Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Из-за сложного характера мультиплетности результат развязки может быть замаскированным и не замеченным. Для решения последней проблемы предложен метод разностной развязки, но сам этот метод имеет ряд недостатков, в особенности нз-за эффектов, возникаюших при сдвигах Блоха — Зигерта. Тот эксперимент со спиновой развязкой, который мы хотели бы провести, выглядит следующим образом.
Пусть спектрометр в автоматическом режиме делает дискретную развертку частоты развязки при прохождении через интересующую нас область частот. Пусть для каждого значения частоты развязка осуществляется абсолютно селективно, а результат ее однозначно проявляется в какой-то области спектра..Все эти эксперименты соберем в одном месте, для того чтобы могла быть непосредственно отображена полная структура спнновой связи. Пусть эксперимент проходит быстро и с высокой чувствительностью. На практике к этому эксперименту наиболее близко можно было бы подойти, по-видимому, реализовав серию экспериментов с разностной развязкой (это был бы эксперимент ВООК с фурье-преобразованием) при очень низком уровне мошности декаплера, что и обеспечит высокую селектиьность. Не вдаваясь в детали, положим, что отклики проявляются для связанных спин-спиновым взаимодействием протонов, причем в тех случаях, когда облучению подвергаются их партнеры по спиновой связи.
Было бы непросто изобразить такую серию спектров достаточно информативным путем, но, не заостряя на этом внимания, перейдем 289 Двумерная корреляционная спектроскоп»в ЯМР Глава 8 288 к более фундаментальной проблеме Этот эксперимент привел бы к двумерному спектру, но реально он является спектрам непрерывной развертки па одной координате. Частота развязки варьируется в спектре тем же самым способом, что и частота передатчика в спектрометрах старого типа. Ценой этого будет низкая скорость сбора информации.
Время, которое потребуется для перевода частоты развязки из одного края спектра в другой, будет зависеть от того, насколько грубо илн тонко нам нужно делать приращения к частоте, другими словами, от разрешении по этой координате. Это аналогично требованию малой скорости прохождения для получения высокого разрешения на спектрометре с непрерывной разверткой. Даже без учета других его практических недостатков это был бы по сути малоэффективный эксперимент, поскольку измерения проводятся в частотной области. Ват если бы использовать преимущества метода фурье-преобразования па второй координате! 8.3.3. Перенос намагниченности Несомненно, вы не удивитесь, когда узнаете, что последовательность Джинера обладает именно этими преимуществами перед вымышленным двумерным спектром, полученным с помощью сочетания непрерывной развертки н преобразования Фурье.
Причина этого заключается в том, что в системе, содержащей связанные спнн-спиновым взаимодействием ядра, второй импульс такого эксперимента приводит к перераспределению намагниченности, причем намагниченность, соответствующая какому-то одному переходу в течение времени пн перераспределяется между всеми другими, с которыми этот переход связан. Как сказано во введении, я хотел бы обсудить механизм этого явления позднее, н надеюсь, что вы пока примете на веру то, что это действительно так.
В гл. 6 мы уже рассматривали эксперименты по переносу намагниченности (8Р1, ВЕРТ, П»ЕРТ), которые, однако, значительно проще для понимания, потому что этн системы являются гетероядернымн (что позволяет независимо рассматривать действие импульсов на ядра разного типа), а также из-за того, что мы выбралн специальное расположение компонент мультиплета, для которых осуществляется перенос намагниченности. В общем виде гомоядерный эксперимент, к рассмотрению которого мы сейчас приступаем, несколько труднее визуализировать.
Тем не менее нам необходимо выяснить, что стоит за словами «всеми другими, с которыми этот переход связан». Итак, я напомню вам диаграмму энергетических уровней системы АХ, к которой мы уже не раз обрашалнсь в других главах (рис. 8.6). Эта система описывает четыре перехода, и соответственно в спектре ЯМР проявляются четыре линии. Каждый из переходов, например А„ соответствует определенной линни в спектре, например линии на частоте + (1) 2) /Ах что следует из основных свойств систем первого порядка. Если второй импульс в эксперименте Джннера соответствует я72, то та вв) Рвс.
8.6. Энергетические уровни длв системы АХ. часть намагниченности, которая соответствует переходу А,, преобразуется в намагниченность всех других переходов, т.е. А,, Х, и Х,. НекотоРаЯ долЯ намагниченности сохРанитсЯ также и за пеРеходом Авы Таким же образом перераспределятся компоненты для всех других переходов. Это означает, что линия, регистрируемая в течение времени гм может содержать компоненты своей амплитудной модуляции с частотами, соответствующими положению всех остальных линий по координате гы Это пРиведет к поЯвлению кРосс-пиков с этими линиЯми в двумерном спектре. Не очень просто понять, как все одновременно смешивается со всем, однако легко себе представить получающийся спектр (рис. 8.7). ав вр кв б,в ал в,з ма.
