Спектроскопија нуклеарне магнетне резонанце
Спектроскопија нуклеарне магнетне резонанце, најчешће позната као НМР спектроскопија или спектроскопија магнетне резонанце (МРС), је спектроскопска техника заснована на преоријентацији атомских језгара са ненултим нуклеарним спиновима у спољашњем магнетном пољу. Ова преоријентација се дешава са апсорпцијом електромагнетног зрачења у радио-фреквенцијском подручју од отприлике 4 до 900 МХз, што зависи од изотопске природе језгра и повећава се пропорционално јачини спољашњег магнетног поља.[1] Резонантна фреквенција сваког НМР активног језгра зависи од његовог хемијског окружења. Као резултат, НМР спектри пружају информације о појединачним функционалним групама присутним у узорку, као и о везама између оближњих језгара у истом молекулу. Пошто су НМР спектри јединствени или веома карактеристични за појединачна једињења и функционалне групе, НМР спектроскопија је једна од најважнијих метода за идентификацију молекуларних структура, посебно органских једињења.
Принцип НМР-а обично укључује три узастопна корака:
- Усклађивање (поларизација) магнетних нуклеарних спинова у примењеном, константном магнетном пољу Б0.
- Поремећај овог поравнања нуклеарних спинова слабим осцилујућим магнетним пољем, који се обично назива радио-фреквенцијски (РФ) импулс.
- Детекција и анализа електромагнетних таласа које емитују језгра узорка као резултат ове пертурбације.
Слично, биохемичари користе НМР за идентификацију протеина и других сложених молекула. Поред идентификације, НМР спектроскопија пружа детаљне информације о структури, динамици, стању реакције и хемијском окружењу молекула. Најчешћи типови НМР-а су протонска и НМР спектроскопија угљеника-13, али је применљива на било коју врсту узорка који садржи језгра са спином.
НМР спектри су јединствени, добро решени, аналитички подложни и често веома предвидљиви за мале молекуле. Различите функционалне групе се очигледно могу разликовати, а идентичне функционалне групе са различитим суседним супституентима и даље дају препознатљиве сигнале. НМР је у великој мери заменио традиционалне тестове влажне хемије као што су обојени реагенси или типична хроматографија за идентификацију.
Најзначајнији недостатак НМР спектроскопије је њена лоша осетљивост (у поређењу са другим аналитичким методама, као што је масена спектрометрија). Обично је потребно 2–50 мг супстанце за снимање НМР спектра пристојног квалитета. НМР метода је недеструктивна, тако да се супстанца може повратити. Да би се добили НМР спектри високе резолуције, чврсте супстанце се обично растварају да би се направили течни раствори, иако је могућа и НМР спектроскопија у чврстом стању.
Временски оквир НМР-а је релативно дуг, те стога није погодан за посматрање брзих појава, стварајући само усредњени спектар. Иако се велике количине нечистоћа показује на НМР спектру, постоје боље методе за детекцију нечистоћа, пошто НМР инхерентно није много осетљив – иако је на вишим фреквенцијама осетљивост већа.
Корелациона спектроскопија је развој обичног НМР-а. У дводимензионалном НМР-у, емисија је усредсређена око једне фреквенције и примећују се корелиране резонанције. Ово омогућава идентификацију суседних супституената посматране функционалне групе, омогућавајући недвосмислену идентификацију резонанција. Постоје и сложеније 3Д и 4Д методе и низ метода дизајнираних да потисну или појачају одређене врсте резонанција. У спектроскопији нуклеарног Оверхаусер ефекта (НОЕ) примећује се релаксација резонанција. Како НОЕ зависи од близине језгара, квантификовање НОЕ за свако језгро омогућава конструкцију тродимензионалног модела молекула.
НМР спектрометри су релативно скупи; универзитети их обично имају, али су ређи у приватним компанијама. Између 2000. и 2015. НМР спектрометар је коштао око 500.000 - 5 милиона УСД.[3][4] Савремени НМР спектрометри имају веома јак, велики и скуп течним хелијумом хлађен суправодљиви магнет, јер резолуција директно зависи од јачине магнетног поља. Веће магнетно поље такође побољшава осетљивост НМР спектроскопије, која зависи од разлике у популацији између два нуклеарна нивоа, која се експоненцијално повећава са јачином магнетног поља.
