Вимірювання стаціонарних ЯЕО: різницеві спектри

Схему імпульсної послідовності для проведення експерименту зі стаціонарного ЯЕО наведено на Рис. 1.56. Як видно, від звичайного одноімпульсного експерименту, ця послідовність відрізняється лише тим, що релаксаційний проміжок в ній замінений на період переднасичення. Тривалість цього періоду визначається динамікою наростання ефекту ЯЕО. Тому основною вимогою для експерименту по спостереженню стаціонарних ЯЕО є наявність достатнього періоду переднасичення обраного сигналу перед початком збору даних. Типовий час переднасичення становить від 1 до 10 с, внаслідок чого вимірювання стаціонарних ЯЕО можна проводити тільки в одномірних спектрах. Результатом експерименту є отримання спектрів, інтенсивність сигналів у яких змінюється в порівнянні зі звичайним одномірним спектром. Головним питанням є те, як краще представити зміни інтенсивностей сигналів, що спостерігаються. Хоча теоретично можна просто виконати інтегрування сигналів і порівняти їх з інтенсивностями в спектрі без ЯЕО, однак, на практиці такий підхід виявляється недостатньо надійним, оскільки зміни інтенсивності сигналів можуть становити всього декілька відсотків, що може виявитись меншим за точність інтегрування. Замість цього застосовують т.зв. різницеву спектроскопію, при якій спектр порівняння віднімають в пам’яті комп’ютера від ЯЕО-спектра. В отриманому різницевому спектрі в ідеалі будуть присутніми тільки ті сигнали, інтенсивність яких у ході експерименту змінилася, тобто сигнали ЯЕО і негативний пік протона, що насичується (Рис. 4.16). На рисунку показано вихідний спектр речовини та два варіанти різницевих спектрів в яких проводилось опромінювання сигналів протонів 2 та 3. Такий різницевий ЯЕО-експеримент відіграє провідну роль у структурній органічній хімії протягом багатьох років. Отримані в такий спосіб спектри досить наочні і за їхньої допомоги можуть бути знайдені ЯЕО, величини яких менші за 1%.

4.4

Рис. 4.16.Одномірний спектр (a) і спектри різницевого ЯЕО (б і в) сполуки 4.4 в MeOD. У різницевому спектрі містяться тільки сигнали ЯЕО і зрізаний сигнал протона, що насичується, який показано стрілкою. Спостережувані ЯЕО узгоджуються з 2,5-цис орієнтацією замісників у молекулі 4.4.

Рис. 4.17.Процедура генерації різницевого ЯЕО спектра

Схематично різницевий ЯЕО-експеримент показано на Рис. 4.17. ЯЕО-спектр отримується за рахунок попереднього опромінювання обраного сигналу протягом періоду t (період переднасичення). Після цього радіочастотне опромінення припиняється і після подачі 90^о імпульсу вимірюється одномірний спектр. Спектр порівняння вимірюється в ідентичних умовах, за винятком того, що в цьому випадку переднасичення відсутнє. Для того, щоб умови збору даних були цілком ідентичними, що дуже важливо в різницевій спектроскопії, при вимірюванні спектра порівняння додаткове опромінення не вимикається повністю, а його частота зміщується убік від наявних у спектрі сигналів (позарезонансне опромінення). Віднімання отриманих спектрів один від одного (або віднімання отриманих СВІ) дає різницевий спектр. Успіх експерименту сильно залежить від ідентичності умов вимірювання двох спектрів. При невідповідності умов у різницевому спектрі з'являються інтенсивні артефакти віднімання (розфазовані сигнали). Для їхньої мінімізації розроблені спеціальні методи обробки спектрів.

Рис. 4.18.Різницеві ЯЕО артефакти. У різницевому спектрі (б) показані зірочкою. Виникають поряд з ЯЕО (позначені як N), коли два схожих, але не повністю ідентичних сигнали віднімаються один від одного. Артефакти можуть бути небагато ослаблені шляхом використання функції експонентної мультиплікації (в, lb = 1 Гц)