Az NMR spektroszkópia tartomány sugárzást használ. NMR spektroszkópia
1. A jelenség lényege
Mindenekelőtt meg kell jegyezni, hogy bár ennek a jelenségnek a neve tartalmazza a „nukleáris” szót, az NMR-nek semmi köze a magfizikához, és semmilyen módon nem kapcsolódik a radioaktivitáshoz. Ha szigorú leírásról beszélünk, akkor nem lehet nélkülözni a kvantummechanika törvényeit. E törvények szerint a mágneses mag és a külső mágneses tér kölcsönhatásának energiája csak néhány diszkrét értéket vehet fel. Ha a mágneses magokat váltakozó mágneses térrel sugározzuk be, amelynek frekvenciája megfelel e diszkrét energiaszintek frekvenciaegységekben kifejezett különbségének, akkor a mágneses magok elkezdenek mozogni egyik szintről a másikra, miközben elnyelik a váltakozó energiát. terület. Ez a mágneses rezonancia jelensége. Ez a magyarázat formailag helyes, de nem túl világos. Van egy másik magyarázat is, kvantummechanika nélkül. A mágneses mag egy elektromosan töltött golyóként képzelhető el, amely a tengelye körül forog (bár szigorúan véve ez nem így van). Az elektrodinamika törvényei szerint a töltés forgása mágneses tér megjelenéséhez vezet, vagyis az atommag mágneses momentumához, amely a forgástengely mentén irányul. Ha ezt a mágneses momentumot állandó külső térbe helyezzük, akkor ennek a momentumnak a vektora precesszálni kezd, azaz forogni kezd a külső tér iránya körül. Ugyanígy a felső tengelye precesszióban (forog) a függőleges körül, ha nem szigorúan függőlegesen, hanem bizonyos szögben csavarják ki. Ebben az esetben a mágneses mező szerepét a gravitációs erő játssza.
A precessziós frekvenciát mind az atommag tulajdonságai, mind a mágneses tér erőssége határozza meg: minél erősebb a tér, annál nagyobb a frekvencia. Ekkor, ha az állandó külső mágneses tér mellett a magra egy váltakozó mágneses tér is hatással van, akkor a mag elkezd kölcsönhatásba lépni ezzel a mezővel - úgy tűnik, hogy erősebben lengeti a magot, a precessziós amplitúdó megnő, és a mag elnyeli a váltakozó mező energiáját. Ez azonban csak a rezonancia feltétele mellett fog megtörténni, azaz a precessziós frekvencia és a külső váltakozó tér frekvenciájának egybeesése esetén. Ez hasonló az iskolai fizika klasszikus példájához – a hídon átvonuló katonákhoz. Ha a lépés frekvenciája egybeesik a híd természetes frekvenciájával, akkor a híd egyre jobban leng. Kísérletileg ez a jelenség egy váltakozó mező abszorpciójának a frekvenciájától való függésében nyilvánul meg. A rezonancia pillanatában az abszorpció meredeken növekszik, és a legegyszerűbb mágneses rezonancia spektrum így néz ki:
2. Fourier-spektroszkópia
Az első NMR spektrométerek pontosan a fent leírtak szerint működtek - a mintát állandó mágneses térbe helyezték, és folyamatosan rádiófrekvenciás sugárzást alkalmaztak rá. Ekkor vagy a váltakozó tér frekvenciája, vagy az állandó mágneses tér intenzitása simán változott. A váltakozó térenergia abszorpcióját rádiófrekvenciás híd rögzítette, amelyről a jelet egy felvevőre vagy oszcilloszkópra továbbították. De ezt a jelrögzítési módszert már régóta nem alkalmazták. A modern NMR spektrométerekben a spektrumot impulzusokkal rögzítik. Az atommagok mágneses momentumait egy rövid erős impulzus gerjeszti, majd rögzíti az RF tekercsben a szabadon precesszáló mágneses momentumok által indukált jelet. Ez a jel fokozatosan nullára csökken, ahogy a mágneses momentumok egyensúlyba kerülnek (ezt a folyamatot mágneses relaxációnak nevezik). Az NMR-spektrumot ebből a jelből kapjuk Fourier-transzformáció segítségével. Ez egy szabványos matematikai eljárás, amely lehetővé teszi, hogy bármilyen jelet frekvenciaharmonikusokra bontson, és így megkapja a jel frekvenciaspektrumát. A spektrum rögzítésének ez a módszere lehetővé teszi a zajszint jelentős csökkentését és a kísérletek sokkal gyorsabb elvégzését.
A spektrum rögzítésére szolgáló gerjesztési impulzus a legegyszerűbb NMR-kísérlet. Egy kísérletben azonban sok ilyen különböző időtartamú, amplitúdójú, különböző késleltetésű, stb. impulzus lehet egy kísérletben, attól függően, hogy a kutatónak milyen manipulációkat kell végrehajtania a magmágneses nyomatékok rendszerével. Azonban ezeknek az impulzussorozatoknak szinte mindegyike ugyanazzal a dologgal végződik - egy szabad precessziós jel rögzítésére, amelyet egy Fourier-transzformáció követ.
3. Mágneses kölcsönhatások az anyagban
Maga a mágneses rezonancia nem maradna más, mint egy érdekes fizikai jelenség, ha nem lennének mágneses kölcsönhatások az atommagok egymással és a molekula elektronhéjával. Ezek a kölcsönhatások befolyásolják a rezonancia paramétereket, és segítségükkel az NMR módszer sokrétű információt szolgáltathat a molekulák tulajdonságairól - orientációjukról, térszerkezetükről (konformációjuk), intermolekuláris kölcsönhatásokról, kémiai cseréről, forgási és transzlációs dinamikáról. Ennek köszönhetően az NMR az anyagok molekuláris szintű vizsgálatának igen hatékony eszközévé vált, amelyet nemcsak a fizikában, hanem elsősorban a kémiában és a molekuláris biológiában széles körben alkalmaznak. Egy ilyen kölcsönhatásra példa az úgynevezett kémiai eltolódás. Lényege a következő: egy molekula elektronhéja reagál egy külső mágneses térre, és megpróbálja azt átszűrni - a mágneses tér részleges átvilágítása minden diamágneses anyagban előfordul. Ez azt jelenti, hogy a molekulában lévő mágneses mező nagyon kis mértékben különbözik a külső mágneses tértől, amit kémiai eltolódásnak nevezünk. Az elektronhéj tulajdonságai azonban a molekula különböző részein eltérőek, és a kémiai eltolódás is eltérő. Ennek megfelelően a molekula különböző részein lévő magok rezonanciafeltételei is eltérőek lesznek. Ez lehetővé teszi a kémiailag nem egyenértékű magok megkülönböztetését a spektrumban. Például, ha a tiszta víz hidrogénatommagjainak (protonjainak) spektrumát vesszük, akkor csak egy vonal lesz, mivel a H 2 O molekulában a két proton pontosan ugyanaz. De a CH 3 OH metil-alkohol esetében már két vonal lesz a spektrumban (ha figyelmen kívül hagyjuk az egyéb mágneses kölcsönhatásokat), mivel kétféle proton létezik - a CH 3 metilcsoport protonjai és az oxigénatomhoz kapcsolódó proton. Ahogy a molekulák összetettebbé válnak, a vonalak száma nő, és ha egy ilyen nagy és összetett molekulát veszünk fehérjének, akkor ebben az esetben a spektrum valahogy így fog kinézni:
4. Mágneses magok
Az NMR különböző atommagokon figyelhető meg, de el kell mondani, hogy nem minden atommag rendelkezik mágneses momentummal. Gyakran előfordul, hogy egyes izotópoknak van mágneses momentuma, de ugyanazon mag más izotópjainak nincs. Összesen több mint száz izotópja van a különféle kémiai elemeknek, amelyek mágneses maggal rendelkeznek, de a kutatás során általában legfeljebb 1520 mágneses magot használnak, minden más egzotikus. Minden atommagnak megvan a saját jellemző aránya a mágneses tér és a precessziós frekvencia között, amelyet giromágneses aránynak neveznek. Minden atommag esetében ismertek ezek az összefüggések. Segítségükkel kiválasztható, hogy adott mágneses térben milyen frekvencián észlelhető a kutatónak szüksége a magokból érkező jel.
