Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 48
Текст из файла (страница 48)
7.2.2. Импульсы на частоте наблюдаемых ядер В случае высокой чувствительности. Длительность импульса пе ед тчика измеряется легче всего, когда чувствительность ядер и кона центрация образца достаточны для получения хорошего отношения сигнал/шум за одно прохождение.
В этом случае мы можем искать Глава 7 220 Рис. 7.2. Остаточный сигнал, полученный с помощью л-имлульса. На конкретном приборе его аид определоетсо конструкцией датчика. со о Г« Рис. 7.1. Калибровка длительности импульса. Интенсивность сигналов проходит через нуль прн углах поворота импульса л, 2к... длительность я-импульса, исходя из того, что ему должен соответствовать сигнал нулевой интенсивности.
Сначала следует получить спектр с помощью короткого импульса, угол поворота которого заведомо меньше к/2. На обычных передатчиках спектрометров высокого разрешения таким требованиям должна удовлетворять длительность 1 — 2 мкс. По этому спектру следует подобрать условия коррекции фазы для получении положительного сигнала поглощения. Повторение этого эксперимента с увеличивающейся длительностью импульса позволяет найти точку нулевого сигнала, соответствующую я-импульсу. Предварительное определение условий коррекции фазы облегчает поиск нулевой точки, поскольку после прохождения через нее сигналы иивертнруются (рис. 7.1), Имейте в виду, что некоторые спектрометры автоматически масштабируют каждый новый спектр.
Поэтому для получения таких спектров, как на рис. 7.1, автоматическое масштабирование необходимо отключить. На практике такая процедура сопряжена с рядом сложностей. Если вы еше ие очень освоидись со спектрометром и не имеете представления о возможной длительности я-импульса, то убедитесь, что найденная вами нулевая интенсивность действительно лервал Аналогичные точки нулевой интенсивности соответствуют импульсам с углами поворота 2х, Зх и т.д., поэтому начинающему пользователю очень полезно иметь представление о приблизительных величинах длительностей импульсов на различньсх ядрах. Еще одно препятствие состоит в том, что оператору надо решить, какой спектр принять за «нулевой».
я-Импульс ие может Йололнительные сведения аб а«спер«ментальных методах быть идеальным, и во всех спектрах обязательно будут наблюдаться какие-либо остаточные сигналы. Одна из причин этого состоит в чувствительности к-импульсов к расстройке резонансных условий (гл. 4). Ее легко исключить, просто поместив несущую частоту точно иа измеряемую линию. Но из-за неоднородности поля В, специфические остаточные сигналы все равно сохранятся (рис. 7.2), и вам самостоятельно придется принимать решение о том, какая длительность импульса наиболее близка к искомой. При этом лучше всего учитывать среднюю часть линии сигнала, которая отражает поведение основного объема образца, и не обращать внимания на ее боковые части.
В случае низкой чувствительности. Если с одного прохождения становится трудно зарегистрировать сигнал образца, то при измерении длительности импульса приходится проявлять больше изобретательности и терпения. В зависимости от того, насколько плоха чувствительность» можно использовать различные пути. Если сигналы, видимые в некоторых спектрах, исчезают в шуме при приближении к х-импульсу, то может быль достаточно определить последний видимый положительный сигнал и первый видимый отрицательный и взять среднюю между ними величину. Кроме того, если оператору хватит терпения, можно использовать накопление.
Прн калибровке длительности импульса большинства ядер делать задержку в несколько Т„достаточную для полного восстановления з-намагниченности между прохождениями, ие так просто. Можно повторять импульсы и ие дожидаясь полной релаксации, ио при этом выборка данных должна проводиться только после установления стационарного режима. В этом случае более эффективным будет поиск второго «нуля», соответствующего 2я-импульсу, поскольку длительность этого импульса и «нуль» я-импульса связаны довольно просто [Ц.
Если за разумные промежутки времени ие удается увидеть вообще Дополннтельные сведен«я об экспериментальных методах 223 Глава 7 222 никаких сигналов, то необходимо использовать предварительную калибровку. Можно, например, описанными ранее способами определить длительность импульса на концентрированном образце. При тщательной настройке датчика 1гл. 3) эта величина должна воспроизвестись и на разбавленном образце. Исключение составляют случаи, когда интересующий иас образец сильно отличается по электрическим свойствам от раствора, на котором производилась калибровка. Это может быть при попытке работать с водными растворами электролитов, когда используются длительности импульсов, полученные иа органических растворах.
Значительно лучше приготовить образец, похожий по свойствам на исследуемый, но с достаточной для калибровки я-импульса концентрацией. Полученная таким образом величина может применяться без дополнительной настройки спектрометра. Некоторые ядра, например многие металлы, не позволяют получить видимые сигналы ни при каких концентрациях растворов. Если вам приходится заниматься экспериментами на таких ядрах, то единственный способ калибровки импульсов — это использование описываемого далее метода, когда импульс для интересующего вас ядра калибруется с применением гетероядериого спин-спинового взаимодействия с другими ядрами.
7.2.3. Импульсы на других ядрах Во многих экспериментах импульсы должны производиться иа частоте других ацер, связанных с наблюдаемыми. Это прежде всего эксперименты по переносу поляризации, такие, как ПЕРТ, и соответствующие двумерные эксперименты. Чаще всего другим ядром оказывается 'Н, а наблюдаемым — 'зС или еще какое-либо гетерояцро. П отоиный импульс создается протонным декаплером, поэтому опре- идел слепне длительности х-импульса часто называют «калибровкой длтельиости импульса декаплера». Но мы сохраним этот термин для случая, когда нас будет интересовать именно развязка. Во множестве экспериментов протоны ие используются в качестве «других» ядер.
