NMR – widma jednowymiarowe
Jednowymiarowe widma magnetycznego rezonansu jądrowego dostarczają podstawowych informacji strukturalnych. W trakcie rejestracji widma jednowymiarowego wzbudzeniu ulegają jedynie atomy jednego rodzaju – prawie zawsze jest to jeden, określony izotop pierwiastka. Widma jednowymiarowe oznacza się podając symbol odpowiedniego pierwiastka z podaniem liczby masowej, np.: 1H – widmo protonowe, 11B – widmo boru 11, 2H – widmo deuterowe.
Podczas rejestracji widma istnieje możliwość tzw. odsprzęgania, którego rezultatem jest usunięcie z widma informacji o sprzężeniach jądra obserwowanego z innym, ściśle określonym rodzajem jąder. W przypadku sond wielokanałowych możliwe jest także odsprzęganie kilku typów jąder naraz. Widma z odsprzęganiem oznacza się podając w nawiasie klamrowym symbol odsprzęganego jądra, np.: 31P{1H} to widmo fosforowe z odsprzęganiem protonów, a 1H{31P} to widmo protonowe z odsprzęganiem fosforu.
Jądra rejestrowane w pracowni spektroskopii molekularnej
Widma protonowe 1H
Widma protonowego rezonansu magnetycznego, są jednym z najczęściej wykonywanych pomiarów NMR. Zarówno powszechność występowania atomów wodoru w cząsteczkach organicznych, jak i bardzo dobre parametry magnetyczne sprawiają, że widma 1H są szczególnie przydatne w analizie.
Wysoka czułośc sprawia, że pomiar jest szybki a uzyskiwane widma stosunkowo nieznacznie tylko zaszumione. Z drugiej strony względnie wąski zakres spektralny (kilkanaście ppm – rzędu około 1000 Hz) sprawia, że rejestracja dobrej jakości widma wymaga dobrego przygotowania próbki. W szczególności próbka powinna być:
- jednorodna, tj. pozbawiona osadów, emulsji, pęcherzyków,
- pozbawiona gradientów stężeń (dobrze wymieszana).
Nieprzestrzeganie tych zasad prowadzi do pogorszenia jednorodności pola magnetycznego wewnątrz obszaru pomiarowego – a stąd – do poszerzenia (czasem znacznego) sygnałów na widmie NMR. Niejednokrotnie utrudnić to może lub całkiem uniemożliwić analizę multipletowości sygnałów.
Duża intensywność sygnału protonowego rezonansu magnetycznego jest wykorzystywana w rejestracji tzw. widm korelacyjnych z heterojądrami.
Widma węglowe 13C
Spośród dwóch stabilnych izotopów węgla – 12C i 13C tylko izotop 13 jest aktywny magnetycznie (spin ½). Niestety naturalna zawartość tego izotopu w przyrodzie wynosi około 1% i takiej też zawartości należy się spodziewać w typowej próbce związku chemicznego otrzymanego z niewzbogaconych izotopowo substratów. Oznacza to, że już z samego tego powodu czułośc rejestracji spada stukrotnie. Dodatkowe efekty sprawiają jednak, że rzeczywista czułość jest blisko sześć tysięcy razy niższa od czułości protonu. Stąd też do rejestracji widma węglowego stosuje się znacznie więcej skanów (typowo od jednego do kilku tysięcy) oraz wyższe stężenia analitu, a samo widmo i tak charakteryzuje się znacznie wyższym względnum zaszumieniem od widm protonowych. Pomimo to widma 13C stanowią kluczową rolę w analizie spektralnej NMR związków organicznych, dostarczając informacji o budowie związków organicznych.
Odsprzęganie
Co do zasady każdemu rozróżnialnemu magnetycznie jądru 13C w cząsteczce odpowiada pojedynczy sygnał na widmie 13C NMR. Jednakże obecność jąder aktywnych magnetycznie (np. 19F, 31P) powoduje „rozszczepienie” sygnału (w wymienionych przypadkach – na dublet). W szczególności jądrami aktywnymi magnetycznie są wszechobecne w cząsteczkach jądra 1H. Sprzężenia z nimi powodowałyby zarówno znaczne skomplikowanie widma, jak też zmniejszenie intensywności rejestrowanego sygnału. Dlatego też podczas rtejestracji standardowo wykonywanych widm węglowych (13C{1H}) stosuje się tzw. odsprzęganie, efektywnie usuwając multipletowości pochodzące od jąder 1H. Zachowuje się przy tym multipletowości od innych jąder, co może być z jednej strony przydatne w analizie (np. określenie jak blisko dany atom węgla znajduje się od heterojądra), ale z drugiej – również przkłada się na zmniejszenie intensywności sygnału.
17O
19F
19F
63Cu
113Cd
195Pt