Навигация
Внутренний и внешний стандарт
31074
знака
0
таблиц
7
изображений
2. Внутренний и внешний стандарт
Химический сдвиг, как правило, приводится относительно резонансной частоты вещества-стандарта, которое добавляется в исследуемый раствор или помещается в капилляр. В этом случае, как показано ранее, химический сдвиг зависит от резонансной частоты используемого стандарта. Величина химического сдвига имеет смысл только в случае, если указан стандарт, относительно которого приводится его значение. В табл. приведены основные вещества, используемые в качестве стандартов. Если же химический сдвиг приведен относительно другого вещества, используемого в качестве стандарта, то его значение всегда можно пересчитать относительно общепринятого стандарта.
Как внешний, так и внутренний стандарты обладают рядом преимуществ и недостатков. Внутренний стандарт может вступать во взаимодействие с другими молекулами, присутствующими в растворе, что приводит к сдвигу сигнала стандарта, т.е. к сдвигу нулевой точки. Взаимодействие стандарта с исследуемым веществом также может привести к изменению вида его спектра. Поэтому основным требованием, предъявляемым к внутреннему стандарту, является уменьшение этого эффекта. Очевидно, что внутренний стандарт должен быть химически стабильным соединением и хорошо растворимым в используемом растворителе. Всем этим условиям вполне удовлетворяют такие вещества, как тетраметилсилан, 2,2 – диметил‑2‑силапентан‑5‑сульфоновая кислота и триметилсилилпропионовая кислота, положение сигнала метальной группы для которых используется в качестве нулевой точки в шкале химических сдвигов и м.д. Эти вещества используются в качестве стандартов в спектрах как 1H, так и 13C Для других ядер, спектры которых представляют интерес с точки зрения биологических приложений ЯМР таких, как 15N и 31P, пока не установлен единый стандарт.
Внешний стандарт отделен от исследуемого вещества. Как правило, его запаивают в капилляр и помещают в измерительную ампулу. Очевидным преимуществом использования внешнего стандарта является то, что молекулы стандартного вещества и исследуемого не взаимодействуют. Однако здесь возникает другая проблема, связанная с тем, что магнитные восприимчивости растворителя внутри капилляра и в образе различаются. Величина магнитного поля в точке расположения ядра определяется не только экранирующим влиянием электронных оболочек, но и внешним магнитным полем B0, величина которого зависит от магнитной восприимчивости окружения. Если используется внутренний стандарт, то изменение магнитного поля за счет восприимчивости окружения одинаково и для молекул стандарта, и для молекул исследуемого вещества. При использовании внешнего стандарта это условие не выполняется. В зависимости от магнитных восприимчивостей исследуемого вещества и стандарта их ядра находятся в различных магнитных полях, причем это различие в величине полей зависит не только от магнитных восприимчивостей
исследуемого вещества и
вещества-стандарта, но и геометрических факторов. В ЯМР высокого разрешения образец и стандарт
помещают, как правило, в цилиндрические ампулы-капилляры, длинные оси которых параллельны внешнему магнитному полю. Различие в значениях внешнего магнитного поля для образца и стандарта можно рассчитать по следующей формуле:
Поправка на восприимчивость оказывается особенно существенной, если проводится сравнение спектров, полученных на спектрометре со сверхпроводящим магнитом и с обычным электромагнитом. В последнем случае образцы обычно располагают перпендикулярно внешнему магнитному полю; согласно теоретическим расчетам коэффициент –4/3 в уравнении следует заменить на 2/3. Таким образом, даже для одинаковых образцов без учета поправки на магнитную восприимчивость значения химических сдвигов будут отличаться.
Для образца сферической формы магнитное поле внутри и вне его одинаково, так что проблему, связанную с внешним стандартом, можно частично обойти, если поместить стандарт в сферический капилляр.
3. Мультиплетная структура
Вторым важным свойством спектров ЯМР, позволяющим получить более полную их характеристику, является мультиплетная структура линий. Параметр J, количественно характеризующий расщепление резонансных линий, называется константой связи. Величина / называется константой гомоядерного взаимодействия, если рассматривается взаимодействие между ядрами одного сорта, и константой гетероядерного взаимодействия, если взаимодействующие ядра принадлежат ядрам различных элементов. Расщепление резонансных линий, показанное на рис. 1, отражает гомоядерное взаимодействие между протонами, которые входят в состав различных химических групп в этаноле. Этанол состоит не только из атомов водорода, но и атомов углерода и кислорода, однако константа гетероядерного взаимодействия не может быть обнаружена по спектрам ЯМР, поскольку изотопы 12C и 16O обладают нулевым спином. При более детальном рассмотрении спектра можно наблюдать очень слабые дополнительные линии по обе стороны от основной – так называемые сателлиты С. Эти линии возникают за счет взаимодействия протонов с изотопом углерода С, естественное содержание которого составляет порядка 1% и спин 7=1/2.
