2.12. Калибровка спектров ямр. Интегрирование сигналов. Назначение дополнительного оборудования.

Протонные спектры обычно расположены в интервале от 60 до 100 МГц, а интервал перестройки частот равен примерно 1000 Гц при 60 МГц и около 1700 Гц при 100 МГц. Точность измерения сдвигов частоты относительно эталонного вещества составляет +-l Гц. Спектр ЯМР представляет собой серию пиков (сигналов), площадь которых пропорциональна числу протонов, обусловливающих эти пики. Площади под пиками измеряются электронным интегратором и изображаются серией ступенек, высота которых пропорциональна площади. Эти ступеньки можно записывать на фоне пиков спектра ЯМР (см., например, рис. 26). Как будет показано в гл. 6,. подсчет протонов при помощи интегратора крайне полезен, так как дает возможность обнаружить перекрывание пиков. Подсчет протонов часто необходим при проверка чистоты образца и, конечно, в количественном анализе.

Важным усовершенствованием для регистрации слабых сигналов является использование Фурье-преобразования в ЯМР [11д]. Вместо непрерывного сигнала применяется серия коротких радиочастотных импульсов. Каждый радиочастотный импульс содержит весь интервал частот, в котором ядра поглощают энергию. Во время импульса все поглощающие ядра возбуждаются, а затем, после того как импульс энергии прекращается, ядра возвращаются (релаксируют) в основное состояние. Потеря энергии релаксирующими ядрами приводит к возникновению сигнала, который не похож на обычный спектр ЯМР. Несколько сотен миллисекундных импульсов (с соответствующими интервалами) длятся только несколько минут. Повторяющиеся сигналы запоминаются ЭВМ, а затем этой же ЭВМ с помощью Фурье-преобразования превращаются в обычный спектр ЯМР. Удовлетворительные спектры могут быть получены для образцов весом порядка 10—50 мкг.

2.13. Требования к образцу. Выбор растворителя. Реагенты специального назначения.

Агрегатное состояние исследуемого вещества играет большую роль в спектроскопии ЯМР. Использование специальной импульсной техники и другие специальные приемы открыли возможность получения хороших спектров ЯМР для образцов в любом агрегатном состоянии. Однако устранение трудностей, связанных с дипольным уширением линий ЯМР в твердых образцах и вязких жидкостях, остается предметом особого рассмотрения. В настоящее время для твердых образцов успешно исследуются спектры высокого разрешения на ¹³С, ¹⁴N, ²⁹Si и других ядрах.

Ограничения в изучении спектров ЯМР газов, обусловленные низкой интенсивностью, также устраняются применением высокочувствительных фурье-спектрометров, но для сложных нелетучих веществ исследования паров практического значения все-таки почти не имеют. Возможно исследование токсичных и агрессивных веществ и, наоборот, объектов in vivo.

В подавляющем большинстве случаев спектры ЯМР регистрируются для невязких жидкостей и растворов. При этом подготовка образца предусматривает выбор ампулы, растворителя, концентрации раствора, стандарта для измерения химического сдвига и, если необходимо, сдвигающих реагентов, калибровочных эталонов и других добавок. Жидкость или раствор должны быть тщательно очищены и отфильтрованы от гетерогенных частиц. Особенно важно удалить парамагнитные и ферромагнитные примеси, так как они приводят к чрезвычайно сильному уширению линий и даже исчезновению спектра. В то же время, добавка некоторых парамагнитных комплексов — сдвигающих реагентов не только не портит спектр, но бывает даже полезной. Важен также контроль температуры образца.

В спектроскопии ЯМР используются такие стандартные растворители, как тетрахлорид углерода CCI4, хлороформ CH₃CI и дейтерохлороформ CD₃CI, ацетон (СН₃)₂СО и дейтероацетон (CD₃)₂CO, бензол Celle и дейтеробензол C₆D₆, диметилсульфоксид (СН₃)₂SО и др. Различные специальные растворители применяются для проведения исследований при высоких и низких температурах (например, дейтеродиметилсульфоксид и метанол или фреон-12), а также в случае избирательной растворимости образцов (например, СН₃СООН, C₅H₅N и C₅D₅N, Н₂О и D₂О). Идеальный растворитель не должен содержать протонов, должен быть дешевым, низкокипящим, неполярным и инертным

Оптимальные концентрации выбираются с учетом допустимого уровня отношения сигнал/шум и растворимости исследуемого вещества. В спектроскопии ПМР содержание вещества в растворе выражают обычно в мольных долях (%), что удобно при оценке относительных интенсивностей сигналов.

В спектроскопии ЯМР на разных ядрах есть, конечно, свои методические особенности приготовления образцов. Например, для ЯМР ¹³С требуются обычно ампулы большего диаметра (8-25 мм), чем для ПМР (~5 мм), а в качестве стандартов химических сдвигов, помимо ТМС, иногда используются дейтерированные соединения и т. д.