Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 75

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 75)

В стадии развития находятся различные эксперименты, в том числе так называемая гз-спектроскопии [21], которая позволит отличить обмен от ЯЭО. Но она пока не находит широкого применения. Две существенно более серьезные трудности возникают прн выборе задержки т н нз-за возможного присутствия перекрывающихся кросс-пиков, обусловленных спнн-спнновой связью. Выбор т .

Задержка т должна выбираться таким образом, чтобы происходил максимальный обмен или сформировался максимальный ЯЭО перед тем, как конечный импульс прикладывается к г-намагниченности. Это потребовало бы знания значений времен Т, вовлеченных во взанмодействне ядер, а также скорости обмена или формирования ЯЭО. Если мы знаем только один из этих двух параметров, то нам трудно начать эксперимент без предварительных допущений.

Здесь существует четкая разница между возможным диапазоном т для определения обмена н для ЯЭО (в последующем изложении я подразумеваю, что вам известны динамические эффекты в спектрах ЯМР; см., например, гл. 8 в книге Гюнтера [22]). Конечно, химический обмен может происходить фактически с любыми скоростями. Очевидно, что с помощью ХОЕВ можно изучать область медленного обмена. Основываясь на разности химических сдвигов обменивающихся ядер, мы можем оценить верхнюю границу его скорости.

Для двухпозицнонного обмена с равными заселенностями и разностью их химических сдвигов Гзу при коалесценцни сигналов константа скорости процесса lт, равна яЬу~,/2. Поэтому при медленном обмене в нашем случае скорость обмена й должна быть заведомо меньше, чем lт,. В то же время й ие должна быть намного меньше 1!Тт. В противном случае частотно-меченая г-намагниченность исчезнет до того, как произойдет миграция. Диапазон значений Й, для которых имеет смысл эксперимент ХОЕо т', лежит между этими двумя границами.

Чаще всего полезно использовать одномерный вариант намагниченности или ХОЕВУ в области довольно медленного обмена, где и не слишком сильно отличается от ЦТт, поскольку именно в этой области не сушествует других методов получения сведений о химическом обмене. В этом случае оптимальное значение т для обнаружения обмена, протекающего со скоростью й между равнозаселеннымн положениями, зависит от ЕТ, н медленно изменяется от значения 0,5!к при )т = ЦТт до 1,5утт при й = 10(Тт.

Обычно й точно не известна, поэтому вполне разумно для грубой оценки т принять его равным 1(/т. На практике бывает необходнмо выполнить несколько экспериментов, используя различные оценки для /с. Даже такой требующий значительного времени эксперимент все же дает только качественную информацию о путях обмена, поскольку пока нет простого метода количественного расчета констант скоростей из получаемых данных.

Обе эти проблемы (определение т и количественный расчет констант) могут быть решены при использовании метода «аккордеон-спектроскопии» [11], в котором т устанавливается пропорциональной времени т,. В нем трехмерный спектр можно эффективно представить в виде двумерного. Прн этом по координате ут расположены линии, формы которых зависят от величины 1т. Расчет констант скорости из такого спектра требует количественного анализа формы линии этих сигналов. Программы такого анализа пока еще не очень широко доступны, поэтому я не буду дальше продолжать его обсухщение.

Вполне возможно, что Глава 8 Двумерная корреляционная спектроскопия ЯМР в будущем такие эксперименты найдут более широкое применение. В противоположность химическому обмену формирование ЯЭО сдерживается скоростью продольной релаксации. Многие обстоятельст. ва могут сделать формирование ЯЭО более медленным, чем 1(Т„но ничто не может заставить его возникать быстрее. Это означает, что, выбрав т примерно равным 1(Т„мы с большой вероятностью сможем наблюдать кросс-пики ЯЭО между соседними ядрами.

Ядерные эффекты Оверхаузера между более удаленными ядрамн формируются медленнее, поэтому для их регистрации нужны большие времена смепшваиня. Но конкурирующая продольная релаксация приводит к тому, что кросс- пики в этом случае будут очень слабыми. Конечно, в одномерных экспериментах такие ЯЭО тоже очень слабые, но в экспервменте ХОЕВ используется стационарная, а не равновесная намагниченность, поэтому трудности дополнительно возрастают. Кроме того, при спин-спииовом взаимодействии могут возникнуть артефакты, очень запутывающие картину двумерного спектра и затрудняющие идентификацию истинных кросс-пиков ЯЭО. И наконец, еще раз отмечу, что не существует простого способа получения количественных результатов в данном эксперименте.

Мы имеем только указание на присутствие ЯЭО, но не надежное измерение его величины. Существование этих неблагоприятных факторов объясняет, почему ХОББИ мало используется при изучении небольших молекул, Однако прн исследованиях белков этот метод приобрел большое значение. Причина в том, что большие молекулы белков совершают беспорядочные движения в растворе относительно медленно. В связи с этим в таких системах вклад в быструю дипольдипольную релаксацию дает процесс И~ (см.