Доступне су и јефтиније машине које користе трајне магнете и нижу резолуцију, које и даље дају довољне перформансе за одређене апликације као што су праћење реакција и брза провера узорака. Постоје чак и стони спектрометри нуклеарне магнетне резонанце. НМР спектри протона (1Х језгра) могу се посматрати чак и у магнетном пољу Земље. НМР ниске резолуције производи шире пикове који се лако могу преклапати један са другим, што узрокује проблеме у решавању сложених структура. Употреба магнетних поља веће јачине резултира бољом осетљивошћу и већом резолуцијом пикова, те се преферира у истраживачке сврхе.[5]
Референце
уреди- ^ Цхарлес П. Слицхтер (1963). Принциплес оф магнетиц ресонанце: wитх еxамплес фром солид стате пхyсицс. Харпер & Роw. ИСБН 9783540084761.
- ^ Струцтурал биологy : працтицал НМР апплицатионс (ПДФ) (2нд изд.). Спрингер. 6. 9. 2012. стр. 67. ИСБН 978-1-4614-3964-6. Приступљено 7. 12. 2018.
- ^ Марц С. Реисцх (29. 6. 2015). „НМР Инструмент Прице Хикес Споок Усерс”. ЦЕН.
- ^ „Такинг Ит Хигхер”. Тхе Сциентист. 30. 10. 2000.
- ^ Паудлер, Wиллиам (1974). Нуцлеар Магнетиц Ресонанце. Бостон: Аллyн анд Бацон Цхемистрy Сериес. стр. 9—11.
Литература
уреди- Јохн D. Робертс (1959). Нуцлеар Магнетиц Ресонанце : апплицатионс то органиц цхемистрy. МцГраw-Хилл Боок Цомпанy. ИСБН 9781258811662.
- Ј.А.Попле; W.Г.Сцхнеидер; Х.Ј.Бернстеин (1959). Хигх-ресолутион Нуцлеар Магнетиц Ресонанце. МцГраw-Хилл Боок Цомпанy.
- А. Абрагам (1961). Тхе Принциплес оф Нуцлеар Магнетисм. Цларендон Пресс. ИСБН 9780198520146.
- Цхарлес П. Слицхтер (1963). Принциплес оф магнетиц ресонанце: wитх еxамплес фром солид стате пхyсицс. Харпер & Роw. ИСБН 9783540084761.
- Јохн Емслеy; Јамес Феенеy; Леслие Хоwард Сутцлиффе (1965). Хигх Ресолутион Нуцлеар Магнетиц Ресонанце Спецтросцопy. Пергамон. ИСБН 9781483184081.
Спољашње везе
уреди
- Јамес Кеелер. „Ундерстандинг НМР Спецтросцопy” (репринтед ат Университy оф Цамбридге). Университy оф Цалифорниа, Ирвине. Приступљено 2007-05-11.
- Тхе Басицс оф НМР - А нон-тецхницал овервиеw оф НМР тхеорy, еqуипмент, анд тецхниqуес бy Др. Јосепх Хорнак, Профессор оф Цхемистрy ат РИТ
- ГАММА анд ПyГАММА Либрариес - ГАММА ис ан опен соурце C++ либрарy wриттен фор тхе симулатион оф Нуцлеар Магнетиц Ресонанце Спецтросцопy еxпериментс. ПyГАММА ис а Пyтхон wраппер ароунд ГАММА.
- релаx Софтwаре фор тхе аналyсис оф НМР дyнамицс
- Веспа - ВеСПА (Версатиле Симулатион, Пулсес анд Аналyсис) ис а фрее софтwаре суите цомпосед оф тхрее Пyтхон апплицатионс. Тхесе ГУИ басед тоолс аре фор магнетиц ресонанце (МР) спецтрал симулатион, РФ пулсе десигн, анд спецтрал процессинг анд аналyсис оф МР дата.