Трубки для вимірювання та об'єм зразка

Розчин речовини для вимірювання спектру ЯМР вміщують у спеціальну скляну циліндричну трубку певного зовнішнього діаметру. На лабораторному жаргоні її часто називають „ампулою”, хоча це по суті не вірно. Для тих, хто вперше зіштовхується з ЯМР, здається, що ціна трубок для вимірювання надмірно велика (3-20 доларів). Ціна, у цьому випадку, відбиває те, що трубки повинні відповідати жорстким вимогам по вигину та концентричності, оскільки в іншому випадку в спектрі можуть з'явитися небажані артефакти, які найчастіше мають вигляд обертальних сателітів. Найчастіше, більш висока якість трубок (і більш висока ціна) потрібна для приладів з великою напруженістю поля при роботі на протонах. Оптимальне співвідношення ціни трубок і необхідної якості спектра можна знайти експериментально.

Діаметр трубки здебільшого визначається об'ємом зразка. У лабораторіях широко застосовуються трубки діаметром 2,5 - 3 мм (це т.зв. мікротрубки), 5 мм (використовуються найбільш широко) і 10 мм (найчастіше використовуються для ядер з низькою чутливістю, коли є обмеження в розчинності зразка). При вивченні біологічних зразків, коли через агрегацію та малу розчинність доводиться вивчати розчини низької концентрації, застосовують трубки діаметром 8 мм. Оскільки чутливість при проведенні будь-якого експерименту ЯМР має вирішальне значення, то в кожному випадку слід правильно вибирати діаметр трубки та об'єм зразка (якщо доступний спектрометр дозволяє проводити вимірювання в різних трубках). Це дозволить уникнути вимірювання розчинів недостатньої концентрації. Важливим параметром при цьому є довжина котушки детектування в датчику спектрометра. Об'єм розчинника в трубці повинен бути достатнім для того, щоб розчин перебував трохи нижче і вище котушки. Це пов'язане з наявністю стрибка магнітної сприйнятливості на границях розчин-повітря та розчин-скло, що ведуть до появи локальних неоднорідностей магнітного поля. Для стандартної 5 мм трубки необхідний об'єм розчинника становить 500-700 мкл. Для мікротрубок він зменшується до 100-150 мкл. Для більш широких трубок може виникнути необхідність придушення вихорів, що виникають у розчині. Для цього застосовується спеціальна вставка для трубки, що занурюється в неї до поверхні зразка і робить розчин нерухомим. При роботі зі змінною температурою такі вставки слід використовувати обережно, оскільки при високій температурі вставка може розм'якнути, а при низькій - поринути в розчин.

Для роботи з малими кількостями зразка застосовуються мікрокомірки. Вони являють собою стандартні 5 мм трубки, внутрішній об'єм яких становить усього кілька мікролітрів завдяки товстим зовнішнім стінкам трубки. Це дозволяє весь зразок розташувати всередині котушки детектора. Останнім часом почали застосовуватися спеціальні вставки і трубки, які щонайкраще використовують чутливу зону детектора (Рис. 2.20). У них використовується скло, магнітна сприйнятливість якого узгоджена з розчинником і тому допускає меншу висоту його стовпа без виникнення дефектів форми лінії. Існують трубки зі скла, узгодженого з водою і з деякими органічними розчинниками.

Рис. 2.20.Схематичне порівняння (a) стандартної ЯМР трубки і (б) узгодженої трубки, що містить вкладиш, у якому магнітна сприйнятливість скла узгоджена зі сприйнятливістю розчинника. У цьому випадку використовується менший об'єм розчину і весь розчин перебуває усередині котушки детектора.

Трубки ЯМР повинні бути чистими, сухими та вільними від пилу. Вони також не повинні мати дефектів скла, оскільки при цьому може бути порушеною їхня циліндричність. Нові трубки також можуть виявитися недостатньо чистими. На них можуть залишитися сліди мастил, які, якщо трубка використовується вперше, можуть дати в спектрі відповідні сигнали. Найчастіше для миття трубок застосовують придатний органічний розчинник, такий як ацетон, або дистильовану воду. Слід змити трубку розчинником декілька разів. Якщо в трубці містяться більш стійкі забруднення, для їхнього видалення варто віддати перевагу хімічним, а не механічним методам. Можна застосовувати детергенти або концентровані мінеральні кислоти. Не слід використовувати для миття трубок хромову суміш, оскільки на склі можуть залишитися парамагнітні домішки, які погіршать розділення сигналів у спектрі. Для висушування трубок не треба їх занадто сильно нагрівати, оскільки це може привести до їхньої деформації. Найкраще сушити трубки у вакуумі при температурі трохи вищій за кімнатну або шляхом продування через них профільтрованого азоту. Якщо висушування проводиться в термостаті, трубки варто покласти на перфорований лоток. Не слід вміщувати їх у мензурку або мірний циліндр, оскільки це може привести до їхнього згинання. Нагрівання слід проводити не більше 30 хв. Якщо важливим є видалення з поверхні трубок найменших залишків води, то перед сушінням їх слід промити D₂O, що приведе до дейтерування води, яка перебуває на поверхні скла і зникненню її сигналу. Трубки, що не використовуються, треба закривати ковпачками, щоб у них не потрапив пил. Нарешті, необхідно стежити за чистотою зовнішньої поверхні трубок. На трубках може залишитися жир від пальців, що надалі, при зануренні їх у датчик, може дати в спектрі відповідний сигнал, що буде сприйнятий як домішка. Дотримання описаних правил дозволить уникнути помилок у роботі.