Transcript ЯМР
ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Временное и частотное представление спектра Mу’ ∆ω x’ Mx’ ∆ω y’ сия ди сп ер My = Mxycosωt Mx = Mxysinωt поглощение 1 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Временное и частотное представление спектра t ν0 ν t ν0 ν Фурьепреобразование 2 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Преобразование Фурье f ( ) f (t )e it dt it e cos(t ) i sin(t ) My = Mxycosωt Mx = Mxysinωt Re[ f ( )] Im[ f ( )] f (t ) cos(t )dt f (t ) sin(t )dt Спектр поглощения Спектр дисперсии 3 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Несколько сигналов. Импульсная спектроскопия. h∆ν∆t ~ h t ν 4 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Спад свободной индукции (ССИ, FID) 0.004 0.006 0.008 sec 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 sec 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 sec 5 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Спад свободной индукции (ССИ, FID) T 2* T2 T 2* 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 sec 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 sec 6 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Спад свободной индукции (ССИ, FID) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 sec 4.0 sec x16 ССИ 0.5 1.0 ШУМ 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 7 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Оцифровка сигнала. Частота сигнала. Ширина спектра: SW Частота выборки: DW 1 DW 2 SW Теорема Найквиста: Для того, чтобы охарактеризовать колеблющийся сигнал, он должен определяться минимум двумя точками на длину волны. Оцифровка сигналов с высокой частотой, не попавших в диапазон SW производится, но они определяются с «ложной» частотой. 8 5 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Оцифровка сигнала. Цифровое разрешение Время регистрации TD AQ DW TD 2SW Цифровое разрешение DW TD DR 6.00 5.95 5.90 5.85 5.80 ppm 5.95 5.90 5.85 5.80 5.75 ppm 5.756.005.70 5.65 5.60 Hz/cm 5.95 16.06 5.90 Scale: 0.03225 ppm/cm, 16.13 Hz/cm Scale: 0.03211 ppm/cm, Scale: 2K Полный_ диапазон_ част от SW 2SW 1 Общее_ число _ т очек_ данных SI TD AQ 4K 0.03218 5.85 5.80 ppm/cm, 16.1 8K ppm Hz/cm ppm5.85 5.80 5.95 5.90 5.85 5.80 ppm 5.95 5.90 Scale: 0.03218 ppm/cm, 16.10.03218 Hz/cm ppm/cm, 16.1 Hz/cm Scale: 16K 128K 9 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Оцифровка сигнала. Цифровое разрешение SW 2SW 1 DR SI TD AQ TD = 2SI Влияние DR: •Точность определения частот сигналов •Точность определения интенсивностей сигналов •Форма линии SI или дополнение нулями TD = 16K 8K 5.346 5.344 5.342 5.340 5.338 ppm 5.336 5.3465.334 5.344 16K 5.342 5.340 5.338 5.336 32K ppm 5.334 5.344 5.342 5.340 5.338 ppm 10 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Динамический диапазон АЦП АЦП на 16 bit: ±32767 = 215-1 Накопление (усреднение) сигнала Изменение соотношения сигнал/шум при накоплении 11 ЯМР. Часть 5. Особенности проведения эксперимента Соотношение сигнал/шум S/N ~ N×γex×γdet3/2×B03/2×NS1/2×T21/2 S/N – соотношение сигнал/шум N – количество ядер (концентрация) γex – гиромагнитное отношение возбужденных спинов γdet – гиромагнитное отношение детектируемых спинов B0 – напряженность постоянного магнитного поля NS – количество сканов T2 – время поперечной релаксации 12 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра Операции с ССИ Полный ССИ Обрезанный ССИ ССИ после дополнения нулями и аподизации ССИ после линейного предсказания 13 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра Операции с ССИ. Аподизация em lb=1 gm; lb=-1, gb=0.2 0.4 sec 0.6 gm; lb=-1, gb=0.4 tm 4.70 4.65 4.60 ppm 14 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра tm Операции с ССИ. Аподизация. Трапецеидальное умножение. tm1 0 tm2 1 15 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра em lb=1 Операции с ССИ. Аподизация. Экспоненциальное умножение 5.95 5.94 5.93 5.92 5.91 5.90 5.89 5.88 5.87 5.86 5.85 5.84 5.83 5.82 ppm 5.81 5.80 5.79 5.78 Scale: 0.007603 