Laboratorium Analityczne UMCS

SPIS TREŚCI Wyposażenie stanowiska badawczego Wybrane techniki 2D NMR Badania wykonywane przez pracownię NMR Kontakt

Wyposażenie

Stanowisko badawcze wyposażone jest w: 

• dwukanałowy spektrometr FT- NMR Bruker Avance 300 MHz z magnesem nadprzewodzącym typu "SB - UltraShield" o natężeniu pola magnetycznego 7,049 T i standardową szczeliną 54 mm. Rok produkcji 2000.
• sondę gradientową szerokopasmową (BBI-z,5mm) typu "inverse" z gradientem w osi z. Zakres pomiarowy [³¹P - ¹⁰⁹Ag]. Maksymalny zakres temperatur [-50°C; +80°C].
• sondę dwujądrową (DUL, 5mm) typu "direct". Zakres pomiarowy [¹H/¹³C]. Maksymalny zakres temperatur [-120°C; +180°C].
• sondę CP/MAS typ BL-4 do pomiarów magnetycznego rezonansu w ciele stałym. Zakres pomiarowy [¹⁵N - ³¹P]. Rotor 4/18 mm. Szybkość rotacji do 15 KHz. Maksymalny zakres temperatur [-50°C; +120°C].
• przystawkę niskotemperaturową do pomiarów rezonansu w roztworach. Temperatura max: -150°C.
• kompresor bezolejowy "Airpol" typ (2AB 6/1-380-240) z zestawem filtrów do uzdatniania sprężonego powietrza.
• zbiornik ciśnieniowy na ciekły azot, typ XL-50 (Taylor-Wharton-Harsco). Pojemność max: 190 l. Ciśnienie max: 16 bar. W zależności od potrzeb konstrukcja zbiornika umożliwia pobór azotu ciekłego lub gazowego.
• zasilacz awaryjny UPS on-line, Comet EXtreme 4,5 kVA (MGE UPS Systems).

Konfiguracja naszego spektrometru NMR Avance umożliwia badania rezonansu magnetycznego w roztworach oraz w ciałach stałych. Wyposażenie oraz parametry techniczne spektrometru pozwalają na wykonanie prostych jak również zaawansowanych eksperymentów 1D NMR oraz 2D NMR w bardzo szerokim zakresie częstotliwości jąder magnetycznych. Zestaw sond pomiarowych umożliwia bezpośrednią lub pośrednią (w kanale protonowym) detekcję sygnałów rezonansowych. Wprowadzenie do spektroskopii NMR technik wielowymiarowych odkryło zupełnie nowe i rewolucyjne możliwości analizy spektralnej. Techniki te oferują proste i skuteczne metody interpretacji widm NMR, nawet dla bardzo złożonych związków chemicznych z nakładającymi się pasmami rezonansowymi. Przy pomocy tych technik, często w krótkim czasie, można uzyskać szereg informacji o strukturze chemicznej molekuł, dotychczas niedostępnych metodą konwencjonalnej spektroskopii NMR. 

Najpopularniejsze obecnie są korelacyjne eksperymenty dwuwymiarowe 2D. Zmieniając sekwencję impulsów możemy rejestrować widma 2D różnych typów. Na widmach 2D, na jednej osi przedstawione jest przesunięcie chemiczne jądra obserwowanego w czasie akwizycji, a na drugiej reprezentowana jest wielkość modulująca intensywność sygnału w czasie ewolucji układu spinowego. Techniki wyższych rzędów, np: 3D, 4D, 5D, wymagają odpowiednio droższych sond oraz spektrometrów wielokanałowych, umożliwiających rejestrację korelacji pomiędzy trzema lub więcej jądrami w cząsteczce. Obecnie, te techniki mają szerokie zastosowanie przy rejestracji widm NMR próbek biologicznych i substancji pochodzenia naturalnego, takich jak proteiny, oligo- i polisacharydy.

Wybrane techniki 2D NMR

Na uwagę zasługują następujące techniki 2D NMR: 

• homojądrowa spektroskopia korelacyjna ¹H,¹H COSY (COrelationSpectroscopY): pozwala, w pojedynczym eksperymencie, na identyfikację sąsiadujących protonów poprzez detekcję spinów jądrowych bezpośrednio sprzężonych w całej molekule. 
• techniki korelacyjne heterojądrowe: np. ¹³C,¹H HETCOR (HETeronuclearCORrelations), HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Coherence), HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Coherence), prezentują obrazowe sposoby identyfikacji protonów przyłączonych bezpośrednio, np. do atomów węgla (HETCOR, HMQC) w odróżnieniu od oddziaływań C-H dalekiego zasięgu (HMBC).
• eksperymenty korelacyjne typu: NOESY (Nuclear Overhauser EffectSpectroscopY) i ROESY (Rotating frame Overhauser Effect SpectroscopY), umożliwiają identyfikację lokalnego, przestrzennego sąsiedztwa jąder oraz mogą dostarczyć informacji o odległościach pomiędzy atomami, równocześnie dla wszystkich obserwowanych jąder w molekule. Wielowymiarowe techniki typu "relay": np. TOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY), wykorzystują zjawisko wielokrotnego przeniesienia magnetyzacji pomiędzy jądrami sprzęgającymi się w obrębie wspólnego układu spinowego. Tym samym, takie techniki umożliwiają ustalenie w molekule grup jąder należących do oddzielnych układów spinowych. W widmie 2D TOCSY, w odróżnieniu od widma ¹H,¹H COSY, obserwuje się sygnały korelacyjne nie tylko od protonów sprzężonych bezpośrednio, ale od wszystkich należących do tego samego układu spinowego.

Bardzo ważnym osiągnięciem w rozwoju spektroskopii NMR w ostatnich latach było wprowadzenie technik gradientowych PFG (Pulse Field Gradient). Zastosowanie tych technik do rejestracji widm NMR umożliwia znacznie lepsze tłumienie intensywnych i niepożądanych sygnałów rezonansowych rozpuszczalnika oraz pozwala na wielokrotne skrócenie czasów rejestracji, poprzez szybkie skanowanie, głównie dzięki wyeliminowaniu z sekwencji impulsów cyklu fazowego. Techniki gradientowe umożliwiają również badanie procesów dyfuzji i transportu cząsteczek w systemach chemicznych i biologicznych. 

Badania

Pracownia NMR wykonuje eksperymenty 1D, 2D NMR w roztworach oraz w ciele stałym. Zestaw sond pomiarowych umożliwia rejestrację widm NMR z zastosowaniem najnowszych i zaawansowanych technik pomiarowych takich jak: DEPT, INEPT, COSY, HETCORR, HMQC, HSQC, HMBC, ROESY, NOESY i inne.  

Wymagana minimalna ilość próbki do analizy zależy m.in. od masy cząsteczkowej substancji, zastosowanej metody oraz pożądanej precyzji rejestracji i wynosi od kilku miligramów w przypadku ¹H NMR do kilkunastu miligramów w metodzie ³¹P NMR i ¹³C NMR. Minimalna objętość rozpuszczalnika: 0.6 ml.

Kontakt

dr Weronika Sofińska-Chmiel

Wydział Chemii UMCS, Collegium Chemicum, pok. 27
Plac Marii Curie-Skłodowskiej 3, 20-031 Lublin

tel. (81) 537-57-46
e-mail: wschmiel@umcs.pl