Az NMR legfontosabb magjai a protonok. A természetben a legnagyobb mennyiségben előfordulnak, és nagyon nagy érzékenységgel rendelkeznek. A szén, a nitrogén és az oxigén atommagjai nagyon fontosak a kémia és a biológia számára, de a tudósoknak nem volt sok szerencséjük velük: a szén és oxigén leggyakoribb izotópjai, a 12 C és 16 O nem rendelkeznek mágneses nyomatékkal, a természetes A nitrogén 14N izotópjának van egy pillanata, de ez több okból is nagyon kényelmetlen a kísérletekhez. Vannak olyan 13 C, 15 N és 17 O izotópok, amelyek alkalmasak NMR-kísérletek elvégzésére, de természetes előfordulásuk nagyon alacsony, érzékenységük pedig nagyon alacsony a protonokhoz képest. Ezért az NMR vizsgálatokhoz gyakran speciális izotóppal dúsított mintákat készítenek, amelyekben egy adott mag természetes izotópját helyettesítik a kísérletekhez szükséges izotóppal. A legtöbb esetben ez az eljárás nagyon nehéz és költséges, de néha ez az egyetlen lehetőség a szükséges információk megszerzésére.
5. Elektronparamágneses és kvadrupólus rezonancia
Ha az NMR-ről beszélünk, nem szabad megemlíteni két másik kapcsolódó fizikai jelenséget - az elektronparamágneses rezonanciát (EPR) és a magkvadrupólus rezonanciát (NQR). Az EPR lényegében hasonló az NMR-hez, a különbség az, hogy a rezonancia nem az atommagok, hanem az atom elektronhéjának mágneses momentumainál figyelhető meg. Az EPR csak azokban a molekulákban vagy kémiai csoportokban figyelhető meg, amelyek elektronhéja úgynevezett párosítatlan elektront tartalmaz, ekkor a héj nullától eltérő mágneses momentumú. Az ilyen anyagokat paramágneseknek nevezzük. Az EPR-t az NMR-hez hasonlóan az anyagok különböző szerkezeti és dinamikai tulajdonságainak molekuláris szintű vizsgálatára is használják, de felhasználási köre lényegesen szűkebb. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a legtöbb molekula, különösen az élő természetben, nem tartalmaz párosítatlan elektronokat. Bizonyos esetekben használhatunk úgynevezett paramágneses szondát, vagyis egy páratlan elektront tartalmazó kémiai csoportot, amely a vizsgált molekulához kötődik. Ennek a megközelítésnek azonban vannak nyilvánvaló hátrányai, amelyek korlátozzák ennek a módszernek a lehetőségeit. Ezenkívül az EPR nem rendelkezik olyan nagy spektrális felbontással (azaz nem képes megkülönböztetni az egyik vonalat a másiktól a spektrumban), mint az NMR-nél.
A legnehezebb az NQR természetét „ujjakon” magyarázni. Egyes atommagokban elektromos kvadrupólmomentum van. Ez a momentum jellemzi az atommag elektromos töltése eloszlásának eltérését a gömbszimmetriától. Ennek a pillanatnak a kölcsönhatása az anyag kristályszerkezete által létrehozott elektromos tér gradiensével az atommag energiaszintjének kettéválásához vezet. Ebben az esetben rezonancia figyelhető meg a szintek közötti átmeneteknek megfelelő frekvencián. Ellentétben az NMR-rel és az EPR-rel, az NQR-nek nincs szüksége külső mágneses térre, mivel enélkül is megtörténik a szintosztás. Az NQR-t anyagok vizsgálatára is használják, de alkalmazási köre még az EPR-nél is szűkebb.
6. Az NMR előnyei és hátrányai
Az NMR a leghatékonyabb és leginformatívabb módszer a molekulák tanulmányozására. Szigorúan véve ez nem egy módszer, hanem számos különböző típusú kísérlet, azaz impulzussorozat. Bár mindegyik az NMR jelenségén alapul, mindegyik kísérletet úgy tervezték, hogy bizonyos specifikus információkat szerezzen. E kísérletek számát sok tízben, ha nem százban mérik. Elméletileg az NMR képes, ha nem is mindenre, de szinte mindenre, amire a molekulák szerkezetének és dinamikájának tanulmányozására szolgáló összes többi kísérleti módszer képes, bár a gyakorlatban ez természetesen nem mindig megvalósítható. Az NMR egyik fő előnye, hogy egyrészt természetes szondái, azaz mágneses magjai eloszlanak a molekulában, másrészt lehetővé teszi ezen magok egymástól való megkülönböztetését és térbeli szelektív adatok beszerzését. a molekula tulajdonságairól. Szinte az összes többi módszer vagy a teljes molekulára, vagy annak csak egy részére vonatkozóan szolgáltat információt.
Az NMR-nek két fő hátránya van. Először is, a legtöbb más kísérleti módszerhez (optikai spektroszkópia, fluoreszcencia, ESR stb.) képest alacsony az érzékenysége. Ez oda vezet, hogy a zaj átlagolásához a jelet hosszú ideig fel kell halmozni. Egyes esetekben az NMR-kísérlet akár több hétig is elvégezhető. Másodszor, drága. Az NMR spektrométerek a legdrágább tudományos műszerek közé tartoznak, legalább több százezer dollárba kerülnek, míg a legdrágább spektrométerek több millióba kerülnek. Nem minden laboratórium, különösen Oroszországban, engedheti meg magának, hogy ilyen tudományos felszereléssel rendelkezzen.
7. Mágnesek NMR spektrométerekhez
A spektrométer egyik legfontosabb és legdrágább alkatrésze a mágnes, amely állandó mágneses teret hoz létre. Minél erősebb a mező, annál nagyobb az érzékenység és a spektrális felbontás, ezért a tudósok és mérnökök folyamatosan igyekeznek minél magasabbra állítani a mezőket. A mágneses mezőt a szolenoidban lévő elektromos áram hozza létre - minél erősebb az áram, annál nagyobb a mező. Az áramot azonban nem lehet korlátlanul növelni; nagyon nagy áramerősségnél a mágnestekercs egyszerűen olvadni kezd. Ezért a nagy térerejű NMR-spektrométerekben nagyon hosszú ideig szupravezető mágneseket használnak, vagyis olyan mágneseket, amelyekben a mágneses huzal szupravezető állapotban van. Ebben az esetben a vezeték elektromos ellenállása nulla, és egyetlen áramértéken sem szabadul fel energia. A szupravezető állapot csak nagyon alacsony, néhány Kelvin-fok, a folyékony hélium hőmérsékletén érhető el. (A magas hőmérsékletű szupravezetés még mindig tisztán fundamentális kutatások területe.) Pontosan az ilyen alacsony hőmérséklet fenntartásával jár együtt a mágnesek tervezésének és gyártásának minden technikai nehézsége, ami drágává teszi azokat. A szupravezető mágnes a termosz-matryoska elvén épül fel. A mágnesszelep középen, a vákuumkamrában található. Folyékony héliumot tartalmazó héj veszi körül. Ezt a héjat egy vákuumrétegen keresztül folyékony nitrogénhéj veszi körül. A folyékony nitrogén hőmérséklete mínusz 196 Celsius fok, nitrogénre azért van szükség, hogy a hélium minél lassabban elpárologjon. Végül a nitrogénhéjat szobahőmérséklettől egy külső vákuumréteg választja el. Egy ilyen rendszer nagyon hosszú ideig képes fenntartani a szupravezető mágnes kívánt hőmérsékletét, bár ehhez rendszeresen folyékony nitrogént és héliumot kell hozzáadni a mágneshez. Az ilyen mágnesek előnye amellett, hogy nagy mágneses teret érnek el, az is, hogy nem fogyasztanak energiát: a mágnes elindítása után az áram sok éven át gyakorlatilag veszteség nélkül halad át a szupravezető vezetékeken.
