Korzystaj z naszych usług NMR dla eksperymentów 2D i innych eksperymentów NMR.
Typy 2D NMR
Dwuwymiarowa (2D) spektroskopia NMR obejmuje:-
Homonuclear
- Wiązanie przelotowe: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
- Przestrzeń przelotowa: NOESY, ROESY
Korelacja heteronuklearna
- Korelacja jednowiązaniowa HSQC, HMQC
- Korelacja dalekiego zasięgu HMBC
Przykłady przypisania widm 2D
Przypisanie 12,14-ditbutylo-benzochryzenów
Przypisanie octanu cholesterylu
Podstawy 2D NMR
W eksperymencie 1D-NMR etap akwizycji danych ma miejsce zaraz po sekwencji impulsów. Ta kolejność jest zachowana również w przypadku złożonych eksperymentów, chociaż przed akwizycją dodawana jest faza przygotowania. Natomiast w eksperymencie 2D-NMR etap akwizycji jest oddzielony od etapu wzbudzenia etapami pośrednimi zwanymi ewolucją i mieszaniem. Proces ewolucji trwa przez okres czasu oznaczony jako t1. Akwizycja danych obejmuje dużą liczbę widm, które są pozyskiwane w następujący sposób: za pierwszym razem wartość t1 jest ustawiona blisko zera i pozyskiwane jest pierwsze widmo. Za drugim razem wartość t1 jest zwiększana o Δt i rejestrowane jest kolejne widmo. Proces ten (zwiększanie t1 i akwizycja widm) jest powtarzany aż do uzyskania wystarczającej ilości danych do analizy z wykorzystaniem dwuwymiarowej transformaty Fouriera. Widmo jest zwykle przedstawiane jako mapa topograficzna, gdzie jedną z osi jest f1, czyli widmo w wymiarze t1, a drugą osią jest widmo pozyskane po etapach ewolucji i mieszania (podobnie jak w przypadku akwizycji 1D). Intensywność sygnału jest przedstawiona za pomocą mocniejszego koloru, im bardziej jest on intensywny.
W wynikowej mapie topograficznej sygnały są funkcją dwóch częstotliwości, f1 i f2. Możliwe jest, że sygnał pojawi się z jedną częstotliwością (np. 20 Hz) w f1 i inną częstotliwością (np. 80 Hz) f2, co oznacza, że częstotliwość sygnału zmieniła się w czasie ewolucji. W eksperymencie 2D-NMR mierzony jest transfer magnetyzacji. Czasami następuje to przez wiązania z tym samym typem jądra, jak w COSY, TOCSY i INADEQUATE lub z innym typem jądra, jak w HSQC i HMBC lub przez przestrzeń, jak w NOESY i ROESY.
Różne techniki 2D-NMR są użyteczne, gdy 1D-NMR jest niewystarczający, np. gdy sygnały nakładają się, ponieważ ich częstotliwości rezonansowe są bardzo podobne. Techniki 2D-NMR mogą zaoszczędzić czas, szczególnie gdy interesuje nas łączność pomiędzy różnymi typami jąder (np. proton i węgiel).
Podstawowy eksperyment 2D NMR (rys. 1) składa się z sekwencji impulsów, które wzbudzają jądra dwoma impulsami lub grupami impulsów, a następnie odbierają rozpad swobodnej indukcji (fid). Grupy impulsów mogą być wyłącznie o częstotliwości radiowej (rf) lub mogą zawierać impulsy gradientu magnetycznego. Akwizycję przeprowadza się wielokrotnie, zwiększając opóźnienie (czas ewolucji – t1) pomiędzy dwiema grupami impulsów. Czas ewolucji oznaczany jest jako t1, a czas akwizycji, jako t2.
Rys. 1. Podstawowa sekwencja impulsów dla akwizycji 2D
2D transformata Fouriera
FID jest następnie transformowany Fouriera w obu kierunkach (rys. 2), aby otrzymać widmo. Widmo jest konwencjonalnie wyświetlane jako wykres konturowy. Częstotliwość ewolucji jest oznaczana jako f1, a częstotliwość akwizycji jako f2 i wykreślana od prawej do lewej strony.
Ryc. 2. 2D transformata Fouriera
Widmo 2D jest zwykle wykreślane z jego projekcjami 1D dla przejrzystości. Mogą to być rzeczywiste projekcje lub równoważne widma 1D. W widmie homonuklearnym jest zwykle przekątna (z wyjątkiem 2D-INADEQUATE), która reprezentuje korelację pików do siebie i sama w sobie nie jest bardzo pouczająca. Sygnały z dala od przekątnej reprezentują korelacje między dwoma sygnałami i są wykorzystywane do przypisania. Na przykład w homonuklearnym widmie COSY na Rys. 3, sygnał 1H przy 1.4 ppm koreluje z sygnałem 1H przy 2.8 ppm, ponieważ istnieją piki krzyżowe, ale nie korelują one z sygnałami przy 7.3 ppm.
Ryc. 3. Widmo 2D COSY etylobenzenu
W widmie heteronuklearnym nie ma sygnałów ukośnych i wszystkie sygnały reprezentują korelacje. Na przykład w heteronuklearnym widmie HSQC korelacji krótkiego zasięgu na rys. 4, sygnał 1H przy 1.4 ppm koreluje z sygnałem 13C przy 15.7 ppm, sygnał 1H przy 2.8 ppm koreluje z sygnałem 13C przy 29.0 ppm, itd.
Fig. 4. Widmo 2D HSQC etylobenzenu
Sygnały w widmie 2D nie zawsze są czystą fazą. Czasami faza nie może być wyrażona w prosty sposób, jak w HMBC i 2D-INADEQUATE, w którym to przypadku wykreślane jest widmo wielkościowe. Jednakże, widma magnitudowe poświęcają rozdzielczość w porównaniu do widm czysto fazowych (i w przeciwieństwie do funkcji okna, które poszerzają linie, nie dają przyrostu czułości). Dlatego, jeśli to tylko możliwe, widmo 2D powinno być fazowane. Otrzymane sygnały mogą być czysto fazowe, antyfazowe lub ujemnie fazowane, jak na rys. 5. Sygnały ujemne są umownie reprezentowane przez kontury przerywane lub czerwone.
Rys. 5. Możliwe fazy dla korelacji pomiędzy dwoma dubletami
.