Послідовність DEPT

Методики редагування вуглецевих спектрів, що були описані вище, не завжди дають задовільні результати. В ряді випадків відредаговані спектри містять сигнали із значним викривленням фази. В простих випадках це не має особливого значення, але при аналізі складних спектрів, де сигнали різних вуглецевих атомів спостерігаються дуже близько один від одного, такі викривлення фази можуть привести до неправильної інтерпретації результатів. Тому потрібно було подальше вдосконалення методів редагування вуглецевих спектрів згідно до мультиплетності сигналів. Роботи в цьому напрямку привели до розробки імпульсної послідовності DEPT (Distortionless enhancement by polarisation transfer). Хоч розроблено її ще в 1982 році, але й дотепер вона є найбільш досконалою і використовується найбільш часто.

Імпульсна послідовність методики DEPT зображена на Рис. 4.66.

Рис. 4.66. Послідовність DEPT

Для окремого випадку, коли q = 90^о, механізм дії послідовності DEPT можна зрозуміти за допомогою векторної моделі. Розглянемо ситуацію, що виникає при дії послідовності на гетероядерний дублет СН, причому будемо враховувати, що одночасна подача 180^о імпульсів на обидва ядра не впливає на рух намагніченості в поперечній площині, яка пов’язана з КССВ, через те, що компоненти намагніченості кожного з ядер міняються місцями. Після першого 90^о імпульсу на протонах вектор намагніченості групи СН розташовуються вздовж осі у в СКО (Рис. 4.67а). Він розщепляється на два вектори, Н_а та Н_б, які пов’язані з гетероядерним розщепленням на атомі вуглецю.

Рис. 4.67. Векторна модель дії послідовності DEPT для окремого випадку сигналу СН

Нехай вектор Н_а пов’язаний з компонентом вуглецевої намагніченості С_а, що розташований по полю, а вектор Н_б, відповідно, зв’язаний з компонентом С_б, який розташований проти поля. В подальшому, в період еволюції один з цих векторів обертається за годинниковою стрілкою, а другий – проти неї. По закінченні першого періоду 1/2J обидва ці вектори повернуться на 90^о і розташуються в протилежних напрямках вздовж осі х (Рис. 4.67б). У цей момент подається 90^о імпульс на ядрах С. Під дією цього імпульсу компоненти вуглецевої намагніченості будуть перекинуті в поперечну площину і утворять вектори С_а та С_б, що розташовані в протилежних напрямках вздовж осі у (Рис. 4.67в). При цьому утворюється незвичайна ситуація, коли вектори намагніченості і протонів і вуглецю одночасно знаходяться в поперечній площині і нібито здатні до еволюції відповідно до частот своєї Ларморової прецесії. Однак, виявляється, що в даному випадку еволюції не відбувається взагалі, оскільки компоненти намагніченості протону по природі своїй пов’язані з компонентами намагніченості атому вуглецю. Зміна орієнтації спіна протона веде до відповідної зміни орієнтації спіна вуглецю і навпаки. Тому, незважаючи на відмінність в частотах прецесії спінів атомів водню і вуглецю, їх обертання відбувається синхронно, тобто на одній частоті. Коли частоти прецесії двох атомів однакові, то говорять, що вони когерентні. Таким чином, стан, коли в поперечній площині обертаються компоненти векторів намагніченості двох різних ядер, що зв’язані ССВ, називають гетероядерною багатоквантовою когерентністю (гбкк). Весь час, коли існує гбкк, орієнтація спінів є незмінною, тому наприкінці другого періоду 1/2J будемо мати ту саму ситуацію, що і на його початку (Рис. 4.67г). 90^о_у (Н) імпульс наприкінці другого періоду 1/2J повертає компоненти протонної намагніченості Н_а та Н_б вздовж осі +z. (Рис. 4.67д). На цьому етапі відбувається переніс поляризації від протонів до атому вуглецю. Цей процес відбувається на протязі третього періоду 1/2J. Одночасно з подачею останнього імпульсу на протонах внаслідок руйнування гбкк починається еволюція векторів намагніченості ядер вуглецю. В кінці даного періоду еволюція векторів С_а та С_б приведе до того, що вони обидва зійдуться на осі х (Рис. 4.67е). Якщо в цей момент почати збір даних, то отримаємо для атомів вуглецю дублети з однаково зфазованими компонентами. Інтенсивність сигналів буде збільшеною завдяки переносу поляризації. При застосуванні декаплеру на протонах під час збору даних, отримаємо синглети відповідної інтенсивності. При розгляді послідовності ми бачили, що під час другого періоду 1/2J, коли утворюється гбкк, вектори намагніченості не змінюються, тому, здавалось би його можна виключити з послідовності. Але, насправді, це справедливо лише для груп СН. Якщо ж в молекулі присутні групи СН_n, то для їхніх компонентів намагніченості існують більш складні відповідності між орієнтаціями векторів Н_n та С_n в період існування гбкк. В результаті по закінченні послідовності сигнали атомів вуглецю груп СН_n матимуть різну інтенсивність і знак. Це, в комбінації з тривалістю заключного імпульсу дозволяє проводити редагування спектру за мультиплетністю.

Для видалення ефектів протонних хімічних зсувів еволюційний період вибирають відповідним 1/2J і посередині його подають 180^о імпульс. Подача цього імпульсу відбувається одночасно з імпульсом 90^о(С). Дія імпульсу q, як уже зазначалось, полягає в видаленні протонної намагніченості з поперечної площини, що приводить до появи в поперечній площині замість гбкк поперечної вуглецевої намагніченості, тобто у відновленні намагніченості, яку можна спостерігати. Деталі такого процесу залежать від мультиплетності вуглецевого сигналу. Іншими словами, метинові, метиленові та метильні сигнали реагують на цей імпульс по-різному. Це й дає можливість проводити редагування спектрів. Під час останнього інтервалу, що відповідає 1/2J вуглецева намагніченість, що пов'язана з розщепленням на протонах, рефокусується, але триває її еволюція, пов'язана з вуглецевими хімічними зсувами. Тому одночасна подача імпульсу 180^о(С) і протонного імпульсу q приводить до повного рефокусування вуглецевої намагніченості за час останнього періоду 1/2J. Таким чином, намагніченість вуглецю спостерігається без залежних від хімічного зсуву фазових викривлень. Відповідно до завдань експерименту, збір даних можна проводити з протонним декаплінгом або без нього. Альтернування фази імпульсу q з додаванням або відніманням даних на вході приймача приводить до знищення природної намагніченості вуглецю, як це робилося в методі INEPT. Кінцевим результатом є перенесення поляризації від протонів до вуглецю з можливістю редагування спектрів.