8. Tomográfia
A hagyományos NMR spektrométerekben igyekeznek minél egyenletesebbé tenni a mágneses teret, ez a spektrális felbontás javításához szükséges. De ha a mintán belüli mágneses mezőt ezzel szemben nagyon inhomogénné tesszük, az alapvetően új lehetőségeket nyit meg az NMR alkalmazásában. A mező inhomogenitását úgynevezett gradiens tekercsek hozzák létre, amelyek a fő mágnessel párhuzamosan működnek. Ebben az esetben a mágneses tér nagysága a minta különböző részein eltérő lesz, ami azt jelenti, hogy az NMR jel nem a teljes mintából figyelhető meg, mint egy hagyományos spektrométerben, hanem csak annak keskeny rétegéből, amelyre a rezonancia feltételek teljesülnek, azaz a mágneses tér és a frekvencia közötti kívánt kapcsolat. A mágneses tér nagyságának (vagy ami lényegében ugyanaz, a jel megfigyelési gyakoriságának) megváltoztatásával megváltoztathatja a jelet előállító réteget. Ily módon lehetőség nyílik a minta teljes térfogatának „szkennelésére”, és belső háromdimenziós szerkezetének „megtekintésére” anélkül, hogy a mintát bármilyen mechanikai módon megsemmisítené. A mai napig számos olyan technikát fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik különböző NMR-paraméterek (spektrális jellemzők, mágneses relaxációs idők, öndiffúziós sebesség és néhány egyéb) mérését a mintán belüli térbeli felbontással. A gyakorlati szempontból legérdekesebb és legfontosabb NMR-tomográfia alkalmazását az orvostudományban találták. Ebben az esetben a vizsgált „minta” az emberi test. Az NMR képalkotás az egyik leghatékonyabb és legbiztonságosabb (de egyben drága) diagnosztikai eszköz az orvostudomány különböző területein, az onkológiától a szülészetig. Érdekes megjegyezni, hogy az orvosok nem használják a „nukleáris” szót ennek a módszernek a nevében, mert egyes betegek nukleáris reakciókkal és az atombombával asszociálnak.
9. A felfedezés története
Az NMR felfedezésének évének 1945-öt tekintik, amikor az amerikaiak Felix Bloch Stanfordból és tőle függetlenül a harvardi Edward Purcell és Robert Pound először figyelték meg az NMR jelet protonokon. Ekkor már sok mindent lehetett tudni a magmágnesesség természetéről, magát az NMR-effektust elméletileg megjósolták, és több kísérlet is történt kísérleti megfigyelésére. Fontos megjegyezni, hogy egy évvel korábban a Szovjetunióban, Kazanyban fedezte fel az EPR jelenséget Jevgenyij Zavojszkij. Ma már köztudott, hogy Zavoisky is megfigyelte az NMR jelet, ez még a háború előtt, 1941-ben volt. Rendelkezésére állt azonban egy gyenge minőségű mágnes, gyenge téregyenletességgel; az eredmények rosszul reprodukálhatók, ezért publikálatlanok maradtak. Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy nem Zavoisky volt az egyetlen, aki megfigyelte az NMR-t a „hivatalos” felfedezése előtt. Különösen Isidor Rabi amerikai fizikus (1944-ben Nobel-díjas az atommagok mágneses tulajdonságainak tanulmányozásáért atomi és molekuláris nyalábokban) szintén megfigyelte az NMR-t a 30-as évek végén, de műszeres műalkotásnak tekintette. Így vagy úgy, hazánk továbbra is elsőbbséget élvez a mágneses rezonancia kísérleti kimutatásában. Bár maga Zavoisky nem sokkal a háború után más problémákkal kezdett foglalkozni, felfedezése óriási szerepet játszott a kazanyi tudomány fejlődésében. Kazan továbbra is a világ egyik vezető EPR spektroszkópiai tudományos központja.
10. Mágneses rezonancia Nobel-díjak
A 20. század első felében több Nobel-díjat ítéltek oda tudósoknak, akiknek munkája nélkül nem jöhetett volna létre az NMR felfedezése. Köztük Peter Zeeman, Otto Stern, Isidor Rabi, Wolfgang Pauli. De négy Nobel-díj közvetlenül kapcsolódott az NMR-hez. 1952-ben a díjat Felix Bloch és Edward Purcell kapta a mágneses magrezonancia felfedezéséért. Ez az egyetlen „NMR” fizikai Nobel-díj. 1991-ben a svájci Richard Ernst kapta meg a kémiai díjat, aki a híres zürichi ETH-n dolgozott. Többdimenziós NMR-spektroszkópiai módszerek kidolgozásáért kapta, amely lehetővé tette az NMR-kísérletek információtartalmának radikális növelését. 2002-ben a szintén kémia díjat Kurt Wüthrich nyerte, aki Ernsttel együtt dolgozott a szomszédos épületekben ugyanabban a műszaki iskolában. A díjat az oldatban lévő fehérjék háromdimenziós szerkezetének meghatározására szolgáló módszerek kidolgozásáért kapta. Korábban az egyetlen módszer a nagy biomakromolekulák térbeli konformációjának meghatározására a röntgendiffrakciós analízis volt. Végül 2003-ban az amerikai Paul Lauterbur és az angol Peter Mansfield kapta meg az NMR-tomográfia feltalálásáért járó orvosi díjat. Az EPR szovjet felfedezője, E. K. Zavoisky sajnos nem kapott Nobel-díjat.
Az NMR-spektroszkópia egy roncsolásmentes elemzési módszer. Modern impulzusos NMR Fourier-spektroszkópia lehetővé teszi az elemzést 80 mg-on. magok. Az NMR spektroszkópia az egyik fő. Phys.-Chem. elemzési módszereket, adatait az intervallumokként való egyértelmű azonosításra használják fel. kémiai termékek r-tions és target in-in. Szerkezeti megbízásokon és mennyiségeken kívül. analízis, az NMR spektroszkópia információkat hoz a konformációs egyensúlyokról, az atomok és molekulák diffúziójáról szilárd anyagokban, belső. mozgások, hidrogénkötések és asszociációk folyadékokban, keto-enol tautoméria, metallo- és prototrópia, az egységek sorrendje és eloszlása a polimer láncokban, anyagok adszorpciója, ionkristályok elektronszerkezete, folyadékkristályok stb. Az NMR spektroszkópia információforrás a biopolimerek szerkezetéről, beleértve a fehérjemolekulákat oldatokban, megbízhatósága összehasonlítható a röntgendiffrakciós elemzés adataival. A 80-as években Megkezdődött az NMR spektroszkópiai és tomográfiás módszerek gyors bevezetése az orvostudományba a komplex betegségek diagnosztizálására és a lakosság orvosi vizsgálatára.
A vonalak száma és helyzete az NMR-spektrumban egyértelműen jellemzi a szintetikus nyersolaj minden frakcióját. gumik, műanyagok, agyagpala, szén, gyógyszerek, gyógyszerek, vegyi termékek. és gyógyszerészeti prom-sti stb.
