Czułość pomiarów NMR

Intensywność ~ [stężenie] (Int ~ c)

Efekt akumulacji: S/N ~ nt

1/2

nt – liczba zsumowanych

sygnałów FID

Moment magnetyczny jądra i pole B

0

: Int ~ 

(5/2)

B

0

(3/2)

Efekt NOE:

Int(

max

) = (1 + 

S

/2

I

) Int

0

Przeniesienie polaryzacji S I:

Int

max

= 

S

/

I

Niektóre czynniki wpływające na jakość rejestrowanego widma

Schemat sekwencji INEPT ogniskowany

(INEPT = Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization Transfer)

Wąskie prostokąty reprezentują
impulsy 90º a szerokie – impulsy 180º.
Inne oznaczenia:

t

d

– przerwa relaksacyjna, w której

układ dochodzi do stanu równowagi
termodynamicznej z otoczeniem,

d

2

 = 1/(4J),

d

3

= (0,15 - 0,25)/J,

at – czas rejestracji FID

90 180

180

90 180

180

90

t

d

d

2

d

3

d

3

d

2

odsprz.

I

S

A B

CD

E

at

Postać multipletów spinu I w grupach IS, IS

2

i IS

3

,

rejestrowanych za pomocą sekwencji INEPT z kompensacją

równowagowej intensywności spinu I.

CH

CH

2

CH

3

Wzmocnienie sygnału spinów I spowodowane przeniesieniem

polaryzacji od spinów S w technice DEPT

Układ

spinowy

 = 45º

 = 90º  = 135º

IS

0,71(

S

/

I

)

(

S

/

I

)

0,71(

S

/

I

)

IS

2

(

S

/

I

)

0

–(

S

/

I

)

IS

3

1,06(

S

/

I

)

0

1,06(

S

/

I

)

Standardowe widmo

13

C NMR i widmo DEPT(135) próbki sacharozy

zanieczyszczonej metanolem, zarejestrowane z odsprzęganiem od

protonów

O

H

OH

H

H

OH

H

OH

CH

2

OH

H

CH

2

OH

H

CH

2

OH

OH

H

H

OH

O

O

3’

2’

1

2

4

3

1’

1”

C

C

H

C

C

Br

Sygnał główny i sygnały satelitarne acetylenowego protonu 1-

bromoetynylo-4-etynylobenzenu

≡C-H

ppm

Niektóre zaawansowane techniki

pomiarowe

Koncepcja spektroskopii wielowymiarowej

Sekwencja pomiarowa służąca do rejestracji standardowego widma
1D NMR:

(t

d

) – (impuls ) – (at)

Sekwencja pomiarowa służąca do rejestracji widma 2D NMR:

(t

d

) – (t

1

) – (t

m

) – (at)

Sekwencja pomiarowa służąca do rejestracji widma 3D NMR:

(t

d

) – (t

1

) – (t

m

) –

(t

3

) – (t

m2

) – (at)

Koncepcja spektroskopii wielowymiarowej

FT(t

2

)

FT(t

1

)

Poglądowe przedstawienie dwuwymiarowej spektroskopii NMR

Koncepcja spektroskopii wielowymiarowej

Etapy sekwencji pomiaru widma dwuwymiarowego:



przygotowanie, t

d

- wytwarzany jest nierównowagowy stan

układu spinowego



inkrementowany czas ewolucji, t

1

- znakowanie koherencji

spinowych częstościami 

1



mieszanie,

t

m

-

przeniesienie

koherencji

pomiędzy

oddziałującymi spinami



detekcja, t

2

- rejestracja sygnału FID, zawierającego informacje

bezpośrednio o częstościach 

2

i pośrednio o częstościach 

1

Dwuwymiarowa technika COSY

Sekwencja COSY służąca do korelowania przesunięć

chemicznych spinów oddziałujących skalarnie

90

x

90

x

Dwuwymiarowa technika COSY

Schematycznie
przedstawione widmo 2D
typu COSY, w którym
korelacja spinów jest
wywoływana sprzężeniem
skalarnym.

Sygnały

diagonalne

(D)

odpowiadają widmu 1D
podczas gdy sygnały

niediagonalne

wskazują

na obecność sprzężenia
skalarnego pomiędzy
spinami.



2



1

D

D

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

1.0

1.0

2.0

3.0

3.0

WIDMO PROTONOWE KROTONIANU ETYLU

H

3

C

C C

C

O

O C

H

2

CH

3

H

H

H

H

H

H

H

WIDMO COSY KROTONIANU ETYLU

H

3

C

C C

C

O

O C

H

2

CH

3

H

H

Widmo 1D

1

H NMR

.

O

H

OH

H

H

OH

H

OH

CH

2

OH

H

CH

2

OH

H

CH

2

OH

OH

H

H

OH

O

O

 Widmo 1D

1

H NMR roztworu sacharozy w D

2

O z dodatkiem

metanolu

O

H

OH

H

H

OH

H

OH

CH

2

OH

H

CH

2

OH

H

CH

2

OH

OH

H

H

OH

O

O

Widma COSY z filtrem dwukwantowym - DQF-COSY.

