§ 7. Предварительная обработка обзорных спектров ямр !3с — {‘н}

В подавляющем большинстве случаев регистрация спектров ЯМР ^,3С проводится с помощью импульсных спектрометров Фурье-типа. Как уже указывалось (гл. 5), необходимым элементом такого спектрометра является миникомпьютер, осуществляющий преоб­

разование Фурье. Обычно функции ЭВМ существенно расширяют, в частности ЭВМ поручают проведение многих операций обра­ботки спектра, описанных ранее, в § 2. Сюда относятся поиск максимумов, определение частот и интенсивностей сигналов, ин­тегрирование, вычитание спектров и т. д.

Спектры ЯМР ¹³С, как правило, регистрируют при полном по­давлений спин-спинового взаимодействия с протонами. С одной стороны, это существенно упрощает спектр, так как число линий в спек^е уменьшается. С другой .стороны, исчезновение спин- спинов^х расщепленкй приводит к потере информации о констан­тах ¹³С— Н. Расшифровка такого спектра в терминах «химичес­кого языка» становится существенно более сложной. Кроме того, развязка от протонов сопровождается ядерным эффектом Овер­хаузера, что приводит к искажению интенсивностей линий спект­ра и к еще большим; трудностям в расшифровке спектра.

Все :это позволяет рассматривать спектры ЯМР ^,3С—{*Н} как «трюк».^: Почти всегда удается получить «картинку», но расшиф­ровать ее и использовать для решения химических задач удается отнюдь не всегда. Обычно приходится обращаться к ряду допол­нительных методов, в том числе тех, которые связаны с отказом от полного подавления спин-спинового, взаимодействия .с прото­нами (§• 8). ■

Основной целью предварительной обработки является выделе­ние сигналов в экспериментальном спектре. Для обработки при­годен любой спектр, удовлетворяющий критериям качества, описанным в гл. 5, § 5.

1. 7.1. Формы представления спектра

До химйка-органика спектр ЯМР ^,3С доходит в одной из следую­щих форм.

«График». Эта форма соответствует обычной форме представ­ления спектра в виде функции g(-v), записанной на спектральном бланке. Обычно (но не всегда) масштаб бланка задается в Гц/мм или в м.д./мм. Для обзорных спектров, имеющих диапазон 200 м.д. (или 4000—5000 Гц), и для бланков длиной 300—500 мм масштаб составляет 0,6—0,4 м.д./мм (или 8—16 Гц/мм). Поскольку шири­на линии невелика (0,5—2 Гц), сигналы в обзорном спектре вы­глядят как резкие «выбросы», а сам спектр приобретает «палочко­образную» форму. При отсутствии масштаба спектр должен со­держать две или более метки частоты, соответствующие макси­мумам некоторых сигналов.

«Распечатка». Обычно миникомпьютеры, находящиеся на линии со спектрометром, могут проводить ряд процедур по математиче­ской обработке спектра (§ 2). Для этого спектр предварительно выводят на дисплэй, оценивают пороговую интенсивность и прф- водят обработку. При этом автоматически находятся'все макси* мумы спектра, значения частоты" X*, соответствующие этим мак­симумам, и амплитудные интенсивности У_{. После этого список всех линий (т. е. максимумов) спектра распечатывается с указа­нием частот и интенсивностей. Бели удается идентифицировать сигнал внутреннего стандарта (например, сигнал ТМС), то перед распечаткой этому сигналу присваивается соответствующее зна­чение частоты или химического сдвига (для ТМС 6=0,0 м.д.); после этого частоты линий спектра автоматически переводятся в б-шкалу химических сдвигов с помощью процедуры сдвига.

В отдельных случаях полезно использовать обе формы выдачи спектра.

2. Калибровка спектра

При наличии распечатки многие процедуры калибровки проводят­ся автоматически; последующие рекомендации относятся в основ­ном к «графику».

Масштаб шкалы. Цена деления может быть известна заранее, но ее можно определить также, исходя из нанесенных меток час­тоты.

Нуль шкалы. В спектроскопии ЯМР¹³С используется б-щкала ТМС. Если ТМС присутствует в образце в виде внутреннего стан­дарта, то вначале отыскивают линию ТМС (обычно в самых силь­ных полях) и этой линии приписывают значение 6=0, 0 м.д. Если ТМС присутствует в качестве внешнего стандарта, то, вообще говоря, необходимо ввести поправку на различие в объемных диа­магнитных восприимчивостях ТМС и исследуемого раствора. Од­нако поскольку эти поправки не превышают 1 м.д., то ими часто пренебрегают. Наконец, если ТМС отсутствует, то находят линию 'вторичного стандарта (CS2, СбН^, СбНб и проч.) или даже линии известного растворителя. После этого приводят спектр к б-шкале, используя данные о сдвигах ¹³С (табл. 5.5).

2. Выделение сигналов

Сигналы в спектре ЯМР ¹³С—{'Н} идентифицируют по максиму-' мам кривой g(v). Два близкий сигнала удается разрешить в том случае, если они разделены интервалом Av, превышающим раз­решение R*. '

При идентификации сигналов проводят следующие операции.

Выделение сигналов, превышающих шум. Выбирают разумный пороговый уровень THR, равный 3—5 уровням шума. Сигналы, амплитуды которых ниже THR, считаются слабыми.

Выделение сигнала ТМС. Обычно сигнал ТМС легко обнару­живается в самом сильном поле.

Выделение сигналов растворителя. Сигналы растворителя об­наруживаются по характерным значениям химического сдвига. Дейтерированные растворители идентифицируют по форме муль­типлетов, обусловленных спин-спиновым взаимодействием ¹³С—^?D.

Форма мультиплета в основном определяется прямыми ⁱ³C—^:D взаимодействиями.

Выделение отраженных сигналов. Если сигнал с частотой /1 не попадает в резонансную область, ограниченную частотами f₀ и /о+SW, то он может проявиться в спектре, полученном после преобразования Фурье, в форме отраженного сигнала на частоте -/i+2(SW). Отраженные сигналы, как правило, содержат при­месь дисперсии и поэтому легко обнаруживаются по отрицатель­ным выбросам. Проверка отраженных сигналов проводится также с помощью варьирования fo или SW (§ 8).

Химические сдвиги ¹³С. Остающиеся сигналы в спектре относят­ся к ядрам углерода исследуемого соединения. Используя 6-шка­лу, определяют химические, сдвиги этих сигналов (по положению максимумов линий).