A víz vagy olaj NMR vonalának intenzitása és szélessége lehetővé teszi a magvak nedvesség- és olajtartalmának, valamint a szemek biztonságának pontos mérését. A vízjelekről történő lehangolásnál lehetőség nyílik az egyes szemek sikértartalmának rögzítésére, ami az olajtartalom elemzéshez hasonlóan gyorsított mezőgazdasági szelekciót tesz lehetővé. termények
Egyre erősebb mágnesek használata. mezők (14 T-ig soros eszközökben és 19 T-ig kísérleti létesítményekben) lehetővé teszi a fehérjemolekulák szerkezetének teljes meghatározását oldatokban, a biol expressz elemzését. folyadékok (endogén metabolitok koncentrációja a vérben, vizeletben, nyirokban, agy-gerincvelői folyadékban), új polimer anyagok minőségellenőrzése. Ebben az esetben a többkvantum- és többdimenziós Fourier-spektroszkópia számos változatát alkalmazzák. technikák.
Az NMR jelenséget F. Bloch és E. Purcell (1946) fedezte fel, amiért Nobel-díjat (1952) kaptak.
A mágneses magrezonancia jelensége nemcsak a fizikában és a kémiában, hanem az orvostudományban is hasznosítható: az emberi test ugyanazon szerves és szervetlen molekulák gyűjteménye.
Ennek a jelenségnek a megfigyeléséhez egy tárgyat állandó mágneses térbe helyeznek, és rádiófrekvenciás és gradiens mágneses mezőknek teszik ki. A vizsgált tárgyat körülvevő induktor tekercsben váltakozó elektromotoros erő (EMF) keletkezik, amelynek amplitúdó-frekvencia spektruma és időtranziens karakterisztikái információt hordoznak a rezonáló atommagok térbeli sűrűségéről, valamint egyéb, csak erre jellemző paraméterekről. nukleáris mágneses rezonancia. Ezen információk számítógépes feldolgozása háromdimenziós képet hoz létre, amely jellemzi a kémiailag egyenértékű atommagok sűrűségét, a mágneses magrezonancia relaxációs idejét, a folyadékáramlási sebességek eloszlását, a molekulák diffúzióját és az élő szövetekben zajló biokémiai anyagcsere folyamatokat.
Az NMR introszkópia (vagy mágneses rezonancia képalkotás) lényege valójában a mágneses magrezonancia jel amplitúdójának egy speciális kvantitatív elemzése. A hagyományos NMR-spektroszkópiában a spektrumvonalak lehető legjobb felbontására törekszünk. Ennek elérése érdekében a mágneses rendszereket úgy állítják be, hogy a lehető legjobb téregyenletességet biztosítsák a mintán belül. Ezzel szemben az NMR introszkópos módszerekben a létrehozott mágneses tér nyilvánvalóan nem egyenletes. Akkor van okunk arra számítani, hogy a mágneses magrezonancia frekvenciája a minta minden pontjában megvan a maga értéke, amely különbözik a többi rész értékétől. Ha bármilyen kódot beállít az NMR-jelek amplitúdójának gradációjához (fényerő vagy szín a monitor képernyőjén), hagyományos képet (tomogramot) kaphat az objektum belső szerkezetének szakaszairól.
Az NMR introszkópiát és az NMR tomográfiát először V. A. Ivanov találta fel a világon 1960-ban. Egy hozzá nem értő szakértő a találmány (módszer és eszköz) iránti kérelmet „...a javasolt megoldás nyilvánvaló haszontalansága miatt” utasította el, így az erre vonatkozó szerzői jogi tanúsítványt csak több mint 10 évvel később adták ki. Így hivatalosan elismert tény, hogy az NMR-tomográfia szerzője nem az alább felsorolt Nobel-díjasok csapata, hanem egy orosz tudós. E jogi tény ellenére az NMR-tomográfiáért járó Nobel-díjat nem V. A. Ivanov kapta. Spektrális eszközök
A spektrumok pontos tanulmányozásához az olyan egyszerű eszközök, mint a fénysugarat korlátozó keskeny rés és a prizma már nem elegendőek. Olyan műszerekre van szükség, amelyek tiszta spektrumot biztosítanak, azaz olyan műszerekre, amelyek jól el tudják különíteni a különböző hosszúságú hullámokat, és nem teszik lehetővé a spektrum egyes részei átfedését. Az ilyen eszközöket spektrális eszközöknek nevezzük. Leggyakrabban a spektrális berendezés fő része egy prizma vagy diffrakciós rács.
ELEKTRONIKUS PARAMÁGNESES RESONANCIA
A módszer lényege
Az elektronparamágneses rezonancia jelenségének lényege az elektromágneses sugárzás párosítatlan elektronok általi rezonanciaelnyelése. Az elektronnak van egy spinje és egy hozzá tartozó mágneses momentum.
Ha B 0 erősségű mágneses térbe helyezünk egy keletkező J szögimpulzusú szabad gyököt, akkor J nem nulla esetén megszűnik a mágneses tér degenerációja, és a mágneses térrel való kölcsönhatás eredményeként 2J+1 szintek keletkeznek, amelyek helyzetét a következő kifejezés írja le: W =gβB 0 M, (ahol M = +J, +J-1, …-J), és a mágneses tér és a mágneses momentum Zeeman-kölcsönhatása határozza meg. J. Az elektron energiaszintek felosztását az ábra mutatja.
Energiaszintek és megengedett átmenetek egy 1-es magspinnel rendelkező atom számára állandó (A) és váltakozó (B) mezőben.
Ha most a B 0 mágneses térvektorra merőleges síkban polarizált, ν frekvenciájú elektromágneses teret alkalmazunk a paramágneses középpontra, akkor az olyan mágneses dipólus átmeneteket okoz, amelyek megfelelnek a ΔM = 1 szelekciós szabálynak. Az elektronikus átmenet egybeesik a fotoelektromágneses hullám energiájával, rezonanciareakció fog bekövetkezni a mikrohullámú sugárzás elnyelésével. Így a rezonancia feltételét az alapvető mágneses rezonancia reláció határozza meg
A mikrohullámú térenergia abszorpciója akkor figyelhető meg, ha a szintek között populációs különbség van.
Termikus egyensúly esetén a Zeeman-szintek populációi között kis különbség van, amelyet a Boltzmann-eloszlás = exp(gβB 0 /kT) határoz meg. Egy ilyen rendszerben, amikor az átmenetek gerjesztettek, az energia-alszintek populációinak egyenlősége nagyon gyorsan bekövetkezik, és a mikrohullámú mező abszorpciója eltűnik. A valóságban azonban sokféle kölcsönhatási mechanizmus létezik, amelyek eredményeként az elektron nem sugárzóan átmegy eredeti állapotába. A növekvő teljesítmény melletti állandó abszorpciós intenzitás hatása olyan elektronok miatt következik be, amelyeknek nincs idejük ellazulni, és ezt telítésnek nevezik. A telítettség nagy mikrohullámú sugárzási teljesítménynél jelentkezik, és jelentősen torzíthatja a centrumok koncentrációjának EPR módszerrel történő mérésének eredményeit.
Módszer értéke
Az EPR módszer egyedülálló információt nyújt a paramágneses központokról. Egyértelműen megkülönbözteti a rácsba izomorf módon beépült szennyező ionokat a mikrozárványoktól. Ebben az esetben teljes információt kapunk egy adott ionról a kristályban: vegyérték, koordináció, lokális szimmetria, elektronok hibridizációja, hány és milyen szerkezeti helyzetű elektronok vannak benne, a kristálytér tengelyeinek orientációja ennek az ionnak a helye, a kristálymező teljes jellemzője és részletes információ a kémiai kötésről. És ami nagyon fontos, a módszer lehetővé teszi a paramágneses központok koncentrációjának meghatározását a kristály különböző szerkezetű régióiban.
De az EPR-spektrum nemcsak egy kristályban lévő ion jellemzője, hanem magának a kristálynak is, az elektronsűrűség eloszlásának, a kristálytérnek, a kristályban az ionosság-kovalencia jellemzőinek, és végül egyszerűen egy diagnosztikai jellemzőnek. ásványi anyag, mivel minden ásványban minden ionnak megvannak a maga egyedi paraméterei. Ebben az esetben a paramágneses központ egyfajta szonda, amely spektroszkópiai és szerkezeti jellemzőit ad mikrokörnyezetének.
