Придушення сигналу розчинника

Більшість розчинників, що застосовують хіміки-органіки для спектрів ЯМР є досить доступними в дейтерованому вигляді. Це дозволяє одержувати спектри, неспотворені потужним сигналом розчинника, що перебуває у великому надлишку. На відміну від цього, більшість молекул, цікавих для біохімії та медицини і біологічних макромолекул доводиться вивчати у воді. Оскільки в більшості випадків необхідно, щоб у спектрі були присутніми також і сигнали активних протонів, доводитися застосовувати для вимірювань недейтеровану воду (що містить 10% D₂O для дейтерієвого локу).

Різниця в мольних концентраціях води та розчиненої речовини становить 10⁴ – 10⁵, внаслідок чого виникають значні експериментальні труднощі, пов'язані з необхідністю зменшення інтенсивності сигналу розчинника. Придушення сигналу розчинника потрібне і у сучасних методиках ЯМР-хроматографії, де для здешевлення експерименту застосовуються недейтеровані розчинники. Сильний сигнал розчинника може бути присутнім також при звичайних вимірюваннях у розчинах D₂O або MeOD, у яких залишковий сигнал води може в багато разів перевищувати інтенсивність сигналів розчиненої речовини та являти собою проблему для вибору оптимальної величини підсилення приймача.

Принциповою причиною необхідності придушення сильних сигналів розчинника при наявності набагато більш слабких сигналів розчиненої речовини є обмежений динамічний діапазон сигналів, що може бути сприйнятий приймачем і аналого-цифровим перетворювачем. Крім того, інтенсивні сигнали спотворюють нульову лінію, приводять до t₁-шуму у двомірних спектрах, гасіння опромінення та появі паразитних сигналів. Гасіння опромінення приводить до сильного небажаного уширення сигналу води, що може маскувати сигнали розчиненої речовини. Воно виникає внаслідок того, що інтенсивний сигнал ЯМР викликає появу сильних наведених радіочастотних струмів у котушці приймача. Ці струми створюють власне поле, яке зміщує намагніченість протонів води від рівноважного положення. Вони діють як додатковий селективний імпульс на частоті протонів води. Тому відбувається прискорення втрати поперечної намагніченості, зменшення часу релаксації Т₂ і, відповідно, уширення сигналу. У загальному випадку, перед тим як проводити придушення сигналу води, потрібно, щоб цей сигнал мав правильну форму. Тому потрібно прецизійне шимування приладу, якщо можливо, то за допомогою процедури градієнтного шимування. Якість спектра підвищується, якщо видалити зі зразка мікроскопічні пухирці повітря, які часто присутні у водних розчинах. Зробити це можна за допомогою ультразвукового перемішування.

Метою придушення сигналу розчинника є зменшення амплітуди його сигналу перед тим як сигнал надійде на приймач. Величезна кількість робіт, присвячених даному питанню, свідчить про те, що завдання є зовсім нетривіальним. Підходи, до його вирішення, які використовуються найбільш широко, можна розбити на три групи:

- методи насичення сигналу води;

- методи, що дають нульове збудження сигналу води;

- методи, що порушують резонансні умови протонів води, що базуються на імпульсних градієнтах поля

Рис. 4.41.Температурна залежність HDO (сигнал частково насичений). Зсуви відповідають приблизно 5 Гц/K при 500 MГц. Спектри виміряні відносно внутрішнього стандарту TSP

У наступних параграфах наведено приклади застосування даних підходів, що стали особливо популярними. Однак вони не охоплюють всі відомі методи. Всі схеми придушення приводять до зменшення інтенсивності сигналів, які розташовані поблизу від сигналу розчинника. Для того, щоб такі сигнали все ж спостерігалися, потрібен ретельний підбір умов експерименту, у найпростішому випадку - температури зразка. У такий спосіб внаслідок зсуву сигналу води відносно сигналів розчиненої речовини вдається уникнути втрати сигналів, (Рис. 4.41).