Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Анализ такой ситуации слишком сложен. чтобы приводить его здесь (см. работы [14, 15]). На практике можно получить следующие результаты. В одномерных спектрах, полученных в таком режиме, фазы и интенсивности сигналов оказываются зависящими от отклонения их частоты от резонансной, если, конечно, и ле равен углу Эрнста. Однако такой угол не будет оптимальным с точки зрения чувствительности; предпочтительнее импульсы большей длительности. В экстремальном 238 Глава 7 г - 0,70с г = 0,23с г =0 зв зв за зг зв гв гв га гг а я я — т — — Выборка 2 (7.9) тв и Т, = 1и 2 (7.10) случае, когда Т„ = Тг и Тг « Тг, Т, (например, при плохой однородности постоянного поля), оптимальная длительность импульса становится независимой от Т, [15] и составляет около 0,4х. На практике использование фазовых циклов типа процедуры С'2'С).ОРБ для подавления ложных сигналов при квадратурном детектировании позволяет в значительной степени снизить эффекты стационарного эха в одномерных спектрах.
Их можно снизить еще больше с помощью периодических случайных изменений Т, [!4]. В двумерных экспериментах по переносу когерентности (см. гл. 8 и 9) наличие к началу следующего прохождения остаточной поперечной намагниченности или других видов когереитности может привести к появлению ложных сигналов, поскольку импульсы этого прохождения произведут дополнительный перенос остаточной намагниченности. В этих случаях задержки между прохождениями должны быть больше, чем это требуется из соображений чувствительности.
Величина Т, порядка ЗТг обеспечит достаточное затухание всех видов когереитиости. 7.5.3. Методы быстрого определения Т, Все приведенные выше рассуждения подразумевают, что у иас уже есть какие-то предположения о величинах Т, в нашем образце. Если он достаточно концентрированный и дает заметный сигнал с одного прохождения, то для приближенной оценки Т, можно использовать метод инверсии †восстановлен: с-Намагниченность в конце задержки т определяется формулой М, = 7аг0(1 — 20 "г) (7.8) Интенсивность регистрируемого сигнала проходит через нуль при — гуг е 2 Если вы выполняете серию экспериментов с различными т, начиная с очень небольшого значения для подбора параметров коррекции фазы (заметьте, что на этом этапе сигналы будут отрицательными) и заканчивая на спектре с нулевой интенсивностью интересующего сигнала (рис.
7.11), то Т, можно получить иэ формулы Такая оценка будет довольно грубой, ио ее вполне достаточно для выбора частоты повторения прохождений и для других подобных задач. Наиболее вероятный источник ошибок состоит в слишком частом повто- Дополнительные сведения об экспериментальных методах 233 Рис. 7Л1. Определение приближенных величин Т, методом инверсии — восстановления.
Величины т соответствуют нулевой интенсивности помеченных стрелками сигналов; отвечающие им величины Т, составляют 0,3 с (средний спектр) и 1,0 с (верхний спектр). ренин эксперимента, в результате чего ие все ядра будут успевать полностью отрелаксировать, и мы получим заниженные величины для больших Т,. Реальные образцы обязательно имеют различные величины Т„из которых следует выбрать некоторую компромиссную, поэтому ошибки в их измерениях скорее всего не будут иметь серьезного значения.
Однако сложность состоит в том, что оптимизация параметров регистрации спектра наиболее важна именно для разбавленных образцов, где Т, определить совсем не просто. Если проводить описанные выше эксперименты с усреднением, то между прохождениями необходимо делать задержки порядка 5Т,, что сразу делает эксперимент недопустимо долгим. В такой ситуации нужно уметь интуитивно оценивать возможные величины Т, для соединений и ядер, с которыми вы работаете.
Необходимый для этого опыт легко приобрести, измеряя все возможные Т, в каждом удобном случае. Конечно, в литературе есть большие таблицы Т,, но они не очень полезны для практических целей, поскольку содержат данные, полученные в необычных условиях (необычных с точки зрения повседневной спектроскопии; например, в обезгаженных образцах). Величины протонных Т, в молекулах среднего размера составляют обычно 1 или 2 с, хотя есть множество отклонений как в ту, так и в другую сторону. Другие ядра со спииом 1772 могут иметь чрезвычайно малые скорости релаксации, особенно этим отличаются четвертичные углероды, а также ядра 2081 и га)з( в самом различном окружении. Для ядер аз)з(, не связанных с протонами, обычные величины Т, составляют несколько минут даже в иеобезгажеиных образцах.
