Гетероядерна J-розділена спектроскопія

Розгляд основ J-розділеної спектроскопії ми почнемо з її гетероядерного варіанта, роботу якого зрозуміти дещо простіше. Ідея методу полягає в тому, щоб у двомірному спектрі вздовж однієї осі отримати вуглецевий спектр з повною розв’язкою від протонів, а в другому вимірі – мультиплетну структуру кожного з піків. Взагалі, мета експерименту та сама, що і в одномірних експериментах редагування спектрів з тією відмінністю, що тут можна визначити не лише мультиплетність сигналів, а і знайти точні величини гетероядерних КССВ.

Для того, щоб у двомірному спектрі можна було у різних вимірах спостерігати хімічні зсуви ядра Х та їхнє розщеплення на ядрах іншого типу (найчастіше на протонах) потрібно, щоб в період еволюції відповідної імпульсної послідовності ми мали справу лише з еволюцією векторів, що зв’язані з гетероядерною спін-спіновою взаємодією, а в період змішування – лише з хімічними зсувами ядер Х. У цьому випадку при побудові непрямого виміру матимемо модуляції сигналу ядра Х, що відповідають лише величинам гетероядерних КССВ. Виявляється, що таку ситуацію можна реалізувати за допомогою послідовності J-модульованої спінової луни (Рис. 6.14), яку раніше ми використовували для редагування вуглецевих спектрів за мультиплетністю сигналів вуглецю.

 

Рис. 6. 14 . Метод переривчастого декаплінгу для запису гетероядерного J-розділеного спектра. Еволюція розщеплень відбувається тільки під час половини періоду t1, таким чином, розщеплення, які спостерігаються у вимірі f1, проявляються з половиною їхніх істинних значень 1Jxh.

 

Послідовність включає елемент спінової луни по каналу атомів вуглецю та постійний декаплінг по каналу протонів, який вимикається лише на час першого з двох однакових інтервалів D спінової луни. Ключем до розуміння дії послідовності є усвідомлення того, що еволюція векторів намагніченості ядер вуглецю під впливом гетероядерного розщеплення 1JCH відбувається тільки при вимкненому декаплері. Коли декаплер ввімкнений, спін-спінова взаємодія миттєво зникає, всі вектори намагніченості, що зумовлені гетероядерною ССВ об’єднаються в один сигнал по правилам векторного додавання і еволюціонують тільки вектори хімічних зсувів. Модель ще спрощується, якщо згадати про те, що можна повністю ігнорувати різницю в хімічних зсувах вуглецю, оскільки їхня еволюція під час першого інтервалу D повністю рефокусується під час другого інтервалу D, який міститься за 180о імпульсом. Ми вже знаємо, що у СКО еволюція векторів намагніченості визначається мультиплетністю сигналів та величинами гетероядерних КССВ. Якщо слідкувати за проекцією векторів намагніченості (І) на вісь х, то вона для різних мультиплетів при змінній тривалості інтервалу D задається рівняннями:

С: I=Imax

CH: І = ImaxCos 180JD

CH2: І = Imaxcos2 180JD

CH3: І = Imaxcos3 180JD

 

Де Imax – максимальне значення проекції.

 

З цих рівнянь витікає, що в період часу, коли декаплер не працює, маємо сигнал, що складається виключно з частот, які відповідають гетероядерним ССВ. При цьому кількість частотних компонентів для сигналу кожного з атомів вуглецю визначається мультиплетністю сигналу. З другого боку, під час збору даних КССВ зникають завдяки дії декаплера і сигнал спаду вільної індукції містить лише частоти, які відповідають хімічним зсувам атомів вуглецю. Таким чином, після проведення експерименту зі зміною інтервалу D від одного інкременту до іншого на певну величину, отримаємо двомірний масив даних, в якому в одному вимірі будуть міститися лише частоти вуглецевих сигналів з розв’язкою від протонів, а в другому вимірі – гетероядерні мультиплети.

Хоча метод переривчастого декаплінгу для отримання J-розділених спектрів був розроблений раніше, зараз популярним є ще один різновид експерименту з гетероядерної J-розділеної спектроскопії, що включає елементи спінової луни на обох ядрах (Рис. 6.15)

Рис. 6.15.Метод спінового щиглика для отримання J-розділених гетероядерних спектрів

 

При роботі цієї послідовності після первинного збудження спінів Х в середині t1 подаються 180о імпульси, що прикладені одночасно на ядрах Н і Х. Результатом є рефокусування спінів Х у кінці t1 при збереженні еволюції ССВ. В J-розділених експериментах відсутній період змішування, оскільки відсутнє перенесення намагніченості (когерентності) з одних спінів на інші. Оскільки в період детектування завжди використовується протонний декаплінг, то по осі f2 гетероядерне розщеплення в парах Х-Н не спостерігається. Таким чином, у сигналі, що детектується, як це і потрібно, присутня амплітудна модуляція, зв'язана винятково з еволюцією гетероядерних розщеплень під час t1 (Рис. 6.15). Крім цього, спінова луна рефокусує ефекти неоднорідності поля, які є іншим джерелом розходжень хімічних зсувів ядер Х зразка, тому сигнали у вимірі f1 містять сигнали із природною шириною ліній, що визначається Т2 гетероядер.

