Імпульсна послідовність HMQC

Базова послідовність HMQC є напрочуд простою і містить лише 4 радіочастотних імпульси (Рис 6.32). Дію послідовності прослідкуємо для пари спінів ¹Н-¹³С. Послідовність починається зі збудження протонів з наступною еволюцією протонної намагніченості під впливом протон-вуглецевого розщеплення через один зв'язок. Під час періоду D протонна намагніченість еволюціонує відповідно до ¹J_CH (табл. 6.5.) і наприкінці цього періоду компоненти, що відповідають гетероядерним дублетам, стають протифазними.

Таблиця 6.5.Типові діапазони вуглець-протонних констант розщеплення через один зв'язок

Типова величина D становить 3.3 мс. Як і у випадку INEPT або COSY дана антифазна намагніченість може бути передана зв'язаному ССВ партнерові дією відповідного радіочастотного імпульсу.

Рис. 6.32.Послідовність HMQC і відповідний їй шлях перенесення когерентності. періоди D задані рівними 1/2J_ch Це дає можливість провести розфокусування та рефокусування гетероядерних розщеплень через один зв'язок.

При дії першого імпульсу на ядрах вуглецю в методі HMQC в поперечну площину переноситься також і намагніченість ядер вуглецю. Таким чином, в момент подачі цього імпульсу намагніченості як протонів, так і ядер вуглець розташовуються в одній площині. Оскільки момент подачі імпульсу на вуглеці обрано таким чином, що компоненти намагніченості протонів протифазні, то ефективно утворюється протон-вуглецева багатоквантова когерентність, коли еволюція намагніченостей ядер відбувається узгоджено. У даному випадку стають когерентними намагніченості протона і безпосередньо зв'язаного з ним атома вуглецю, але їх неможна спостерігати безпосередньо. Як ми вже бачили, властивістю багатоквантової когерентності є те, що при її існуванні для обох типів ядер виникають компоненти частот, що відповідають поглинанню ядер-партнерів по взаємодії. Тобто протони матимуть компоненти частот, що відповідають поглинанню ядер вуглецю і навпаки. Говорять, що відбувається модуляція (помітка) частот одних ядер частотами інших. Але, якщо почати збір даних для сигналу протонів безпосередньо після імпульсу на вуглеці, то ніякий сигнал не детектується, навіть якщо інтервал D точно відповідає 1/2J_CH. Це пов’язано з тим, що багатоквантова когерентність не дає видимих сигналів ЯМР.

Насправді утворена багатоквантова когерентність є комбінацією гетероядерної двохквантової і нуль-квантової когерентностей, як це показано на схемі перенесення когерентності на рис. 6.32. Так, наприклад, для випадку, коли порядок когерентності для протонів, ¹Нр = +1 і порядок когерентності для ядер вуглецю, ¹³Ср = +1 маємо двохквантову когерентність (Sp = 2), а коли ¹Нр = +1 і ¹³Ср = -1 – нуль-квантову когерентність (Sp = 0). Ключовим моментом при цьому є питання, як така когерентність еволюціонує під час періоду t₁. Оскільки вона містить частотні компоненти поперечної намагніченості як для протонів, так і для вуглецю, то її еволюція відбувається під впливом як протонних так і вуглецевих хімічних зсувів. Частотну помітку намагніченості протонів відповідно до хімічних зсувів вуглецю можна виявити при непрямому детектуванні у вимірі f₁. Для того, щоб експеримент відбувався неселективно для всіх протонів, незалежно від впливу їхніх хімічних зсувів у послідовність додається спінова луна шляхом подачі 180^о імпульсу посередині періоду t₁. Таким чином, наприкінці періоду еволюції ці зсуви рефокусуються і тому не впливають на вимір f₁. На еволюцію вуглецевих зсувів протонний імпульс не впливає, тому для них зберігається необхідна частотна помітка (модуляція). Фінальний імпульс на вуглеці перетворює частину багатоквантової когерентності назад в одноквантову протонну намагніченість, яку можна детектувати. Ця намагніченість перебуває в протифазі відносно ¹J_CH. Під час накопичення протонного СВІ в більшості випадків використовують широкосмуговий декаплінг вуглецевих спінів для видалення зі спектра дублетів J_CH, що підвищує співвідношення сигнал/шум у результуючому спектрі. Для попередження зникнення антифазних протонних сателітів вводиться другий період D. Під час цього періоду рефокусується протон-вуглецеве розщеплення. У той момент, коли компоненти гетероядерних розщеплень співпадуть, проводиться детектування протонної намагніченості.

Експеримент HМQC є яскравою ілюстрацією квантової поведінки магнітних ядер. Адже частотну помітку протонів ми здійснюємо за допомогою імпульсів на ядрах вуглецю. На перший погляд, це може здаватися дивним, оскільки протони не відчувають імпульсів на частотах, що відрізняються від їхньої частоти Ларморової прецесії. Але квантові частинки не є ізольованими, вони за рахунок спін-спінової взаємодії утворюють спільні енергетичні рівні. Тому вплив на енергетичні рівні одного атома одразу переноситься до ядра-партнера по ССВ.

При проведенні експерименту проводиться квадратурне детектування по f₁ шляхом введення фазових інкрементів, що дорівнюють 90^о, у вуглецеві імпульси перед t₁. Це дає змогу для отримання фазочутливого сигналу використовувати як метод Стата, так і метод TPPI. У результаті одержуємо двомірний спектр у якому зсуви ¹Н представлені виміром f₂, а вуглецеві зсуви – виміром f₁, оскільки саме в цей період протони були помічені частотами зв’язаних з ними ядер вуглецю завдяки існуванню багатоквантової когерентності. Кроспіки відповідають зв’язаності через один зв'язок (Рис 6.33а,б). Слід зазначити, що хоча дана послідовність (і HSQC, що описана нижче) детектує взаємодії через один зв'язок, у деяких виняткових випадках може проявлятися і більш далека взаємодія. Це відбувається тоді, коли КССВ перебувають далеко за межами діапазону, для якого підібраний інтервал D. Така ситуація спостерігається для алкінів, у яких як ¹J_CH так і ²J_CH є досить великими. Тому константа ²J_CH (50 Гц) може дати в спектрі кроспік. Внаслідок цього, аналіз спектрів таких систем слід проводити з певною обережністю.