Квадрупольиые ядра (спин > 17'2) эффективно релаксируют за счет взаимодействия с градиентами локального электрического поля, их величины Т, почти всегда попадают в диапазон от микросекунды до сотен миллисекунд. 240 Глава 7 1 е т(т1 М,=М (7.11) и 75 7.6. Количественное измерение интенсивностей 7.6.1. Введение Интегрирование спектров с целью получения информации о площадях пиков одна из самых обычных процедур протонной спектроскопии ЯМР. Ее точность вполне достаточна для определения числа протонов, дающих вклад в какой-либо пик.
Было бы очень заманчиво использовать эту процедуру для других задач,требующих определения относительных количеств каких-либо соединений в растворе, например для экспериментов по кинстике или для количественного анализа смесей. Но если точность в 1О-15ьтн вполне достаточная для определения числа протонов, достигается довольно легко, то точность, требующаяся для других количественных применений (допустим, лучше 1 — 2ьт',), может оказаться недостижимой. В этом разделе мы коротко рассмотрим те причины, которые затрудняют использование спектроскопии ЯМР и особенно фурье-спектроскопии ЯМР для строгого количественного анализа, Эта тема подробно излагается в других руководствах по практическому ЯМР,ио она настолько важна, а ожидания химиков настолько преувеличены, что, пожалуй, имеет смысл изложить здесь некоторые наиболее существенные моменты, 7.6.2.
Как сделать интенсивность сигналов пропорциональной числу ядер В предыдущем разделе, где мы оптимизировали эксперимент по чувствительности, для повышения скорости регистрации спектра мы использовали режим, в котором г-намагниченность возвращалась в некоторое стационарное состояние, отличное от равновесного. Однако такой режим совершенно не подходит для количественных измерений, поскольку интенсивность сигнала зависит от величины Т„и, если только все Т, ие окажутся одинаковыии, измеренные интенсивности будут содержать ошибки. В принципе, знание величии Т, измеряемых пиков позволяет скорректировать интенсивности, ио достаточно точное измерение Т, сложнее, чем простая регистрация спектра без насьпцения, поэтому такой способ нельзя считать практичным. Однако полезно приближенно оценить величины Т, по методу, описанному в разд. 7.5.3, для того чтобы выбрать правильную частоту повторения прохождений и избежать насыщения.
Чтобы получить представление о том, насколько трудно добиться возвращения т-намагниченности всех ядер в состояние теплового равновесия, рассмотрим несколько особых случаев. Как уже упоминалось ранее, протонные Т, составляют 1 или 2 с, ио при выборе Т, мы должны учесть самое оольиюе Т, во всей молекуле. Пусть оно оказалось равным 3 с. Если мы используем импульс длительностью и н повторяем его через каждые Т, с, то в системе установится стационарная г-намаг- Дополнительные сведения об экспериментальных метоцак 241 ииченность М, определяющаяся формулой где М,— равновесная намагниченность. Здесь предполагается, что поперечная намагниченность успевает полностью исчезнуть между прохождениями; в количественных экспериментах это обычно реализуется. Для случая а = я!2 выражение упрощается до вида М, = Ме (1 — е т и 1) (7.12) Будем считать, что наша стационарная намагниченность ие должна отличаться от равновесной более чем на 1ьть (т.е. должна составлять 0,99М ).
Это значит, что для Т, = 3 с и я!2-импульса Т, должно составлять 14 с! Для более коротких импульсов ситуация слегка упрощается: при использовании я/4-импульса тем же требованиям удовлетворяет задержка в 10 с, однако дополнительные прохождения в сэкономленное время не компенсируют потери чувствительности из-за уменьшения длительности импульса, поэтому при недостаточной чувствительности такой режим не подойдет. Разумнее использовать я!2-импульс и задержку как минимум в 5Т„чтобы ошибки из-за насыщения не превышали 1".ь. Регистрация спектра в таком режиме может потребовать довольно большого времени. Например, обычное Т, ядер 'зС составляет 1Π— 30 с, что требует задержки между прохождениями в несколько минут. В этом случае очень полезно для сокрашения Т, использовать релаксациоиные реагеиты, такие, как ацетилацетоиат хрома(1П).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
