Селективність насичення і SPT

Для того, щоб бути впевненим у походженні спостережуваних ЯЕО, слід подбати про те, щоб під час переднасичення опромінювався виключно один сигнал. Навіть незначне насичення сусіднього сигналу за рахунок крил смуги радіочастотного опромінення може привести до того, що спостерігатимуться ЯЕО, які відповідають насиченню двох сигналів одночасно. У цьому разі висновки про структуру молекули можуть виявитись помилковими. Таке небажане насичення проявляється в різницевому спектрі у вигляді появи додаткового негативного сигналу. У цьому випадку інтерпретацію результатів слід проводити з особливою обережністю. Звичайно, раціональніше перед проведенням багатогодинного експерименту переконатися, що такі дефекти в спектрі відсутні. Зробити це можна вже після першого циклу експерименту, коли для кожного сигналу, що насичується, накопичено 8-16 сканів. Хоча за таких умов ЯЕО ще і не спостерігаються (за винятком найбільш інтенсивних), однак небажане насичення в різницевому спектрі виявити досить легко. Якщо воно спостерігається, потрібно змінити умови експерименту.

В ідеалі кожний сигнал у спектрі повинен спостерігатися окремо. Однак це відбувається далеко не завжди. Часто виходом є зміна розчинника. У цьому випадку сигнали можуть сильно зміщуватися і вигляд спектра може значно спроститися. Інший метод підвищення селективності насичення полягає у звуженні частотного діапазону, у якому відбувається опромінення сигналів, що насичуються. Це найчастіше здійснюється за рахунок зниження потужності радіочастотного опромінення. Однак при цьому знижується також і ступінь насичення цільового сигналу, а отже і величини отриманих ЯЕО. Тому варто вибирати компромісне значення потужності опромінення, що забезпечує достатнє насичення при прийнятній селективності. При використанні низької потужності переднасичення мультиплетів у спектрі можуть виникати додаткові артефакти, що пов'язані з неоднаковим насиченням різних переходів. Це т.зв. селективне перенесення населеності (SPT). Воно полягає в перенесенні поляризації між J-зв'язаними спінами і є основою процесу формування кроспіків в COSY-спектрах. Ефект проявляється у вигляді протифазних мультиплетів для сигналів, що мають спіновий зв'язок з сигналом, який насичується (Рис. 4.19). Загальна інтенсивність таких протифазних мультиплетів при правильній корекції фази дорівнює нулю, тому їх неможна поплутати із сигналами ЯЕО, однак, при збігу сигналів такі мультиплети можуть маскувати ЯЕО. Тому, якщо це можливо, SPT слід придушувати.

Рис. 4.19.SPT артефакти. Нерівномірне насичення компонентів мультиплету сигналу (б) може бути причиною появи SPT викривлень інтенсивності на його J-розщеплених сусідах. Артефакти з'являються як протифазні сигнали в різницевому спектрі б-a (в). Артефакти мають нульову загальну інтенсивність, але можуть маскувати сигнали ЯЕО

Один з підходів до насичення багатокомпонентного мультиплету слабким радіочастотним полем полягає в циклічному переміщенні частоти опромінення на кожну з ліній мультиплету під час усього періоду переднасичення. Таким чином, насичення всіх ліній мультиплету відбувається однаковою мірою. Оскільки при такому способі опромінення одночасно насичується тільки один компонент мультиплету, то можна використовувати меншу потужність радіочастотного опромінення. При такому способі насичення важливо вибрати правильний період опромінення кожної лінії: якщо цей період занадто малий, то насичення буде неефективним, а якщо занадто великий, то, внаслідок процесу релаксації, різні компоненти мультиплету подавляться в різному ступені, що знову викличе появу артефактів. Оптимальний період насичення залежить від релаксаційних властивостей молекули, але в більшості випадків для малих молекул він перебуває в діапазоні 50-300 мс. У кожному конкретному випадку період насичення найкраще підбирати емпірично (Рис. 4.20). Так, наприклад, насичення 5 компонентів мультиплету з періодом 200 мс на кожну лінію при наявності 5 циклів вимагає загального періоду насичення 5 с. У сучасних спектрометрах вимірювання таких спектрів можна проводити в автоматичному режимі.

Рис. 4.20.Селективне насичення мультиплету за допомогою частотного циклу, (a) Контрольний спектр, (б) одинична частота, малопотужне переднасичення прикладене до центра мультиплету і (в) переднасичення такої ж сили але із частотним циклом по чотирьох лініях. Маленька потужність забезпечує селективність насичення

Додатковий метод придушення SPT-викривлень полягає у вимірюванні спектрів з використанням селективних імпульсів, що дорівнюють точно 90^о. У цьому випадку насичення ефективно перерозподіляється між всіма компонентами мультиплету і зникає саме джерело виникнення викривлень. Точність селективного 90^о імпульсу можна підвищити шляхом застосування композитного імпульсу 270_х360_-х90_у, що являє собою послідовність трьох імпульсів з вкрай малими проміжками між ними. Застосування 90^о імпульсу приводить також до одержання сигналу ЯЕО максимальної інтенсивності. Оскільки між імпульсами є досить тривалі періоди переднасичення, у цьому випадку чутливість методу виявляється максимальною. Тому такий підхід є стандартним у методі різницевої ЯЕО-спектроскопії. У випадку, коли мультиплет перекривається з іншими сигналами, метод циклування частоти опромінення стає неефективним для придушення цільового мультиплету. Однак використання точного 90^о імпульсу дозволяє для насичення всього сигналу проводити насичення тільки одного з компонентів мультиплету. Треба, однак, відзначити, що при такому способі опромінення інтенсивність ЯЕО виявляється невеликою через те, що збудження населеностей переходів виявляється неповним. Альтернативним методом вирішення питання перекривання сигналів є використання двомірної методики NOESY.