Ezt az ingatlant az ún. a spin címkék és szondák módszere, amely egy stabil paramágneses központnak a vizsgált rendszerbe történő bevezetésén alapul. Mint ilyen paramágneses központ, általában egy nitroxil-gyököt használnak, amelyet anizotróp gÉs A tenzorok.
Mágneses magrezonancia spektroszkópia, NMR spektroszkópia- spektroszkópiai módszer kémiai objektumok tanulmányozására, a mágneses magrezonancia jelenségének felhasználásával. Az NMR jelenséget F. Bloch és E. Purcell amerikai fizikusok fedezték fel 1946-ban. A kémiai és gyakorlati alkalmazások szempontjából a legfontosabbak a proton mágneses rezonancia spektroszkópia (PMR spektroszkópia), valamint az NMR spektroszkópia szén-13-on (13C NMR spektroszkópia), fluor-19 (19F NMR spektroszkópia), foszfor-31 (31P) NMR spektroszkópia). Ha egy elemnek páratlan a rendszáma, vagy bármely (páros) elem izotópjának tömegszáma páratlan, akkor az ilyen elem magjának spinje nullától eltérő. A gerjesztett állapotból a normál állapotba az atommagok visszatérhetnek, gerjesztési energiát adva át a környező „rácsnak”, ami jelen esetben a vizsgálttól eltérő típusú elektronokat vagy atomokat jelent. Ezt az energiaátadási mechanizmust spin-rács relaxációnak nevezzük, hatékonysága pedig egy állandó T1-gyel jellemezhető, amit spin-rács relaxációs időnek nevezünk.
Ezek a tulajdonságok az NMR-spektroszkópiát kényelmes eszközzé teszik mind az elméleti szerves kémiában, mind a biológiai objektumok elemzésében.
Alapvető NMR technika
Az NMR-re szánt anyag mintáját vékony falú üvegcsőbe (ampullába) helyezzük. Amikor mágneses térbe helyezik, az NMR aktív magok (például 1 H vagy 13 C) elnyelik az elektromágneses energiát. A kibocsátott jel rezonanciafrekvenciája, abszorpciós energiája és intenzitása arányos a mágneses tér erősségével. Tehát egy 21 Tesla mezőben egy proton 900 MHz-es frekvencián rezonál.
Kémiai eltolódás
A lokális elektronikus környezettől függően egy molekulában a különböző protonok kissé eltérő frekvencián rezonálnak. Mivel ez a frekvenciaeltolás és az alaprezonanciafrekvencia is egyenesen arányos a mágneses térindukció nagyságával, ez az elmozdulás a mágneses tértől független dimenzió nélküli mennyiséggé alakul, amelyet kémiai eltolódásnak nevezünk. A kémiai eltolódást néhány referenciamintához viszonyított relatív változásként határozzuk meg. A frekvenciaeltolás rendkívül kicsi a fő NMR-frekvenciához képest. A jellemző frekvenciaeltolás 100 Hz, míg az alap NMR frekvencia 100 MHz nagyságrendű. Így a kémiai eltolódást gyakran ppm-ben fejezik ki. Egy ilyen kis frekvenciakülönbség észleléséhez az alkalmazott mágneses térnek állandónak kell lennie a mintatérfogatban.
Mivel a kémiai eltolódás az anyag kémiai szerkezetétől függ, a mintában lévő molekulák szerkezeti információinak megszerzésére szolgál. Például az etanol (CH 3 CH 2 OH) spektruma 3 megkülönböztető jelet ad, azaz 3 kémiai eltolódást: egyet a CH 3 csoportra, a másodikat a CH 2 csoportra és az utolsót az OH-ra. A tipikus eltolódás egy CH3-csoport esetében körülbelül 1 ppm, az OH-hoz kapcsolódó CH2-csoportnál 4 ppm, az OH-csoportnál pedig körülbelül 2-3 ppm.
A szobahőmérsékleten végbemenő molekuláris mozgás miatt a 3 metil-proton jelei átlagolódnak az NMR-folyamat során, amely csak néhány milliszekundumig tart. Ezek a protonok degenerálódnak és csúcsokat képeznek ugyanazon kémiai eltolódáskor. A szoftver lehetővé teszi a csúcsok méretének elemzését, hogy megértse, hány proton járul hozzá ezekhez a csúcsokhoz.
Spin-spin interakció
Az egydimenziós NMR spektrum szerkezetének meghatározásához a leghasznosabb információkat az aktív NMR magok közötti úgynevezett spin-spin kölcsönhatás szolgáltatja. Ez a kölcsönhatás a kémiai molekulákban lévő atommagok különböző spinállapotai közötti átmenetek eredménye, ami az NMR-jelek felhasadásához vezet. Ez a felosztás lehet egyszerű vagy összetett, és ennek következtében vagy könnyen értelmezhető, vagy zavaró lehet a kísérletező számára.
Ez a kötés részletes információt nyújt a molekulában lévő atomok kötéseiről.
Másodrendű interakció (erős)
Az egyszerű spin-spin csatolás feltételezi, hogy a csatolási állandó kicsi a jelek közötti kémiai eltolódások különbségéhez képest. Ha az eltolási különbség csökken (vagy a kölcsönhatási állandó növekszik), a minta multiplettek intenzitása torzul, és nehezebb lesz elemezni (különösen, ha a rendszer 2-nél több spint tartalmaz). A nagy teljesítményű NMR spektrométereknél azonban a torzítás általában mérsékelt, és ez lehetővé teszi a kapcsolódó csúcsok könnyű értelmezését.
A másodrendű effektusok a multiplettek közötti frekvenciakülönbség növekedésével csökkennek, így a nagyfrekvenciás NMR-spektrum kisebb torzítást mutat, mint az alacsony frekvenciájú spektrum.
Az NMR spektroszkópia alkalmazása fehérjék vizsgálatára
Az NMR-spektroszkópia legújabb innovációinak többsége a fehérjék úgynevezett NMR-spektroszkópiájában valósul meg, amely a modern biológia és gyógyászat nagyon fontos technikájává válik. Közös cél a röntgenkrisztallográfiával nyert képekhez hasonló, nagy felbontású 3 dimenziós fehérjeszerkezetek előállítása. Mivel egy fehérjemolekulában több atom van jelen, mint egy egyszerű szerves vegyületben, az alap 1H spektrum tele van átfedő jelekkel, ami lehetetlenné teszi a spektrum közvetlen elemzését. Ezért a probléma megoldására többdimenziós technikákat fejlesztettek ki.
E kísérletek eredményeinek javítása érdekében a tagged atom módszert alkalmazzák 13 C vagy 15 N felhasználásával. Ily módon lehetővé válik egy fehérjeminta 3D spektruma, amely áttörést jelent a modern gyógyszeriparban. Az utóbbi időben széles körben elterjedtek azok a technikák (előnyökkel és hátrányokkal is), amelyek nemlineáris mintavételezési módszereken alapulnak 4D spektrumok és nagyobb dimenziójú spektrumok előállítására, majd a szabad indukciós csillapítási jelet speciális matematikai technikákkal visszaállítják.
