ZESTAW I

1. Jakie izotopy można wykorzystać do pomiaru NMR? Opisz fizyczne podstawy zjawiska magnetycznego rezonansu jądrowego.

Magnetyczny rezonans jądrowy wykorzystuje zjawisko absorpcji i emisji energii w postaci fali elektromagnetycznej o częstotliwości radiowej przez jądra określonych izotopów, umieszczonych w silnym polu magnetycznym. Izotopy wykorzystywane do pomiaru NMR to na przykład ¹H, ¹³C, ¹⁵N, ³¹P.

2. Wymień krótko i scharakteryzuj analizatory w spektrometrii masowej.

• magnetyczny - wykorzystuje zjawisko zmiany toru lotu jonów w polu magnetycznym (stopień zakrzywienia toru lotu zależy od stosunku masy do ładunku (m/z), prędkości jonu oraz parametrów pola magnetycznego)

• magnetyczno-elektrostatyczny - składa się z sektora magnetycznego, poprzedzonego sektorem elektrycznym, który, poprzez rozpędzanie cząsteczek, zmniejsza różnice pomiędzy prędkościami cząsteczek wpadających do sektora magnetycznego

• czasu przelotu (TOF) - wykorzystuje fakt, że wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej jonów wydłuża się ich czas przelotu od punktu zadania impulsu elektrycznego do detektora

• kwadrupolowy - działa jako filtr masy; w danym momencie przepuszcza tylko jony o określonym stosunku m/z

• pułapka jonowa - pozwala na przetrzymywanie jonów o określonym stosunku m/z; pomiaru masy dokonuje się przez uwięzienie jonów o szerokim zakresie m/z i wyrzucanie kolejnych grup jonów o określonym m/z

• liniowa pułapka jonowa - na obu końcach analizatora przykładany jest potencjał elektryczny, który uniemożliwia ucieczkę jonów; pomiar masy odbywa się poprzez wyrzucanie jonów o określonym m/z i detekcję (często za pomocą dwóch detektorów, co zwiększa czułość)

• cyklotronowy analizator jonów z transformacją Fouriera - wykorzystuje zjawisko zakrzywienia toru lotu jonów w polu magnetycznym; rejestrowany sygnał zawierający wiele częstotliwości charakterystycznych dla jonów o różnym m/z jest przekształcany w widmo przy pomocy Transformacji Fouriera

ZESTAW II

1. Co wyznacza się w widmie ¹H NMR, a co w ¹³C NMR? Co jest przyczyną? (pięknie sformułowane pytanie, ale chyba wiem, o co chodzi )

W widmie ¹H NMR wyznacza się przesunięcie chemiczne, sprzężenie spinowo spinowe oraz integrację. Natomiast w ¹³C NMR przesunięcie chemiczne oraz, jako informację pomocniczą, intensywność pików. Fakt, że w ¹³ C NMR nie analizuje się sprzężenia spinowo spinowego wynika z tego, że widma rejestruje się z odsprzęganiem sygnałów protonowych, stałe sprzężenia ¹H-¹³C są bardzo duże (120-270Hz), sprzężenie ¹³C-¹³C jest niewidoczne (ponieważ prawdopodobieństwo wystąpienie dwu izotopów w szkielecie węglowym obok siebie jest bardzo małe). Integracji na widmie ¹³C NMR także nie bierze się pod uwagę, ponieważ jest zafałszowana (atomy węgla posiadają bardzo różny czas relaksacji, występuje zjawisko NOE, sygnały atomów węgla związane z 3 atomami wodoru mają większą intensywność od węgli 4-to rzędowych). Zjadłabym obwarzanka.