ppm/cm, 3.802 Hz/cm lb = 3 lb = 1 156 155 154 153 152 151 150 149 ppm 156 155 154 153 152 151 150 149 ppm 5.94 5.92 5.90 5.88 5.86 ppm 5.84 5.82 5.80 Scale: 0.007603 ppm/cm, 3.802 Hz/cm 16 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра gm; lb=-1, gb=0.2 Операции с ССИ. Аподизация. Лоренц-Гауссово преобразование lb = -1 gb = 0.5 5.94 5.92 5.90 5.88 5.86 ppm 5.84 5.82 5.80 Scale: 0.007603 ppm/cm, 3.802 Hz/cm lb = -1 gb = 0.2 5.94 5.95 5.94 5.93 5.92 5.91 5.90 5.89 5.88 5.87 5.86 5.85 5.84 5.83 5.82 ppm 5.81 5.80 5.79 5.78 Scale: 0.007603 ppm/cm, 3.802 Hz/cm 5.92 5.90 5.88 5.86 ppm 5.84 5.82 5.80 Scale: 0.007603 ppm/cm, 3.802 Hz/cm 17 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра Линейное предсказание. 0.0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 sec 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 sec sec 0.001 120 120 110 110 100 100 90 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 sec 0.7 30 30 20 20 10 10 0 0 -10 -10 -20 -20 ppm ppm 18 ЯМР. Часть 6. Обработка спектра Методология обработки спектра 1. Редактирование ССИ • Дополнение нулями (SI) • Линейное предсказание • Аподизация (tm, em, gm) 2. Фурье – преобразование (ft) 3. Коррекция фазы 4. Коррекция базовой линии 5. Калибровка химического сдвига 6. Подписывание сигналов 7. Интегрирование 19 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Химическая шкала. Разрешение. ref SF ref SF SWH SW (ppm) SFO1 2 6 6 2 SR 10 10 1 1 SR O1 BF SF м.д. (ppm) (ν в МГц ) 20 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Химическая шкала. сильное поле слабое поле частота Ξ – шкала: = 0 м.д. при условии X H H , слабое поле сильное поле X ∆ – шкала: δстандарта = 0 м.д., слабое поле сильное поле τ – шкала (1H, устар.): δстандарта = 10 м.д., сильное поле слабое поле 21 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Экранирование. 0.40 [2] H3C 2 OH 1 0.30 0.20 0.10 [1] 0.00 2000 1000 0 - константа экранирования Ларморова частота : = -Bloc B = Bo (1-) Bloc = B0 - Binduced Внешнее магнитное поле индуцирует токи электронов Индуцированное локальное магнитное поле 22 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Экранирование. Кольцевые токи. ароматические протоны (~6-8 м.д.) Bloc = B0 - Binduced винильные протоны (~5-6 м.д.) альдегидные протоны (~9-10 м.д.) 23 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Спектр ЯМР простого вещества Ванилин 24 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Спектр ЯМР простого вещества 25 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Зависимость химического сдвига. •Температура •pH •Концентрация Растворитель Группа CDCl3 (CD3)2CO (CD3)2SO C6D6 CD3OD хлороформ CH 7.24 8.02 8.32 6.15 7.90 ацетон CH3 2.17 2.05 2.05 1.55 2.15 2.22 ДМСО CH3 2.62 2.52 2.54 1.68 2.65 2.71 бензол CH 7.36 7.36 7.37 7.15 7.33 метанол CH3 3.49 3.31 3.16 3.07 3.34 OH 1.09 3.12 4.01 H2O 1.56 2.84 3.33 0.4 4.87 вода D2O 3.34 26 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Измеряемые параметры ЯМР Наблюдаемые параметры Получаемая из них информация Химические сдвиги 1H, 13C, 15N, 19F, 31P … Отнесение сигналов, вторичная структура белка и т.д. Интегральные интенсивности сигналов Количество измеряемого компонента, кинетические характеристики Константы спин-спинового взаимодействия Характеристика хим. связей, диэдральные углы Ядерные эффекты Оверхаузера (взаимодейств. через пространство) Расстояния между ядрами (1H – 1H < 5A) Ширины линий, времена релаксации ядер, кросс-релаксация Динамика, подвижность биомолекулы, конформационные переходы 27 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Hz Hz sec 5.36 ppm 9 8 7 6 5 4 0.92 3 0.90 ppm ppm 2 1 0 Scale: 0.5744 ppm/cm, 287.3 Hz/cm 4.89 10 0.94 100.00 11 5.32 usec usec K sec ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 1H P1 12.80 usec PL1 2.00 dB PL1W 19.01871872 W SFO1 500.1330008 MHz SI 65536 SF 500.1300099 MHz WDW GM SSB 0 LB -0.50 Hz GB 0.5 PC 1.00 12 5.34 0.918 0.916 0.914 0.912 0.911 CD2Cl2 1 1 20100603 15.19 spect 5 mm PABBO