Kvantitatív NMR analízis
Az oldatok kvantitatív elemzésénél a csúcsterület használható a koncentráció mérésére a kalibrációs görbe módszerében vagy az addíciós módszerben. Ismertek olyan módszerek is, amelyeknél a fokozatos grafikon a kémiai eltolódás koncentrációfüggését tükrözi. Az NMR módszer alkalmazása a szervetlen analízisben azon alapul, hogy paramágneses anyagok jelenlétében a magrelaxációs idő felgyorsul. A relaxációs sebesség mérése többféle módszerrel is elvégezhető, megbízható és univerzális például az NMR-módszer impulzusos változata, vagy ahogy szokás nevezni, a spin echo módszer. Az ezzel a módszerrel végzett mérésnél a vizsgált mintára a rezonancia-abszorpció tartományában meghatározott időközönként mágneses térben rövid távú rádiófrekvenciás impulzusokat adunk A vevőtekercsben spin echo jel jelenik meg, melynek maximális amplitúdója összefügg a relaxációs időre egy egyszerű kapcsolat által. A hagyományos analitikai meghatározások elvégzéséhez nincs szükség a relaxációs ráták abszolút értékeinek meghatározására. Ezekben az esetekben korlátozhatunk valamilyen velük arányos mennyiség mérését, például a rezonáns abszorpciós jel amplitúdóját. Az amplitúdómérés egyszerű, könnyebben hozzáférhető berendezéssel végezhető el. Az NMR módszer jelentős előnye a mért paraméter széles értéktartománya. A spin echo beállítás segítségével a relaxációs idő 0,00001 és 100 s között határozható meg. 3...5%-os hibával. Ez lehetővé teszi egy oldat koncentrációjának meghatározását nagyon széles tartományban, 1...2 és 0,000001...0000001 mol/l között A leggyakrabban alkalmazott analitikai technika a kalibrációs gráf módszer. Heberlen U., Mehring M. Nagy felbontású NMR szilárd anyagokban. - M.: Mir. - 1980.
NMR spektroszkópia
Mágneses magrezonancia spektroszkópia, NMR spektroszkópia- spektroszkópiai módszer kémiai objektumok tanulmányozására, a mágneses magrezonancia jelenségének felhasználásával. A kémia és a gyakorlati alkalmazások szempontjából a legfontosabbak a proton mágneses rezonancia spektroszkópia (PMR spektroszkópia), valamint az NMR spektroszkópia szén-13-on (13 C NMR spektroszkópia), fluor-19 (infravörös spektroszkópia, az NMR információkat tár fel a vegyi anyagok molekulaszerkezetéről Az IS-nél azonban teljesebb információt nyújt, lehetővé téve a mintában zajló dinamikus folyamatok tanulmányozását - a kémiai reakciók sebességi állandóinak, az intramolekuláris forgás energiagátjainak meghatározását.Ezek a tulajdonságok teszik az NMR-spektroszkópiát kényelmes eszközzé mind az elméleti szerves szerves anyagokban. kémia és biológiai objektumok elemzésére.
Alapvető NMR technika
Az NMR-re szánt anyag mintáját vékony falú üvegcsőbe (ampullába) helyezzük. Amikor mágneses térbe helyezik, az NMR aktív magok (például 1 H vagy 13 C) elnyelik az elektromágneses energiát. A kibocsátott jel rezonanciafrekvenciája, abszorpciós energiája és intenzitása arányos a mágneses tér erősségével. Tehát egy 21 Tesla mezőben egy proton 900 MHz-es frekvencián rezonál.
Kémiai eltolódás
A lokális elektronikus környezettől függően egy molekulában a különböző protonok kissé eltérő frekvencián rezonálnak. Mivel ez a frekvenciaeltolás és az alaprezonancia-frekvencia is egyenesen arányos a mágneses tér erősségével, ez az elmozdulás a mágneses tértől független, dimenzió nélküli mennyiséggé alakul, amelyet kémiai eltolódásnak nevezünk. A kémiai eltolódást néhány referenciamintához viszonyított relatív változásként határozzuk meg. A frekvenciaeltolás rendkívül kicsi a fő NMR-frekvenciához képest. A jellemző frekvenciaeltolás 100 Hz, míg az alap NMR frekvencia 100 MHz nagyságrendű. Így a kémiai eltolódást gyakran ppm-ben fejezik ki. Egy ilyen kis frekvenciakülönbség észleléséhez az alkalmazott mágneses térnek állandónak kell lennie a mintatérfogatban.
Mivel a kémiai eltolódás az anyag kémiai szerkezetétől függ, a mintában lévő molekulák szerkezeti információinak megszerzésére szolgál. Például az etanol (CH 3 CH 2 OH) spektruma 3 megkülönböztető jelet ad, azaz 3 kémiai eltolódást: egyet a CH 3 csoportra, a másodikat a CH 2 csoportra és az utolsót az OH-ra. A tipikus eltolódás egy CH3-csoport esetében körülbelül 1 ppm, az OH-4 ppm-hez és az OH-hoz kapcsolódó CH2-csoport esetében körülbelül 2-3 ppm.
A szobahőmérsékleten végbemenő molekuláris mozgás miatt a 3 metil-proton jelei átlagolódnak az NMR-folyamat során, amely csak néhány milliszekundumig tart. Ezek a protonok degenerálódnak és csúcsokat képeznek ugyanazon kémiai eltolódáskor. A szoftver lehetővé teszi a csúcsok méretének elemzését, hogy megértse, hány proton járul hozzá ezekhez a csúcsokhoz.
Spin-spin interakció
Az egydimenziós NMR spektrum szerkezetének meghatározásához a leghasznosabb információkat az aktív NMR magok közötti úgynevezett spin-spin kölcsönhatás szolgáltatja. Ez a kölcsönhatás a kémiai molekulákban lévő atommagok különböző spinállapotai közötti átmenetek eredménye, ami az NMR-jelek felhasadásához vezet. Ez a felosztás lehet egyszerű vagy összetett, és ennek következtében vagy könnyen értelmezhető, vagy zavaró lehet a kísérletező számára.
Ez a kötés részletes információt nyújt a molekulában lévő atomok kötéseiről.
Másodrendű interakció (erős)
Az egyszerű spin-spin csatolás feltételezi, hogy a csatolási állandó kicsi a jelek közötti kémiai eltolódások különbségéhez képest. Ha az eltolási különbség csökken (vagy a kölcsönhatási állandó növekszik), a minta multiplettek intenzitása torzul, és nehezebb lesz elemezni (különösen, ha a rendszer 2-nél több spint tartalmaz). A nagy teljesítményű NMR spektrométereknél azonban a torzítás általában mérsékelt, és ez lehetővé teszi a kapcsolódó csúcsok könnyű értelmezését.
A másodrendű effektusok a multiplettek közötti frekvenciakülönbség növekedésével csökkennek, így a nagyfrekvenciás NMR-spektrum kisebb torzítást mutat, mint az alacsony frekvenciájú spektrum.
Az NMR spektroszkópia alkalmazása fehérjék vizsgálatára
Az NMR-spektroszkópia legújabb innovációinak többsége a fehérjék úgynevezett NMR-spektroszkópiájában valósul meg, amely a modern biológia és gyógyászat nagyon fontos technikájává válik. Az általános cél egy fehérje 3-dimenziós szerkezetének nagy felbontású megszerzése, hasonlóan a röntgenkrisztallográfiával kapott képekhez. Mivel egy fehérjemolekulában több atom van jelen, mint egy egyszerű szerves vegyületben, az alap 1D spektrum tele van átfedő jelekkel, ami lehetetlenné teszi a spektrum közvetlen elemzését. Ezért a probléma megoldására többdimenziós technikákat fejlesztettek ki.
E kísérletek eredményeinek javítására a tagged atom módszert alkalmazzák, 13 C vagy 15 N felhasználásával. Ily módon lehetővé válik egy fehérjeminta 3D spektruma, amely áttörést jelent a modern gyógyszeriparban. Az utóbbi időben széles körben elterjedtek a 4D spektrumok és a nagyobb dimenziójú spektrumok előállítására szolgáló technikák, amelyek nemlineáris mintavételi módszereken alapulnak, majd a szabad indukciós csillapítási jelet speciális matematikai technikákkal visszaállítják.
Irodalom
- Gunther X. Bevezetés az NMR spektroszkópiai kurzusba. - Per. angolról - M., 1984.