Схема на Рис.6.15, оскільки вона включає 180о імпульс на протонах, називається методом «спінового щиглика» або «протонного щиглика». Її перевагою є те, що в результаті отримуємо спектр, в якому розщеплення, сигналів, що спостерігаються у непрямому вимірі, відповідають значенням КССВ. На відміну від цього, як це вже зазначалось, при використанні методу переривчастого декаплінгу еволюція КССВ відбувається тільки під час першої половини періоду D і тому видимі розщеплення сигналів у вимірі f1 збільшуються вдвічі. Тому, якщо метод використовується для визначення величин КССВ, слід точно знати, яка версія імпульсної послідовності використовується.

На Рис. 6.16 показаний 1Н-13С J-розділений спектр ментолу 6.4. Проекція на вісь f2 являє собою звичайний вуглецевий спектр із декаплінгом на протонах, сигнали в якому мають вигляд синглетів. У вимірі f2 при цьому містяться мультиплети, які пов'язані з 1JCH. Даний метод дозволяє легко визначати мультиплетність сигналів, однак з цією метою зараз він використовується рідко, оскільки витиснений більш зручними методами одномірного редагування спектрів. Інформацію про мультиплетність гетероядерних мультиплетів можна отримати також у двомірних спектрах по гетероядерній кореляції (розділ 6.4). J-розділений спектр корисний у випадках, коли в ньому є аномальні значення гетероядерних КССВ, які приводять до істотних помилок при одномірному редагуванні спектра. Це пов'язане з тим, що інтервали часу в послідовностях редагування визначаються величинами КССВ. Якщо КССВ є набагато більшими за передбачувані або перебувають у великому діапазоні значень, сигнали можуть не проявитися. J-розділені спектри не мають такої залежності. Більш привабливим сьогодні є використання J-розділеної спектроскопії для вимірювання величин гетероядерних КССВ, зокрема далеких констант.Це може виявитися досить важливим для конформаційного і конфігураційного аналізу органічних сполук.

6.4


Рис. 6.16.125 МГц 1H-I3C гетероядерний J-розділений спектр ментолу 6.4. Зверху показаний 1D вуглецевий спектр. Був використаний метод переривчастого декаплінгу, показаний на Рис. 7.1б. Розщеплення по f1 відповідають половині істинних значень 1Jch.

 

Описаний метод можна застосувати для знаходження як прямих КССВ, так і далеких констант взаємодії. Хоча в принципі можливо у вимірі f1 досягти цифрового розділення, достатнього для розділення малих далеких КССВ у присутності набагато більших прямих констант (вони є як мінімум на порядок більшими), однак більш ефективний підхід полягає у видаленні зі спектра взаємодії через один зв'язок. У цьому випадку в спектрі залишаться тільки далекі КССВ, які обумовлені взаємодією через 2-3 хімічні зв'язки. При цьому можна скоротити спектральний діапазон по f1 і поліпшити цифрове розділення спектра. Інші підходи для вирішення даної проблеми, будуть описані нижче.

Для вдосконалення основної послідовності, що наведена на Рис. 6.15, можна в неї перед спіновою луною для створення поперечної намагніченості спінів Х включити фрагмент перенесення поляризації. Із цією метою можна застосовувати послідовності INEPT, DEPT або більш пізню послідовність PENDANT. На додаток до підвищення чутливості, перенесення поляризації дозволяє встановлювати проміжок між сканами у відповідності з часом релаксації протонів, а не ядер Х. Великі переваги в чутливості можна також отримати для ядер, які мають негативний ефект Оверхаузера і відповідне зниження інтенсивності сигналу при протонному декаплінгу. До таких ядер відносяться ядра з негативним гіромагнітним відношенням, такі як 15N, 29Si. Хоча виключення протонного декаплінгу під час релаксаційного проміжку і приводить до втрати інтенсивності сигналів, однак збільшення інтенсивності за рахунок перенесення поляризації все ж зумовлює істотне зростання чутливості спектру.

 








Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 572;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.