 Widmo 2D

1

H-

1

H DQF-COSY roztworu sacharozy w D

2

O z dodatkiem

metanolu

1

2

3

1

2

3

 Widmo 1D

1

H NMR roztworu sacharozy w D

2

O z dodatkiem

metanolu

O

H

OH

H

H

OH

H

OH

CH

2

OH

H

CH

2

OH

H

CH

2

OH

OH

H

H

OH

O

O

ppm (f1)

3.520

3.5 3

0

3. 540

3. 550

3.560

3.570

3.5 8

0

3. 590

p p m ( f1 )

3 .7 2 0

3 .7 3 0

3 .7 4 0

3 .7 5 0

3

. 7

6 0

3 .7 7 0

3 .7 8 0

3

. 7

9 0

3 .8 0 0

p p

m (f 1 )

5 .4 0 0

5 .4 5 0

1

2

3

1

2

3

Widmo 1D

1

H NMR

.

Widmo 1D

1

H NMR teakryny w CDCl

3

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

ppm

50

100

150

Widmo 1D

13

C NMR teakryny w CDCl

3

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1

2

3

6

5

4

7

8

9

CDCl

3

Detekcja odwrotna. Widmo 2D

1

H-

13

C HMBC teakryny.

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1

2

3

6

5

4

7

8

9

H7

C5

C8

H9

C4

H3

C2

H1

C6

Widmo 1D

1

H NMR teakryny w CDCl

3

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1

2

3

6

5

4

7

8

9

1

3

7

9

Widmo 1D

1

H NMR teakryny w CDCl

3

ppm

50

100

150

Widmo 1D

13

C NMR teakryny w CDCl

3

2

6

5

4

8

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1

2

3

6

5

4

7

8

9

Widmo 1D

13

C NMR teakryny w CDCl

3

Detekcja odwrotna. Widmo 2D

1

H-

13

C HSQC teakryny

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

H7

H9

H3

H1

C9

C7

C1

C3

ppm

50

100

150

Widmo 1D

13

C NMR teakryny w CDCl

3

1

2

3

6

5

4

7

8

9

N

N

N

N

O

O

O

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1

2

3

6

5

4

7

8

9

Widmo 1D

13

C NMR teakryny w CDCl

3

Impulsowe gradienty pola magnetycznego

Częstość precesji spinów w polu magnetycznym B

0

z nałożonym

liniowym gradientem:

|

L

(z)| = (B

0

 + g

z

z)









180�

(a)

(b)

(a) Dwa impulsy gradientowe o przeciwnej polaryzacji

stanowiące najprostszą sekwencję ogniskującą

(b) Sekwencja gradientowego echa spinowego

Technika

Informacja

Inversion-recovery

Pomiar T

1

Spinowe echo

Wygaszanie szerokich linii i

zakłóceń, element innych

sekwencji, pomiary dyfuzji

CPMG

pomiar T

2

INEPT

Przenoszenie polaryzacji S I,

rejestracja I kontrolowana przez

T

1

(S)

DEPT

Przenoszenie polaryzacji S I,

rozróżnianie IS, IS

2

i IS

3

, „edycja”,

rejestracja I kontrolowana przez

T

1

(S), edycja widm

Najważniejsze techniki jednowymiarowej spektroskopii NMR

1D

Najważniejsze techniki dwuwymiarowej spektroskopii NMR

Technika

Informacja

Korelacje poprzez homojądrowe J

ij;

współrzędne δ(H

i

), δ(H

j

)

Cosy (Correlation spectroscopy)

sprzężenia par jąder

DQCOSY (Double-Quantum

Correlation COSY )

lepiej czytelne COSY, brak sygnałów singletowych na

diagonali

TOCSY (total correlation

spectroscopy)

wszystkie sprzężenia w obrębie całego układu

spinowego

Korelacje poprzez heterojądrowe J

ij;

współrzędne δ(X

i

), δ(H

j

)

(detekcja odwrotna)

HSQC (heteronuclear single

quantum
correlation)

sprzężenia przez jedno wiązanie

HMBC (heteronuclear multi

bondcorrelation)

sprzężenia przez więcej niż jedno wiązanie

HMQC (heteronuclear multi

quantum
correlation)

sprzężenia przez jedno lub więcej wiązań
(mniej selektywne)

Korelacje poprzez oddziaływania dipolowe (NOE); współrzędne δ(H

i

), δ(H

j

)

NOESY (NOE spectroscopy)

odległość pomiędzy H

i

i H

j

; zanika jeśli ω

0



c

~1

ROESY (rotating frame NOE SY)

odległości międzyjądrowe; działa również dla ω

0



c

=1

Korelacje przez wymianę chemiczną; współrzędne δ(X

i

), δ(X

j

)

EXSY (exchange SY)

schemat i szybkość wymiany chemicznej

Widmo

1

H NMR moczu - kwasica argininobursztynowa.

Asa - kwas
argininobursztynowy
Ala – alanina
Cr – kreatyna
Crn - kreatynina,
Dma – dimetyloamina
Gly - glicyna

Widmo

13

C NMR moczu pacjenta chorego na alkaptonurię

0

0

20

20

40

40

60

60

80

80

100

100

120

120

140

140

160

160

180

180

O

OH

OH

OH

1

1'

3

5

4

6

2

2'

1

1’

3

5

4

6

2

2’

U

0

0

20

20

40

40

60

60

80

80

100

100

120

120

140

140

160

160

180

180

0

0

20

20

40

40

60

60

80

80

100

100

120

120

140

140

160

160

180

180

O

OH

OH

OH

1

1'

3

5

4

6

2

2'

1

1’

3

5

4

6

2

2’

U