ЯМР-спектроскопія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

ЯМР-спектроскопі́я — 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.

Хімзсуви[ред.ред. код]

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 ЯМР[ред.ред. код]

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

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

13C[ред.ред. код]

Таблиця хімзсувів (коротка версія)

19F[ред.ред. код]

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

31Р[ред.ред. код]

−250…300

Інші[ред.ред. код]

Рідко використовуютться самостійно через низький природний вміст/чутливість.

Спін-спінова взаємодія[ред.ред. код]

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 ЯМР[ред.ред. код]

Найчастіше застосовують DMSO-d6, CDCl3, D2O.

Чутливість до різних ядер[ред.ред. код]

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

Техніки[ред.ред. код]

Перетворення Фур'є[ред.ред. код]

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 основа[ред.ред. код]

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-х мірний ЯМР[ред.ред. код]

COSY

Твердофазний ЯМР[ред.ред. код]

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 техніки[ред.ред. код]

ЯМР протеїнів[ред.ред. код]

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 аспекти[ред.ред. код]

Програмне забезпечення[ред.ред. код]

Приготування зразків[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

Веб-підручники[ред.ред. код]

[1](рос.)

Книги російською[ред.ред. код]

Книги англійською[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]