Фільтрування та дегазація

У будь-якому експерименті ЯМР для одержання високого розділення потрібно, щоб магнітне поле було постійним у всьому об’ємі зразка. Тому необхідно знати фактори, які можуть порушити ці умови. Один з найважливіших факторів – присутність у зразку твердих часток, які можуть викликати виникнення локальних магнітних полів. Перед проведенням експериментів такі частки необхідно зі зразка видалити. Навіть дуже малі зміни поля можуть істотно вплинути на розділення у спектрі. Це пов'язане з тим, що ядра резонують на частоті в сотні мегагерц, а розходження в частотах окремих піків можуть становити менше ніж 1 Гц. Таким чином, розділення повинне бути не гіршим, ніж 10^-9. Точність визначення частоти при цьому можна порівняти з визначенням відстані від Землі до Сонця з точністю до 1 км. Для видалення твердих часток можна скористатися стандартними лабораторними фільтрами, однак їх після фільтрування необхідно мити. Зручною альтернативою є фільтрування розчину безпосередньо в трубці ЯМР через шматочок вати, намотаний на твердий дротик, що введений у трубку до дна. Якщо залити розчин зразка в трубку із вкладишем вати, а потім почати витягати ватяний вкладиш за дротик, відбудеться фільтрування розчину. Залишки розчиненої речовини можна змити з такого фільтра в трубку, додавши після фільтрування невелику порцію розчинника. Після повного витягування із трубки ватяного вкладиша, у ній залишиться профільтрований розчин. Слід зауважити, що фільтрування таким методом розчинів, що містять розчинники, які змішуються з водою (ДМСО, ДМФА, ацетон) веде до значного збільшення сигналу води, яка вимивається з ватяного вкладиша. Якщо в розчині присутні іони парамагнітних металів, видалити їх можна шляхом пропускання розчину через маленьку іонообмінну колонку.

У випадках, коли необхідно одержати особливо високе розділення або при проведенні релаксаційних вимірювань може виявитися необхідним видалити з розчину сліди кисню. Це може виявитися необхідним і при точному визначенні величин ядерного ефекту Оверхаузера, хоча при рутинних експериментах такого роду можна обійтися й без цього. Необхідність видалення кисню виникає через те, що він є парамагнітним і створює ефективний шлях релаксації, що веде до зменшення часу поперечної релаксації та уширення сигналів. Є два методи дегазації зразка.

Перший полягає в пропусканні через розчин інертного газу для витіснення кисню. Найчастіше цим газом служить чистий азот або аргон. Для видалення кисню з органічних розчинників достатньо пропускати газ через розчин у трубці ЯМР близько 1 хв. Для водних розчинів час пропускання газу слід збільшити вдвічі. Проведення даної операції треба проводити з великою обережністю, використовуючи тонкий гнучкий пластмасовий капіляр, щоб потік газу не викинув розчин із трубки. Якщо Ви працюєте з цінними зразками, то спочатку потренуйтесь на розчинах, які не містять зразка. Треба врахувати, що при роботі з летючими розчинниками можуть відбуватися втрати розчинника і розчиненого в ньому ТМС.

Другий і більш надійний метод полягає в сполученні заморожування та відкачування. Трубку ЯМР, що містить зразок, охолоджують рідким азотом або сухим льодом і приєднують до вакуумної лінії. Промисловість випускає трубки, що спеціально пристосовані для такої процедури, однак можна здійснити це за допомогою голки, що пропущена через надягнений на трубку гумовий ковпачок. Після цього трубку від'єднують від вакууму за допомогою затискання шлангу, витримують якийсь час при кімнатній температурі, даючи газам можливість вийти з розчину. Процедуру повторюють мінімум ще двічі. Цього зазвичай досить для повної дегазації зразка. Якщо для відкачування використовується роторний масляний насос, то між ним і трубкою, що відкачується, для запобігання попадання парів масла в трубку слід розмістити уловлювач з рідким азотом. Крім того, якщо проводити таку операцію для водного розчину і охолоджувати її занадто швидко, то трубка може тріснути. Для запобігання цьому буває достатньо нахилити трубку безпосередньо перед замерзанням розчину. Альтернативним підходом для водних розчинів, що містять нелеткі зразки, є їх вакуумування без охолодження та витримування у вакуумі кілька хвилин до повного видалення газу.

Після дегазації трубку найкраще запаяти. Якщо ЯМР-аналіз буде виконаний через короткий час (кілька годин), то можна просто закрити її стандартним ковпачком і ущільнити його парафіновою плівкою. У цьому випадку дифузія в трубку навколишніх газів буде досить повільною. Якщо аналіз проводиться через більш тривалий час, слід використовувати спеціальні трубки з ковпачком, що загвинчується, або запаювати кінець трубки на газовому пальнику. Це набагато легше зробити, якщо застосовувати трубку зі зробленою раніше перетяжкою. Якщо запаюються трубки з органічними розчинниками, їх перед цим треба охолодити або заморозити, а тільки потім запаяти, створюючи в трубці невеликий вакуум. Якщо трубка неправильно охолоджена або вакуумована, вона при підвищенні температури може вибухнути. Спай повинен бути симетричним, інакше трубка буде погано обертатися і дегазація виявиться марною.