Wikimédia Alapítvány. 2010.
Nézze meg, mi az „NMR spektroszkópia” más szótárakban:
Mágneses magrezonancia spektroszkópia 13, 13C szénatomokon Az NMR-spektroszkópia a 13C szénizotóp magjait használó NMR-spektroszkópia egyik módszere. A 13C atommag spinje alapállapotban 1/2, tartalma a természetben... ... Wikipédia
Emberi agy képe orvosi NMR-tomográfon Mágneses magrezonancia (NMR) rezonancia-elnyelése elektromágneses energiának egy olyan anyag által, amely nullától eltérő spinű magokat tartalmaz külső mágneses térben, amelyet átirányítás okoz ... ... Wikipédia
NMR spektroszkópia
NMR spektroszkópia
mágneses rezonancia spektroszkópia- magnetinio branduolių rezonanso spektroskopija statusas T terület Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Spektroskopija, pagrįsta kietųjų, skystųjų ir dujinių magnetinio atommagos rezonanso reiškiniu. atitikmenys: engl. NMR...... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
mágneses magrezonancia spektroszkópia- branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija statusas T terület fizika atitikmenys: engl. NMR spektroszkópia; mágneses magrezonancia spektroszkópia vok. magnetische Kernresonanzspektroskopie, f; NMR Spektroskopie, f rus. nukleáris spektroszkópia… Fizikos terminų žodynas
Magnetinio atommag rezonanso spektroszkópia státusza T terület Standartizálás és metrológiai meghatározás Spektroskopija, pagrįsta kietųjų, skystųjų ir dujinių mágneses mágneses magok rezonanso reiškiniu. atitikmenys: engl. NMR...... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
magrezonancia spektroszkópia- branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija statusas T terület fizika atitikmenys: engl. NMR spektroszkópia; mágneses magrezonancia spektroszkópia vok. magnetische Kernresonanzspektroskopie, f; NMR Spektroskopie, f rus. nukleáris spektroszkópia… Fizikos terminų žodynas
Kutatási módszerek összessége. VA-ban atomjaik, ionjaik és molekuláik abszorpciós spektruma szerint. mag. rádióhullámok. A sugárzás magában foglalja az elektronparamágneses módszereket. rezonancia (EPR), magmágneses. rezonancia (NMR), ciklotron rezonancia stb. Természettudomány. enciklopédikus szótár
Emberi agy képe orvosi NMR-tomográfon Mágneses magrezonancia (NMR) rezonancia abszorpciója vagy elektromágneses energia kibocsátása nullától eltérő spinű magokat tartalmazó anyag által külső mágneses térben, ν ... ... frekvencián Wikipédia
Allil hasítás- függőség spin-spin kölcsönhatási állandók a protonok között allil rendszerekben ( 4 J ), ami nagyban függ a torziós szögtől a HC 2 C 3 és C 1 C 2 C 3 atomok alkotta síkok között.
Anulens- ciklikus konjugált rendszerek.
Atropikus molekulák- olyan vegyületek molekulái, amelyek nem termelnek gyűrűáramot.
Kapcsolási szög (θ) - az egy szénatomon lévő két kötés közötti szög.
Vicinális kölcsönhatás - kölcsönhatás a három kötéssel elválasztott magok között.
Off-rezonancia leválasztás(rezonancia szétkapcsolás) - lehetővé teszi a CH 3, CH 2, CH csoportok és a kvaterner szénatom jeleinek megkülönböztetését. Az off-rezonancia szétcsatolás megfigyelésére olyan frekvenciát használnak, amely közel van a kémiai eltolódáshoz, de nem felel meg a jel rezonanciafrekvenciájának. Ez az elnyomás az interakciók számának csökkenéséhez vezet, egészen addig a pontig, hogy csak a közvetleneket rögzítik. J(C,H) kölcsönhatások.
Geminal kölcsönhatás - kölcsönhatás a két kötés által elválasztott magok között.
Heteronukleáris korrelációs spektroszkópia (HETCOR)- ezekben a kísérletekben az 1 H spektrumok kémiai eltolódásait az egyik tengelyen, míg a 13 C kémiai eltolódásokat a másik tengelyen helyezzük el. HETCOR - A COSY heteronukleáris változata, amely indirekt heteronukleáris spin-spin kölcsönhatásokat használ 1 H és 13 C között.
HMQC - HEeronukleárisMultyQuantumKorreláció- regisztrációs 1 N 13 C-ról való leválasztással.
HSQC – HEeronukleáris multikvantum korreláció- HMQC opció
COLOC – Hosszú korreláció (nagyon hosszú)
HMBC (HETeronuclear MultiplBond Correlation)- a HMQC kísérlet egy változata hosszú távú heteronukleáris spin-spin kölcsönhatások kimutatására. A HMBC magasabb jel-zaj arányt produkál, mint a HMQC kísérlet.
Giromágneses arány (γ ) - az atommag mágneses tulajdonságainak egyik jellemzője.
Homoalli interakció- kölcsönhatás 5 kötésen keresztül az allil rendszerben.
További kölcsönhatás - kölcsönhatás a 3-nál több kapcsolattal (általában 4-5 kapcsolaton keresztül) elválasztott magok között.
Érzékelő- olyan eszköz, amely impulzusok továbbítását a mintához és a rezonanciajelek regisztrálását biztosítja. Az érzékelők szélessávúak és szelektíven hangolhatók. A mágnes aktív tartományába vannak felszerelve.
Diéderes (torziós) szög- a két sík által bezárt szög a vizsgált kapcsolatok között.
KétdimenziósJ- spektrumok. A kétdimenziós J-spektroszkópiát az SSV-hez kapcsolódó egy frekvenciakoordináta és egy kémiai eltolódásokhoz kapcsolódó második koordináta jelenléte jellemzi. A legelterjedtebb a kétdimenziós J-spektrum kontúrábrázolása két egymásra merőleges koordinátában.
Kétdimenziós NMR spektroszkópia - kísérletek impulzusszekvenciákkal, ami lehetővé teszi az NMR-spektrum megszerzését olyan ábrázolásban, amelyben az információ két frekvenciakoordinátán van elosztva, és az NMR-paraméterek kölcsönös függésére vonatkozó információval gazdagodik. Az eredmény egy négyzetes spektrum két merőleges tengellyel és egy olyan jellel, amelynek a frekvenciaábrázolásban maximuma a (, ) koordinátákkal rendelkező pontban, azaz az átlón van.
Delta skála (δ -skála) - olyan skála, amelyben a TMS protonok kémiai eltolódását nullának vesszük.
Diamágneses eltolódás- a rezonáns jel eltolódása a gyenge tértartományba (nagy értékek δ ).
Diatróp molekulák- 4-től törölve n+2 π elektron, amely Hückel szabálya szerint aromás.
Dupla - két kölcsönható mag jele, amelyet az 1H NMR spektrumban két azonos intenzitású vonal képvisel.
Izokron magok- azonos kémiai eltolódási értékkel rendelkező magok. Gyakran kémiailag egyenértékűek, vagyis azonos kémiai környezettel rendelkeznek.
Integrált jel intenzitása(görbe alatti terület) - integrátorral mérve, lépcsők formájában ábrázolva, amelyek magassága arányos a területtel és mutatja relatív szám protonok.
Impulzus spektroszkópia - a mágneses magok gerjesztésének módszere - rövid és erős (több száz kilowatt) nagyfrekvenciás impulzus felhasználásával. A ν o vivőfrekvenciájú és t p időtartamú impulzus gerjesztési sávot hoz létre a +1/t p frekvenciatartományban. Ha az impulzus hossza több mikroszekundum, és ν o megközelítőleg megfelel a rezonancia frekvenciatartomány középpontjának egy adott típusú mag esetében, akkor a sáv a teljes frekvenciatartományt lefedi, biztosítva az összes mag egyidejű gerjesztését. Ennek eredményeként egy exponenciálisan csökkenő szinuszhullám (ESW) rögzítésre kerül. Információkat tartalmaz mind a frekvenciáról, azaz valójában a kémiai eltolódásról, mind a vonal alakjáról. A számunkra ismertebb formát - a spektrumot a frekvenciaábrázolásban - a SIS-ből kapjuk a Fourier-transzformációnak nevezett matematikai eljárással.