Мультиплетная структура спектров ЯМР может быть рассчитана теоретически. Разработан ряд достаточно совершенных программ построения спектров, которые позволяют по известным значениям констант спин-спинового взаимодействия и химических сдвигов провести расчет теоретического спектра. В случае слабой связи характер расщепления можно описать достаточно просто, и наоборот, исходя из характера расщепления резонансных линий, можно рассчитать, сколько спинов участвует во взаимодействии и какова структура данного химического соединения. При смешивании этанола с дейтерированной водой протоны гидроксильной группы этанола замещаются на ядра дейтерия. В спектре исчезает сигнал, соответствующий протонам гидроксильной группы и одновременно исчезает взаимодействие протонов гидроксильной группы и протонов CH2-группы. Протоны, входящие в состав CH2- и СН3-групп в пределах группы магнитно эквивалентны. Это соответствует спиновой системе A2X3, спектр которой приведен на рис. 2: расщепление резонансных линий CH2-группы – квартет, а СН3-группы – триплет.
Интенсивность компонент мультиплета также можно рассчитать по простым правилам, аналогичным правилам расчета мультиплетной структуры. В принципе с помощью итеративной процедуры можно получить соотношение интенсивностей линий внутри мультиплета для каждой резонансной линии. Взаимодействие данного спина с п эквивалентными ядрами со спином 1/2 вызывает расщепление резонансной линии на компоненту, интенсивность каждой из компонент описывается
биномиальными коэффициентами 
. Интенсивность Im т-н компоненты в этом случае можно рассчитать по формуле
В этом случае для СН3-группы этанола получим мультиплет с отношением интенсивностей 1:2:1.
Ситуация существенно усложняется, если не выполняется приближение слабой связи. На рис. 3 показано изменение вида спектра для случая простой спиновой системы АХ, состоящей из двух взаимодействующих ядер А и
X со спинами I= 1/2, при условии, что константа косвенного спин-спинового взаимодействия Jax остается неизменной, а разность значений химических сдвигов
уменьшается. В пределе достаточно сильного
уменьшения разности химических сдвигов реализуется приближение сильной связи. В соответствии с общепринятой номенклатурой использование букв, следующих одна за другой в алфавитном порядке, для обозначения спиновой системы означает наличие сильной связи, например, AB вместо АХ, соответствующего слабой связи. Если химический сдвиг, как обычно, измерять в м.д., то величина химического сдвига не зависит от напряженности магнитного поля. Именно на этом основано использование такой шкалы. Однако если химический сдвиг измерять в Гц, то эта величина возрастает с увеличением напряженности внешнего магнитного поля. Разность химических сдвигов, выраженная в единицах частоты, возрастает с увеличением напряженности магнитного поля, а константа спин-спинового взаимодействия не зависит от этой напряженности. Следовательно, при увеличении поля мы от приближения сильной связи переходим к приближению слабой связи. Следует отметить, однако, что именно зависимость химического сдвига от поля осложняет сравнение спектров, снятых при различных значениях напряженности магнитного поля.
Похожие работы
... , основанной на поглощении атомами рентгеновского излучения. Ультрафиолетовая спектрофотометрия — наиболее простой и широко применяемый в фармации абсорбционный метод анализа. Его используют на всех этапах фармацевтического анализа лекарственных препаратов (испытания подлинности, чистоты, количественное определение). Разработано большое число способов качественного и количественного анализа ...
... измерения параметров открывают многообразные пути его применения в промышленности. Внедрению метода ЯМР препятствовали :сложность аппаратуры и ее эксплуатации, высокая стоимость спектрометров, исследовательский характер самого метода. 2.Общая теория ядерного магнитного резонанса. 2.1.Классическое описание условий магнитного резонанса. Вращающийся заряд q можно рассматривать как ...
... , а затем строят калибровочный график, с помощью которого выполняют расчеты. Спектрофотометрия в УФ- и видимой областях — один из наиболее широко используемых физико-химических методов в фармацевтическом анализе. Анализируемые ЛВ должны иметь в структуре молекулы хромофорные группы (сопряженные связи, ароматическое ядро и др.), обусловливающие различные электронные переходы в молекулах и ...
40566
0
0
... . На основе оптических методов («просвечивания» газового состава инфракрасным излучением) построена целая гамма газоаналитических приборов, принцип действия которых базируется на регистрации поглощения ИК-излучения газами и автоматического преобразования аналитического сигнала к единицам приведенного коэффициента поглощения. Степень поглощения энергии излучения зависит от концентрации ...
0 комментариев