2. Metody jonizacji próbki.

• jonizacja elektronami (EI, DEI) - jonizacja przy pomocy wiązki elektronów, zwykle powoduje fragmentację badanych cząsteczek

• jonizacja chemiczna (CI) - jony wytwarzane są na skutek zderzeń cząsteczek badanego związku chemicznego z jonami pierwotnymi obecnymi w źródle jonów; metoda nie powoduje fragmentacji

• bombardowanie szybkimi atomami( FAB) - polega na bombardowaniu cząsteczki obojętnymi atomami o wysokiej energii

• spektrometria masowa jonów wtórnych (SIMS) - początkowo stosowana do substancji przewodzących prąd lub naniesionych na metalowe płytki, obecnie także do substancji nie przewodzących prądu

• desorpcja laserowa (LD) - naświetlanie próbki silnym laserem - bombardującymi cząsteczkami są wysokoenergetyczne fotony

• termorozpylanie (TE) - podgrzewanie przy pomocy prądu elektrycznego roztworu soli i analizowanej substancji, rozpylanego w komorze próżniowej

• desorpcja laserowa z udziałem matrycy (MALDI) - jonizacja laserowa z tak dobraną energią wiązki, aby nie powodować fragmentacji cząsteczek, a tylko wybijać je ze specjalnie przygotowanej matrycy

• elektrorozpylanie (ESI) - rozpylanie cieczy zawierającej badaną substancję z kapilary, do której przyłożono wysokie napięcie; zazwyczaj nie powoduje fragmentacji

ZESTAW III

1. Sprzężenie spinowo spinowe - definicja. Od czego zależy ilość linii w multiplecie?

Sprzężenie spinowo spinowe - rozszczepienie sygnału protonu lub grupy protonów na kilka linii tworzących multiplet na skutek oddziaływania z sąsiednimi jądrami o właściwościach magnetycznych. Ilość linii w multiplecie zależy od liczby jąder o właściwościach magnetycznych w sąsiedztwie oraz od kwantowej liczby spinowej jądra, która dla ¹H wynosi l=1/2.

2. Wymień piki w widmach masowych i wyjaśnij zjawisko fragmentacji.

• pik molekularny - odpowiadający masie cząsteczkowej badanego związku, przy założeniu, że cząsteczka zbudowana jest z najlżejszych izotopów

• pozorny pik molekularny - odpowiada masie badanego związku powiększonego o masę czynnika jonizującego

• pik izotopowy - odpowiada masie badanego związku, w którego cząsteczce jeden lub więcej atomów zostało zastąpionych cięższymi izotopami (M+1, M+2, M+3)

• pik główny - najwyższy pik na widmie, któremu przypisuje się intensywność 100%

• piki fragmentacyjne - powstałe na skutek rozpadu cząsteczki w wyniku jonizacji

Fragmentacja - zachodzi, gdy cząsteczka ulega jonizacji tworzy się jon molekularny (M^+·) mogący zawierać ilość energii wewnętrznej wystarczającej do tego, aby się rozpaść odszczepiając cząsteczkę obojętną i jon fragmentaryczny, który, jeśli zawiera wystarczająca ilość energii, może się dalej rozpadać.

ZESTAW IV

1. Co to jest przesunięcie chemiczne i od czego zależy?

Przesunięcie chemiczne δ - różnica częstotliwości rezonansowej danego atomu lub grupy atomów w stosunku do częstotliwości rezonansowej wzorca. Zależne jest od hybrydyzacji i otoczenia chemicznego danego atomu oraz od obecności polarnych podstawników w sąsiedztwie.

2. Wymień główne elementy spektrometru masowego, narysuj schemat blokowy i krótko opisz rolę poszczególnych układów.

• układ wprowadzania próbki - wprowadza próbkę do spektrometru masowego

• komora jonizacyjna - urządzenie, w którym następuje jonizacja cząsteczek przy użyciu różnorodnych technik, z których część prowadzi także do fragmentacji

• analizator m/z - w którym wcześniej powstałe jony ulegają rozdziałowi na podstawie stosunku ich masy do ładunku

• detektor - urządzenie zliczające jony napływające z analizatora

• system rejestracji danych - przetwarza, zapisuje i pozwala obejrzeć uzyskane wyniki

---