Відкрити головне меню

ЯМР-спектроскопі́я (Ядерна магнітно-резонансна спектроскопія; англ. Nuclear magnetic resonance spectroscopy) — метод ідентифікації та вивчення речовин, що базується на ядерному магнітному резонансі (ЯМР). Найчастіше застосовується для органічних сполук. На сьогодні ЯМР-спектроскопія дозволяє ідентифікувати сполуку маючи менше 1 мг речовини. Зразок розчиняють в непротонному (часто дейтерованому) розчиннику, ампулу вміщують в ЯМР-спектрометр, після нетривалого (для простих сполук порядку 30 сек) накопичення сигналу отримують спектр, де по положенню піків (частоті поля збудження) окремих протонів (для ПМР — протонного магнітного резонансу) характеризують сполуку. Широкому використанню заважає тільки висока ціна пристроїв (від 1 мільйона гривень та вище). Для методу доступні всі ядра, що мають нецілий спін, зокрема 1H, 13С, 15N 19F, 31P.

Зміст

ХімзсувиРедагувати

Залежать від екранування сусідніми групами (особливо кратними зв'язками) та від електронної густини на атомі. Лінійно залежать від частоти пристрою, тому вимірюються в мільйонних частках (м. д. від рос. миллионная доля), що дорівнює різниці частоти поглинання ядра і стандарту (в Гц), поділеній на частоту ЯМР-спектрометра в МГц і домноженій на 106.

ядро Природний вміст, % Чутливість, % Діапазон, м. д.(стандартні сполуки) Стандарт Помітки
1H (Водень) 100 100 −0,5…16 ТМС Рутинні аналізи
2D (Дейтерій) <1 1 Спеціальні застосування
13C (Вуглець) 1  — 200+ ТМС Рутинні аналізи
31P (Фосфор) 100 −250…300 H3PO4 ДНК, ліпіди
19F (Фтор) 100

Протонний ЯМРРедагувати

Стандарт — ТМС. Діапазон −0,5…+16 для більшості сполук

  • Ароматика (слабке поле)
  • Аліфатика
  • O-CH3
  • O-H

13CРедагувати

Таблиця хімзсувів (коротка версія)

19FРедагувати

Дуже чутливий, але діапазон частот лежить близько до протонного. Використовують для аналізу фторорганічних сполук.

31РРедагувати

−250…300

ІншіРедагувати

Рідко використовуютться самостійно через низький природний вміст/чутливість.

Спін-спінова взаємодіяРедагувати

Взаємодія магнітних моментів сусідніх ядер, що призводить до розщеплення спектральних ліній на мультиплети. Не залежить від частоти спектрометра Типові значення для протонів

Ядра Система Діапазон Приклад Гц
HH HCCH (аліфатичні) 0..10 CH3CH2OH 6
H-H HCCH (ароматичні) 0..10 CH3CH2OH 6
C-H CH (аліфатичні) CH3CH2OH
C-H CH (ароматичні) C6H6
F-H FCCH (аліфатичні) CF3CH2OH
P-H PH (ароматичні) HPO(OH)2 700



Розчинники для ЯМРРедагувати

Найчастіше застосовують DMSO-d6, CDCl3, D2O.

Чутливість до різних ядерРедагувати

Ізотоп Природний
вміст
(%)
Спін Магнітний момент μ
(-{A·m}-²)
Застосування
для аналізу структури
Частота на 7 T
(MHz)
Відносна чутливість
1H 99,984 1/2 2,79628 найширше 300,13 1
2H 0,016 1 0,85739 рідко 46,07 0,0964
10B 18,8 3 1,8005 рідко 32,25 0,0199
11B 81,2 3/2 2,6880 рідко 96,29 0,165
12C 98,9 0 неможливе
13C 1,1 1/2 0,70220 часто 75,47 0,0159
14N 99,64 1 0,40358 дуже рідко 21,68 0,00101
15N 0,37 1/2 −0,28304 аналіз білків 30,41 0,00104
16O 99,76 0 неможливе
17O 0,0317 5/2 −1,8930 надзв. рідко 40,69 0,0291
19F 100 1/2 2,6273 спецзадачі, аналіз 282,40 0,834
28Si 92,28 0 неможливе
29Si 4,70 1/2 −0,55548 утруднене(скло!) 59,63 0,0785
31P 100 1/2 1,1205 рідко 121,49 0,0664

ТехнікиРедагувати

Перетворення Фур'єРедагувати

Дискретне перетворення Фур'є Застосовується в більшості сучасних спектрометрів. Дозволяє записувати одночасно сигнали всіх ядер потрібного елемента. Практичного застосування набуло лиш в 1980-х після удосконалення комп'ютерної техніки.

Теоретична основаРедагувати

Збуджують всі ядра одночасно широким сигналом, а потім записуюють криву спаду. ПФ дозволяє отримати спектр в частотному вимірі. Зробивши набір математичних операцій над кривою спаду інтенсивності (FID). В той же час перші моделі ЯМР-спектрометрів збуджували ядра «по-черзі» перебираючи частоти з певним кроком.

2-вимірний ЯМРРедагувати

COSY

Твердофазний ЯМРРедагувати

Застосовують для аналізу нерозчинних речовин та структури в твердому стані. Внаслідок відсутності усереднення сигналу завдяки обертанню молекули в розчині дає набагато складніші для аналізу дані. Важчий для запису. Для зменшення ширини ліній зразок доводиться швидко обертати (тисячі об/с). Використання сигналу протонів сильно утруднене. В останній час набув широкого застосування для аналізу трьохвимірної структури мембранних протеїнів, що не адекватно представляються розчинними моделями (в цьому виподку потрібне повне мічення 13С та 15N).

Складніші технікиРедагувати

ЯМР протеїнівРедагувати

ЯМР-спектроскопія білків потребує особливого підходу оскільки їх молекули містять зазвичай тисячі атомів і «рознесення сигналів» є непростою задачею. Для протеїнів розміром порядку 200 амінокислот застосовують:

  • ізотопно збагачені зразки (N15, C13)
  • кількаденні експерименти для накопичення сигналів
  • хороші спектрометри (500 МГц та вище)
  • багатовимірні техніки, що дозволяють розрізнити пари взаємодіючих (просторово близьких) ядер. Найкращі результати дає 3D-NMR CHN (використовують перенос збудження з протонів на вуглець та азот)

Практичні аспектиРедагувати

Програмне забезпеченняРедагувати

Приготування зразківРедагувати

Температура коалесценціїРедагувати

Температура, при якій зникає проміжок між двома окремими (розділеними) сигналами у спектрах ПМР і вони зливаються в один загальний сигнал (спостерігається зокрема у випадку діастереотопних груп конформаційно-мобільної системи).

ДезекрануванняРедагувати

В ЯМР-спектроскопiї — вплив електронної оболонки спостережуваного та сусiднiх з ним ядер на зовнiшнє магнiтне поле, який полягає в його послабленні. Зовнiшнє магнiтне полеiндукує циркуляцiї в електроннiй хмарцi. Результуючий магнiтний момент є зорiєнтованим проти зовнiшнього поля, так що локальне поле на центральному атомi послаблюється, а хімічні зсуви набириють вищих значень.

ДжерелаРедагувати

Веб-підручникиРедагувати

[1](рос.)

Книги російськоюРедагувати

Книги англійськоюРедагувати

Див. такожРедагувати

ПосиланняРедагувати