Pulzáló NMR- mágneses magok gerjesztésének módszere rövid és erős (több száz kilowattos) nagyfrekvenciás impulzus segítségével. Az impulzus során minden mag egyidejűleg izgalomba kerülnek, majd az impulzus leállása után a magok visszatérnek (elernyednek) eredeti alapállapotukba. Az atommagok relaxációja által okozott energiaveszteség egy jel megjelenéséhez vezet, amely az összes magból érkező jelek összege, és nagyszámú csillapított jellel írható le. szinuszos görbék időskálán, amelyek mindegyike egy bizonyos rezonanciafrekvenciának felel meg.
Spin-spin interakciós állandó (SSIC)- a különböző magok kölcsönhatásának mennyiségi jellemzői.
Korrelációs spektroszkópia (COSY) - kísérletezzen két 90 o-os impulzussal. Az ilyen típusú kétdimenziós spektroszkópiában a spin-csatolt mágneses magok kémiai eltolódásai korrelálnak. A kétdimenziós COZY spektroszkópia bizonyos körülmények között segít feltárni nagyon kis állandók jelenlétét, amelyek általában láthatatlanok az egydimenziós spektrumokban.
KÉNYELMES- kísérletek, amelyekben az impulzus időtartamát változtatják. Ez lehetővé teszi az átlós csúcsok méretének csökkentését, amelyek megnehezítik a közeli keresztcsúcsok azonosítását (COSY45, COSY60).
DQF-COSY - kettős kvantált szűrő - elnyomja az átlón lévő szinguletteket és az ezeknek megfelelő interferenciát.
COSYLR (hosszú rang)- COZY kísérlet, amely lehetővé teszi a hosszú távú kölcsönhatások meghatározását.
TOCSY - TeljesKorrelációSpektroszkópia- felvételi mód, amely lehetővé teszi, hogy keresztcsúcsokat kapjon a rendszer összes pörgetése között a jelekkel telített spektrumban a mágnesezés kötésein keresztül a vizsgált szerkezeti fragmentumban. Leggyakrabban biomolekulák tanulmányozására használják.
Larmor frekvencia- precessziós frekvencia NMR-ben.
Mágnesesen egyenértékű azok az atommagok, amelyeknek azonos a rezonanciafrekvenciája és a spin-spin kölcsönhatási állandó jellemző értéke bármely szomszédos csoport magjaival.
Multikvantum koherenciák- szuperpozíciós állapotok, amikor két vagy több kölcsönhatásban lévő spin ½ egyidejűleg irányul át.
Többdimenziós NMR- NMR spektrumok regisztrálása egynél több frekvenciaskálával.
Multiplet - egy csoport jele, amely több vonalként jelenik meg.
Közvetett spin kölcsönhatás - magok közötti kölcsönhatás, amely a molekulán belül egy kötésrendszeren keresztül továbbítódik, és a gyors molekulamozgás során nem átlagolják.
Paramágneses részecskék - párosítatlan elektront tartalmazó részecskék, amelyeknek nagyon nagy mágneses momentuma van.
Paramágneses eltolódás- a rezonáns jel eltolódása egy erős mező tartományába (nagy értékek δ ).
Paratróp molekulák - törölve 4-gyel egyenlő π elektronok számával n.
A közvetlen spin-spin kölcsönhatás állandója az az egy kötéssel elválasztott atommagok közötti kölcsönhatást jellemző állandó.
Közvetlen spin-spin interakció- az atommagok közötti kölcsönhatás, amely a téren keresztül terjed.
Rezonáns jel - spektrális vonal, amely megfelel a nagyfrekvenciás oszcillátor által okozott sajátállapotok közötti átmenet során fellépő energiaelnyelésnek.
Relaxációs folyamatok - energiaveszteség a felső szinten és visszatérés az alsó energiaszintre a nem sugárzási folyamatok miatt.
VAL VEL viping- a mágneses tér fokozatos változása, amelynek eredményeként rezonanciafeltételek érhetők el.
Elsőrendű spektrumok- spektrumok, amelyekben a mágnesesen egyenértékű atommagok egyes csoportjainak kémiai eltolódásainak különbsége ν o lényegesen nagyobb, mint a spin-spin kölcsönhatási állandó J .
Spin-rács relaxáció - a relaxációs folyamat (energiaveszteség), amelynek mechanizmusa a környezet helyi elektromágneses mezőivel való kölcsönhatáshoz kapcsolódik.
Pörgés-pörgés relaxáció - a relaxációs folyamat az egyik gerjesztett magból a másikba való energiaátvitel eredményeként megy végbe.
Az elektronok spin-spin kölcsönhatása- különböző atommagok mágneses kölcsönhatásából származó kölcsönhatás, amely közvetlenül nem kötött magok kémiai kötéseinek elektronjain keresztül továbbítható.
Spin rendszer- ez egy olyan magcsoport, amely kölcsönhatásba lép egymással, de nem lép kölcsönhatásba olyan magokkal, amelyek nem részei a spinrendszernek.
Kémiai eltolódás - a vizsgált mag jelének elmozdulása a standard anyag magjainak jeléhez képest.
Kémiailag egyenértékű magok- azonos rezonanciafrekvenciával és azonos kémiai környezettel rendelkező magok.
Női ing - az NMR spektroszkópiában így nevezik azokat az elektromágneses tekercseket, amelyek alacsony intenzitású mágneses tereket hoznak létre, amelyek az erős mágneses tér inhomogenitását korrigálják.
Szélessávú adatcsere(1 N szélessávú szétválasztás) - erős besugárzás alkalmazása, amely lefedi a protonkémiai eltolódások teljes tartományát, annak érdekében, hogy teljes mértékben eltávolítsuk mind a 13 C 1 H kölcsönhatást.
Árnyékolás - a rezonáns jel helyzetének változása más atommagok indukált mágneses tereinek hatására.
Van der Waals hatás- egy proton és egy szomszédos csoport közötti erős térbeli kölcsönhatás során fellépő hatás, amely az elektroneloszlás gömbszimmetriájának csökkenését és az átvilágítási hatáshoz való paramágneses hozzájárulás növekedését okozza, ami viszont eltolódáshoz vezet. a jelet egy gyengébb mezőre.
Zeeman hatás- az energiaszintek felosztása mágneses térben.
Tető hatás- a központi vonalak intenzitásának növekedése és a távoli vonalak intenzitásának csökkenése a multipletben.
Mágneses anizotrópia hatás(az úgynevezett anizotrópia kúp) a másodlagos indukált mágneses mezők hatásának eredménye.
Nukleáris kvadrupólus rezonancia (NQR) - spinkvantumszámú magokra figyelték meg én > 1/2 a magtöltés nem gömbi eloszlása miatt. Az ilyen atommagok kölcsönhatásba léphetnek a külső elektromos mezők gradienseivel, különösen azon molekula elektronhéjainak gradienseivel, amelyekben az atommag található, és spinállapotuk eltérő energiákkal jellemezhető még külső mágneses tér hiányában is.
Nukleáris magneton A magmagneton értékét a következő képlet segítségével számítjuk ki:
Nukleáris mágneses rezonancia Az NMR (NMR) egy fizikai jelenség, amelyet a molekulák tulajdonságainak tanulmányozására használnak, amikor az atommagokat mágneses térben rádióhullámokkal sugározzák be.
Nukleáris tényező - az atommag töltésének és tömegének aránya.