гл. 5). В них ЯЭО оказываются большими н отрицательными, и онн быстро устанавливаются. Примеры использования метода ХОЕВ для отнесения сигналов в спектрах белков приведены в работах [23, 24]. Трудности, обусловленные сиин-спиновым взаимодеиствием. Не удивило ли вас то, что последовательность ХОЕВУ отличается от использованной для метода ПОР— СОВУ только введением интервала т . Это означает, что в эксперименте могут присутствовать различные сигналы переноса когерентностн, и, как обычно, нужная компонента выделяется при помощи фазового цикла.

Легко видеть, что фаза сигналов, возникающих от намагниченности, ориентированной вдоль оси г в течение времени т, не зависит от фазы первых двух импульсов, но следует за фазой третьего. Поэтому большую часть нежелательных сигналов можно подавить либо совместным циклированнем фазы первых двух импульсов в последовательности х, у, — х, — у при постоянной фазе приемника, либо совместным циклированием фаз последнего импульса н приемника. Квадратурное детектирование можно провести обычными способамн — фазочувствительным или с фильтром типа эха. Однако, к сожалению, сушествует перенос когерентности, приводящей к сигналам с точно таким же фазовым поведением, как и желаемая г-компонента. Эта часть проходит через нуль-квантовую когерентность.

Это значит, что в спектре ХОЕБУ для нашего соединения на кросс-пики, обусловленные ЯЭО или обменом, накладывается спектр СОВУ с нуль-квантовой фильтрацией, причем циклированне фазы не может препятствовать этому. Очевидна, что для связанных систем эта проблема неразрешвма. Она сродни эффектам ВРТ, возникающим в одномерных экспериментах по ЯЭО, но в двумерном эксперименте трудно или невозможно различать реальные и нуль-квантовые кросс-пики. Было предложено несколько решений этой проблемы, но нн одно нз ннх нельзя считать полностью удовлетворительным. Простейший прием сводится к варьированию интервала т случайным образом при переходе от одного прохождения к другому, Интенсивность кросс-пиков, обусловленных ЯЭО илн обменом, медленно изменяется с изменением т, тогда как пики переноса когерентности модулируются с нуль-квантовыми частотамн, которые равны разностям химических сдвигов связанных ядер.

Таким образом, по крайней мере некоторые из нуль-квантовых сигналов изменяются так же быстро, как и т . Поэтому при благоприятном стечении обстоятельств онн должны усредняться н исчезать после некоторого числа прохождений. Наилучший способ реализации этой идеи-введение к-импульса в т : л я я — — — — — т — т; — л — т; — — — т 2 ' 2 2 Теперь т„равняется т,. + 2т'; (использованное здесь обозначение взято нз работы [25з). т; и т, можно изменять, в то время как т сохраняется постоянным. Тогда обменные или ЯЭО-пнкн не изменяются от прохождения к прохождению, а нуль-квантовые пики модулируются как функция только тл поскольку все эффекты в оставшейся части т рефокусируются.

Можно менять т, случайным образом, но все же прн использовании этото способа приходится полагаться на удачу, и надежное подавление можно получить лишь прн большом числе прохождений. Существует и другой метод, когда вычисляется оптимальный набор значений т,. для каждого числа прохождений, который также зависит от диапазона подавляемых нуль-квантовых частот, т.е.

от разностей химических сдвигов между парами взаимодействующих ядер. Оказывается, что самый лучший результат дает комбинация вычисленных и случайных переменных прн пошаговом изменении т,. как функции 1,. Тогда т, выражается следующим образом: т, = т,'- + тт, + т„„м (8.6) В работе [25] содержатся таблицы н формулы для определения наилучших значений т,' для разных сочетаний диапазонов химических сдвигов и числа прохождений на каждое значение ~,. Даже прн использовании этого тщательно разработанного метода подавление нуль-квантовых компонент при малом числе прохождений на каждое значение т, оказывается весьма слабым, особенно в том 347 Глава 8 ко аь ко ь м кь хе ев а ) ~ — ~ О н сон ньь в,о в„о б, иа.

° ,о случае, если велик диапазон разностей хнмнческнх сдвигов. Но поскольку экспернмент ХОЕВ всегда имеет низкую чувствительность, как правило, при накоплении сигнала используется большое число прохождений. Если на каждом шаге по г, используется больше 10 прохождений, то подавление нуль-квантовых пиков становится вполне достаточным для типичных диапазонов химических сдвигов. Ко всему этому нужно добавить, что т должно быть порядка Т,.

Характеристики

Список файлов книги