Это, например, ПЕРТ с переносом поляризации с "Р на металл или обратный перенос поляризации с ' С на протоны. Во всех этих случаях задача остается той же: найти длительность я-импульса ядер, ие наблюдающихся непосредственно. Все методы калибровки можно разделить иа группы по типу зависимости интенсивности сигналов наблюдаемых ядер от угла поворота импульса, воздействующего иа связанные с ними другие ядра. Например, вот простая последовательность [23: Х: ~ — ~ — т — Выборка ... ~ь 2~) где Х вЂ” наблюдаемое ядро, у' — «другое» ядро, оба со спином 1(2. Для калибровки требуется спиновая система Х у' (т.
е. дублет сигнала Х). При смсусьс Н г1 гэ мсс гз нсс Гс гь гс гс Рнс. 7.3. Калибровка импульсов на системе связанных ядер (верный метод). т, равном 1г2./ху, импульс иа ядре Ъ' с углом поворота а = х/2 1заметьте, х!2, а не я) приведет к регистрации сигнала нулевой интенсивности. Компоненты дублета всегда оказываются в противофазе. При переходе длительности а-импульса через точку я!2 фазы компонент инвертируются (рис.
7.3). Основной недостаток этого эксперимента состоит в невозможности развязки от ядра У при выборке сигнала Х, что приводит к потере чувствительности. Кроме того, оптимальная частота повторения прохождений определяется величиной Т, ядра Х, что может вызвать затруднения в наиболее распространенном случае, когда Ъ' — протон, а Х вЂ” малочувствительное и, возможно, медленно релаксируюшее ядро. Лучше использовать последовательность ПЕРТ (гл. 6), где допускается развязка от у', а частота повторения прохождений определяется величиной Т, ядер Ъ'.
Начиная с небольшого импульса 0 для настройки фазовой коррекции, нужно найти такуго длительность О-импульса, при которой сигналы групп Х1'г и/или Х1'з становятся нулевыми; эта величина будет соответствовать 0 = х/2 (рис. 7.4). При переносе поляризации с протонов иа углерод можно вполне точно откалибровать длительность импульса на сильно разбавленных образцах, суммируя 8 — 16 прохождений, повторяющихся через 1 или 2 с. Но предварительно необходимо измерить длительность импульса на углероде и подобрать длительность входящей в последовательность задержки в соответствии с ожидающейся величиной константы спин-спииового взаимодействия протон — углерод.
Два этих метода пригодны для калибровки только достаточно сильных радиочастотных полей (соответствующих неселективным импульсам). Калибровка мягких импульсов иа системе связанных ядер, которая требуется для проведения эксперимента БР1, может оказаться Глава 7 224 'и 22 мсс 23 мсс ° с с г сс 21 мсс Рис. 7.4. Калибровка импульсов на системе связанных ядер с помощью последовательности ГгЕРТ. 12 мсс гораздо сложнее. Вероятно, для этого лучше использовать первый из описанных методов с резонансным импульсом иа Каре г' при достаточно большой напряженности поля (например, около 1 кГц), чтобы его можно было считать иеселективным.
Когда найдена длительность импульса для этой напряженности поля, ее можно снизить до нужной величины с помощью точного аттенюатора. 7.2.4. Мощность радиочастотного поля при гомоядерной развязке Если иам необходимо осуществить непрерывное облучение ядер сигналом малой мощности, например при гомоядериой развязке, то удобнее использовать амплитуду поля, а ие длительность импульса, Для выбора параметров эксперимента с целью получения эффективной развязки.или оптимальной селективности удобно иметь таблицу, отражающую связь амплитуды поля и мощности декаплера. Расчет эффективной амплитуды поля декаплера по длительности его к-импульса может оказаться очень сложным, поскольку на фурье-спектрометрах гомоядериая развязка реализуется при помощи облучения короткими импульсами (развязка с разделением времени), которая снижает эффективную амплитуду поля на неизвестную в общем случае величину.
Значительно лучший способ измерения амплитуды слабого пола для гомоядерной развязки состоит в использовании так называемых сдвигов Блоха — Зигернса. Они представляют собой изменение частоты сигналов относительно их обычного положения при облучении системы на близкой частоте (рис. 7.5). Это изменение связано с амплитудой поля декаплера (В,) и разностью частот сигнала и облучения следующим образом: Вз бч = (7.4) 2 (сг — сг,.) Дополнительные сведения об экспериментальных методах 22б Рис. 7.5. Сдвиг Блоха — Зигсрта.
Внизу изображен нормальный спектр, вверх— сп ектр, полученный при облучении системы на нулевой частоте; остальные параметры регистрации ге же. Вычисленная нэ величины сдвига напряженность поля составляет около 20 Гд где Вз выражается в герцах, г — исходная частота наблюдаемого сигнала, гг частота облУчениЯ и Вэ «сг — гм Это измеРение УДобно пРовоДить с помощью разностиого метода: нормальный спектр, содержащий одну лидию, вычитается из спектра, облучаемого иа близкой частоте, что позволяет непосредственно измерить сдвиг часгогы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