BBzg 65536 CD2Cl2 32 0 7002.801 0.106854 4.6793203 203 71.400 142.79 298.8 5.00000000 1 3.70 NAME EXPNO PROCNO Date_ Time INSTRUM PROBHD PULPROG TD SOLVENT NS DS SWH FIDRES AQ RG DW DE TE D1 TD0 5.342 5.340 5.338 CD2Cl2 T = 300K 1.534 Спектр 1H 28 NAME EXPNO PROCNO Date_ Time INSTRUM PROBHD PULPROG TD SOLVENT NS DS SWH FIDRES AQ RG DW DE TE D1 TD0 CD2Cl2 1 1 20100603 15.19 spect 5 mm PABBO BBzg 65536 CD2Cl2 32 0 7002.801 0.106854 4.6793203 203 71.400 142.79 298.8 5.00000000 1 5.342 5.340 5.338 Спектр 1H DE 142.79 usec 298.8 K ЯМР. Часть 7. TE Спектр ЯМР D1 5.00000000 sec CD2Cl2 TD0 T = 300K 1 Hz Hz sec usec usec K sec ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 1H ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 1H P1 12.80 usec PL1 2.00 dB PL1W 19.01871872 W SFO1 500.1330008 MHz SI 65536 SF 500.1300099 MHz WDW GM SSB 0 LB -0.50 Hz GB 0.5 PC 1.00 12 11 10 9 29 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Спектр 13С 12.717 70 31.223 25.983 25.806 25.719 69.568 80 55.319 52.256 51.555 51.057 44.760 77.600 77.347 77.093 87.076 92.654 116.378 123.242 V31 1301 1 20101008 10.11 spect 5 mm PABBO BBzgpg 131072 CDCl3 128 8 31250.000 0.238419 2.0972021 203 16.000 6.50 300.5 4.00000000 0.03000000 1 131.724 128.638 NAME EXPNO PROCNO Date_ Time INSTRUM PROBHD PULPROG TD SOLVENT NS DS SWH FIDRES AQ RG DW DE TE D1 D11 TD0 137.817 V31 solvent:CDCL3 T = 300K Hz Hz sec usec usec K sec sec ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 13C P1 9.30 usec PL1 0.00 dB PL1W 92.43742371 W SFO1 125.7728799 MHz ======== CHANNEL f2 ======== CPDPRG2 waltz16 NUC2 1H PCPD2 79.50 usec PL2 2.00 dB PL12 18.00 dB PL13 28.00 dB PL2W 19.17720795 W PL12W 0.48170969 W PL13W 0.04817097 W SFO2 500.1325007 MHz SI 131072 SF 125.7577498 MHz WDW EM SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0 PC 1.40 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 60 50 40 30 20 10 30 ppm ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 13C P1 9.30 usec PL1 0.00 dB PL1W 92.43742371 W SFO1 125.7728799 MHz Hz Hz sec usec usec K sec sec ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 13C P1 9.30 usec PL1 0.00 dB PL1W 92.43742371 W ======== CHANNEL f2 ======== CPDPRG2 waltz16 NUC2 1H PCPD2 79.50 usec PL2 2.00 dB PL12 18.00 dB PL13 28.00 dB PL2W 19.17720795 W PL12W 0.48170969 W PL13W 0.04817097 W SFO2 500.1325007 MHz SI 131072 SF 125.7577498 MHz WDW EM SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0 PC 1.40 31 123.242 V31 1301 1 20101008 10.11 spect 5 mm PABBO BBzgpg 131072 CDCl3 128 8 31250.000 0.238419 2.0972021 203 16.000 6.50 300.5 4.00000000 0.03000000 1 D11 TD0 300.5 K 4.00000000 sec 0.03000000 sec 1 131.724 128.638 NAME EXPNO PROCNO Date_ Time INSTRUM PROBHD PULPROG TD SOLVENT NS DS SWH FIDRES AQ RG DW DE TE D1 D11 TD0 TE ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР D1 137.817 V31 solvent:CDCL3 T = 13 300K Спектр С ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Двумерный спектр (1H/1H) V31 solvent:CDCL3 T = 300K ppm 1 2 3 4 5 6 7 8 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 ppm NAME EXPNO PROCNO Date_ Time INSTRUM PROBHD PULPROG TD SOLVENT NS DS SWH FIDRES AQ RG DW DE TE D0 D1 D13 D16 IN0 V31 3 1 20101008 10.12 spect 5 mm PABBO BBcosygpqf 1024 CDCl3 2 16 4000.000 3.906250 0.1280500 114 125.000 6.50 300.2 0.00000300 1.50000000 0.00000400 0.00010000 0.00024995 Hz Hz sec usec usec K sec sec sec sec sec ======== CHANNEL f1 ======== NUC1 1H P0 12.80 usec P1 12.80 usec PL1 2.00 dB PL1W 19.17720795 W SFO1 500.1322506 MHz ====== GRADIENT CHANNEL ===== GPNAM1 SINE.100 GPZ1 10.00 % P16 1000.00 usec ND0 1 TD 256 SFO1 500.1323 MHz FIDRES 15.629133 Hz SW 8.000 ppm FnMODE QF SI 1024 SF 500.1300237 MHz WDW QSINE SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0 PC 1.40 SI 1024 MC2 QF SF 500.1300237 MHz WDW QSINE SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0 32 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Файловая структура 33 ЯМР. Часть 7. Спектр ЯМР Файловая структура 34