Рис. 8.7. Эксперимент Джинерв, проведенный на системе АХ 18-хворвкрвловав кислота). 271 Глава б 270 8.3.4, Два реальных примера 44 44 «4 «5 64 43 4, Ситналы, находящиеся на диагонали спектра, соответствуют тем компонентам намагниченности, которые имеют ту же частоту как в течение г,, так н в течение ~з.
Это та часть намагниченности, которая совсем не перенесена действием второго импульса. Итак, глядя на сигналы, находящиеся на диагонали, мы обнаружим, что это нормальный спектр системы. В нашем случае — только два дублета. Вне диагонали мы видим сигналы кросс-пиков между всеми линиями, которые могут принадлежать как одному и тому же мультиплету (сигналы, расположенные по квадрату около диагонали), так и разным мультиплетам, связанным спин-спиновым взаимодействием (группы из четырех линий вдали от диагонали). Следует отметить, что, поскольку намагниченность переносится между переходами в обоих направлениях, кросс-пик при (у,, нз) имеет симметрично расположенного партнера при (из, и,). Корреляции между переходами, принадлежащими одному мультиплету, могут вызвать определенные неудобства, и ниже мы увидим, что их можно устранить.
Важными корреляциями являются те, которые принадлежат переходам из разных мультиплетов. Онн необходимы для выявления характера спин-синцовых связей. В нашем простом примере имеется только одна спиновая система, поэтому «все коррелирует со всем». В более сложных системах мы можем непосредственно проследить путь передачи спин-спинового взаимодействия через недиагональные пики. Это происходит благодаря тому, что спин~лиловое взаимодействие между протонами открывает тот путь, по которому может переноситься намагниченность при действии второго импульса.
Сейчас мы приступим к рассмотрению содержащего массу интересных деталей вопроса о том, как мы проводим этот эксперимент и в чем собственно состоят его достоинства и недостатки. Однако, для того чтобы возбудить ваш аппетит, перед тем, как, перейти к разделам, содержащим больше технических вопросов (они будут следовать ниже), мне представляется целесообразным обратиться к двум реальным задачам для того, чтобы вы могли убедиться, насколько легко можно сделать спектральное отнесение на основе эксперимента Джинера. Первая нз них относительно проста и могла бы быть решена более традиционными средствами, в то время как вторая лет десять назад представляла бы серьезную проблему. Сейчас она может быть решена за вечер. Перед тем как обращаться к спектрам, следует прояснить еще два вопроса.
Первый касается названия метода, который я до сих пор называл экспериментом Джинера. В литературе иногда используют это обозначение, но значительно чаще встречается термин СОБт' (от англ. СОгге(айоп Брес1гозсор У вЂ” корреляционная спектроскопия). Практически все методы используют какого-либо типа корреляцию, поэтому термин СОБУ (часто в сочетании с модифицирующими дополнительными терминами), к сожалению, используют также и для обозначения разно- Двумерная корреляционная спектроскопии ЯМР образных родственных методов, что может приводить к недоразумениям. Итак, термином СОБУ я буду пользоваться для обозначения гомоядерной корреляпии через спин-спиновое взаимодействие, осуществляемой с помощью эксперимента Джинера.
Второй важный вопрос заключается в том, как правильно представлять результаты эксперимента СОБУ. Двумерный спектр можно представить как совокупность одномерных спектров (строк), смещенных относительно друг друга. Такое представление используется до сих пор для того, чтобы подчеркнуть природу данных. Но по мере того как растет сложность спектра, оно оказывается излишне громоздким,и интерпретация спектра может приводить к недоразумениям.
Значительно более ясное представление о соотношении между диагональными н не- диагональными сигналами мы получим, если будем использовать контурную форму записи, точно таким же образом, как изображается на картах форма горного массива. В качестве иллюстрации на рис. 8.8 показаны в форме контурного представления те же самые данные, что и на рис. 8.7. Достаточно реальное представление о спектре можно получить, прописав только один нижний контур (что, кстати, и быстрее), а не несколько уровней, как изображено на рисунке. При этом представление об относительной высоте пика в той или иной степени можно составить по его величине (площади контура).
Для работы со спектром СОБ т' полезно иметь под рукой график обычного спектра, что позволит легче идентифицировать сигналы на диагонали. Для того Рис. 8.8. Это альтернативное контурное представление двумерного спектра, в общем, более удобно. Глава 8 272 273 НВ НВ НВ НВ НЗ НЗН5Н4НВ Нг ну Н16 4,2 4,6 4,4 Нг «26 Н5 Н16 1,В 1,6 14 1,2 м.д 2,6 2,4 2,2 г,а 15-75 чтобы связать контуры диагональной части двумерного спектра с сигналами в обычном спектре, требуется некий навык, который, однако, легко приобретается в практической работе. Теперь о примерах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
