и числа ядер 1. И в том и в другом случае зто делается следующим образом.
Пусть мы имеем л! ядер со спинам з. Каждое конкретное ядро ! может находиться в состоянии, определяющемся спииовым квантовым числом тн которое может принимать 2з+ 1 значение в диапазоне от — з до з с шагом 1. Если мы определим число М как то оно будет принимать значения от — л!з до !т'з (2!т'в+ 1 значение). Оптимальный угол поворота и для последовательности (! РТ (т. е. О, если рассматриваются ядра, с которых переносится поляризация, и у в случае ядер, иа которые она переносится) можно найти из уравнения Перенос поляризацнн н редактирование спектров 213 где !1„, — вырождение состояния М.
Общую формулу для !1, вывести не так просто, ио в реальных случаях ее можно рассчитать прямым способом. Например, для двух ядер со спинам 1 состояние М = 0 имеет вырождение !1„= 3, поскольку оио реализуется в трех случаях: (О, 0), (1, — 1) и ( — 1, 1). В общем случае можно выписать все члены суммы (6.3) и получить из нее некий полинам относительно сова, который можно решить численно [13]. Таким образом, в общем случае рассчитать 0 и <р ие так просто, но обычно хотя бы одно из ядер имеет спин 1!2, что позволяет при вычислении оптимального угла поворота пользоваться довольно простой формулой (6.1). 6.4.6. «Обращенные» эксперименты Введеиве. Все применения переноса поляризации, с которыми мы до сих пор встречались, заключаются в переносе поляризации с илра с большим у иа ядро с меньшим у. В принципе иет никаких причин считать это «прямое» направление единственно возможным, вполне возможно провести перенос, например, с С иа Н или с Н на С.
гз г гз Однако такие эксперименты могут показаться бессмысленными, поскольку оии неизбежно должны приводить к потере чувствительности в сравнении с прямым наблюдением. Но, с другой точки зрения, подобные эксперименты могут оказаться полезными. Сравним спектроскопию 'Н и 'зС.
Первая из них обладает той особенностью, что протоны присутствуют практически во всех объектах. Интересующие нас сигналы в протонных спектрах многих распространенных систем, таких, как среды с химическими реакциями или живые клетки, полностью закрываются интенсивными сигналами воды или других растворителей ' или таких распространенных в биохимии веществ, как липиды, Ядро "С, напротив, имеет низкое природное содержание, что позволяет пометить им интересующие нас объекты или их части, которые далее можно контролировать с помощью 'зС-ЯМР, ие встречая помех со стороны интенсивных протонных сигналов.
Таким образом, протонам присуща высокая чувствительность, а углероду (и другим хирам с низким природным содержанием) — высокая селективиость. Теперь мы можем представить себе эксперимент, где «обратное» направление переноса поляризации могло бы оказаться полезным. В идеальном случае эксперимент (с помощью фазового цикла или другими путями) полностью подавляет исходную намагниченность чувствительных ядер. Если при этом мы будем переносить иа протоны намагниченность с редких ядер, использованных в качестве меток, то в результате протонные спектры будут обладать еелекогивноппью редких ядер.
Этот процесс, конечно, будет сопровождаться некоторой потерей чувствительности по сравнению с непосредственным наблюдением. На- 216 214 Глава б ис (5 В и В (г) 'Н ащэже пример, при переносе поляризации с 'эС иа протоны разность заселевиостей в самом худшем случае будет в 4 раза меньше наблюдаемой в обычном эксперименте, в результате в 4 раза понизится чувствительность.
Но полученный спектр будет обладать достоинствами углеродных спектров в том смысле, что мы увидим сигналы только тех объектов, которые содержат ядра 'эС. Поэтому правильнее проводить его сравнение с наблюдением углерода, а ие протонов. Сигнал "С при прочих равных условиях в 64 раза слабее сигнала 'Н, поэтому обратный перенос поляризации позволит в сравнении с непосредственным наблюдением углерода получить 16-кратное усиление. Далее, если мы будем облучать протоны в перерывах между прохождениями, то ЯЭО на углероде увеличит его разность заселеиностей еще примерно в 3 раза.
В результате чувствительность составит 3!4 прямого наблюдения протонов, что в 50 раз выше, чем при прямом наблюдении 'эС. Но с практической точки зрения такие оценки могут оказаться слишком оптимистичными. Например, сигналы "С всегда сниглетиы, тогда как протоны часто входят в состав сложных спиновых систем. При каждом расщеплении динин иа две части отношение сигнал/шум уменьшается в 2 раза. В то же время константы спин-спииового взаимодействия дают дополнительную информацию о структуре. Другая проблема состоит в том, что частота повторения прохождений ограничивается релаксацией редких ядер, когорая может быть достаточно медленной. Поэтому вопрос об эффективности такого эксперимента надо решать в каждом конкретном случае.
Например, времена релаксации углеродов пептида, спектры которого мы увидим ниже, очень небольшие, ио для других соединений может наблюдаться обратная картина. Это необходимо учитывать при планировании эксперимента. Наконец, в реальном эксперименте мы можем и не получить теоретических интенсивностей.
У большинства датчиков, настранвающихся на какое- либо гетероядро, катушка для наблюдения протонов (катушка декаплера) редко оптимизируется по чувствительности. Однако очень хорошее подавление исходных сигналов протонов можно получить с помощью описываемой далее процедуры. Все эти моменты обязательно нужно учитывать при сравнении обратного ПЕРТ с другими альтернативными методами, например с методом разиостиого спинового эха из гл. 1О. Обратный ПЕРТ. Импульсную последовательность для реализации обратного переноса поляризации легко построить на основании принципов эксперимента 1)РТ, описанного в предыдущем разделе [141. Наибольший интерес представляет перенос поляризации с одного ядра со спином 1!2 (например, метка "С) на несколько ядер со сливом 1/2 (например, на два протона в группе СН,).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
